DE2149729B2 - Führungssystem mit sich überlappenden Laserstrahlkeulen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Führungssystem mit sich überlappenden Laserstrahlkeulen zur Erzeugung einer Führungskeule, wobei die Laserstrahlkeulen zur Unterscheidung mit jeweils einer Kennung versehen sind, und wobei ferner zur Positionsbestimmung mittels optischer Empfangseinrichtungen die Laserstrahlkeulen unterscheidbar sowie der Überlappungsbereich feststellbar und Nachführungs- und Steuerbefehle lieferbar sind.

Systeme zur Führung von Flugkörpern, insbesondere ferngelenkten Flugkörpern, unter Verwendung der Mikrowellentechnologie sind in zahlreichen Anwendungsfällen bekannt. Dabei wird in der Anwendung für die Luftfahrt ein Leitstrahl mit einem öffnungswinkel von etwa 2,5° geschaffen, mit dessen Hilfe das Flugzeug zur Landebahn geführt wird (»Interavia« 1963, S. 894 und 895). Mit einem solchen Mikrowellensystem ist es nicht möglich, mehrere Führungsebenen zu realisieren, die unter einem Winkel zueinander verlaufen. Da sich der den Landekurs markierende Leitstrahl in Richtung auf den Landeplatz verjüngt, besteht die Gefahr eines Abkommens vom Leitstrahl beim Zielanflug. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wird daher zusätzlich zu der den Landekurs bestimmenden Abstrahlung eine Clearance-Abstrahlung geschaffen, um dem Pilot die Möglichkeit zu geben, den beim Landeanflug verlorenen Leitstrahl wiederzufinden. Da die Landekursabstrahlung von der Clearanceabstrahlung gestört wird, was sich besonders ungünstig auswirkt, wenn die Clearance-Abstrahlung zum Landekurs einen Gegenkurs bewirkt, ist es bekannt (US-PS 25 13 338), für den Landekurs eine Abstrahlung mit hoher Intensität und für die Clearance-Abstrahlung eine geringe Feldintensität zu verwenden. Die Strahlungskeulen der Clearance-Abstrahlung überschneiden die Landekurskeulen pur in unmittelbarer Nähe vom Landeplatz, wo nämlich die Landekurskeulen in ihrem Querschnitt bereits so schmal sind, daß ein Abkommen vom genauen Kurs ein Verlieren des Landekurses immer wahrscheinlicher macht. Bei einer großen Entfernung vom Landeplatz ist die Divergenz der Landekurskeulen groß genug, um eine Gefahr für das Verlieren des Landekurses bzw. des Leitstrahles auszuschalten. Bei derartigen, die Mikrowellentechnologie verwendenden Führungssystemen ist es auch bekannt (GB-PS 1157 899), daß an die Landekurskeulen anschließende Seitenkeulen falsche Kurse auslösen können. Um diesen Nachteil zu unterbinden, ist deshalb vorgesehen, daß der den Landekurs bestimmende Hauptstrahl ein um eine Achse rotierender Strahl ist, wobei die Achse den Landekurs kennzeichnet. Durch das Vorsehen von Seitenkeulen, die mit dem rotierenden Hauptstrahl überlappen, sollen die durcn Nebenzipfel der Hauptkeule verursachten falschen Kurse vermieden werden.

Neben der Verwendung von Mikrowellensystemen ist es auch bekannt, Laserstrahlen zur Führung von Flugkörpern zu verwenden (GB-PS 11 77 950). Mit sich kreuzweise überschneidenden und schwenkbaren Laserstrahlkeulen wird eine Führungslinie festgelegt, die nur eine sehr geringe Divergenz hat und daher das Ausbrechen des Flugkörpers nicht verhindern kann. Um diesem Ausbrechen entgegenzuwirken, werden einen Führungspfad eingrenzende weitere Führungskeulen vorgesehen, die den Führungspfad nach allen Seiten umgeben und amplitudenmoduliert sind. Aufgrund der hierbei vorgesehenen Ablenkung der Strahlen wird die Führungslinie dem Flugkörper zur Bestimmung der

■to Ablage nachgeführt und ein Ausbrechen des Flugkörpers verhindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Führungssystem mit sich überlappenden Laserstrahlkeulen zu schaffen, bei dem sich ein Führungsstrahl mit sehr geringer Strahldivergenz ergibt und bei dem auch größere Abweichungen von der Führungslinie, welche seitlich aus der die Führungslinie bildenden Laserstrahlkeulen heraus verlaufen, noch leicht bestimmbar und korrigierbar sind. Dabei soll auch bei einem zunehmenden Abstand von der Strahlungsquelle eine einwandfreie Führung in engen Toleranzen möglich sein.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs erwähnten Führungssystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich zumindest zwei erste unterschiedlich pulscodierte Laserstrahlkeulen in einer Führungslinie derart überschneiden, daß die Begrenzung der Führungslinie mit geringer Überlappung nahezu parallel verläuft, daß sich weitere pulscodierte Laserstrahlkeulen etwa gleicher Reichweite beiderseits an die beiden :

bo ersten Laserstrahlkeulen anschließen, wobei sich be- ' nachbarte Keulen mit einem größeren Überdeckungswinkel überlappen, und daß den optischen Empfangeinrichtungen beim Zielobjekt Rücksendeeinrichtungen zugeordnet sind, um entsprechend der Ablage von der

^hS Führungslinäe Ablagcwerte zurück zur Lasersendeeinrichtung zu senden, um daraus Werte für die Ablage nach Größe und Richtung von der Führungslinie zu ermitteln.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist auch vorgesehen, daß die sich einander überlappenden Laserstrahlkeulen eine verhältnismäßig flache Führungsebene kennzeichnen, daß mehrere solcher aus überlappenden Laserstrahlkeulen gebildete Führungsebenen unter einem Winkel zueinander yerlaufen.

Für die Anwendung des Führungssysiems ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Zielobjekt eine gelenkte Einrichtung ist.

Die Maßnahmen der Erfindung sind besonders vorteilhaft für das Führen eines Flugkörpers. Da es sich hierbei in der Regel um Flugkörper handelt, die sich von der die Führungslinie festlegenden Strahlungsquelle wegbewegen, bietet die Erfindung in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, auch bei großer Entfernung den Flugkörper noch sicher zu führen, wobei die Gefahr, daß der Flugkörper wie bisher mit zunehmendem Abstand aus dem Führungspfad ausbricht, sehr einfach verhindert werden kann. Im Gegensatz zu Mikrowellensystemen lassen sich Flugkörper auch noch in s.'hr großer Entfernung einwandfrei in verhältnismäßig engen Toleranzen führen. Unter Laserstrahlung versteht man dabei eine Strahlung im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Bereich, die von einem Lasersender beliebiger Art abgegeben werden kann.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand einer aus einer Figur bestehenden Zeichnung beschrieben, die schematisch einen Lasersender mit mehreren sich überlappenden Laserstrahlkeulen zeigt, wobei die Führungslinie von mit geringer Überlappung nahezu parallelverlaufenden Laserstrahlkeulen gebildet wird.

Gemäß der Zeichnung gehen von einem Lasersender 1 mindestens zwei Laserstrahlkeulen 2 und 3 aus, die sich überschneiden und die Führungsebene beiderseits der Führungslinie 4 begrenzen. Diese Führungsebene kann eine Visier-Ebene bzw. eine Ziel- oder Nachführungsebene sein. Die beiden Laserstrahlkeulen 2 und 3 sind mit unterschiedlichen Signalen codiert, wodurch eine Links-Rechtsaussage bei einer Abweichung von der Führungslinie 4 durch ein Empfangssystem am Zielort bzw. durch die Nachführeinrichtungen eines Flugkörpers sich ermitteln läßt. In der Darstellung ist als Zielobjekt 5 ein Flugkörper angedeutet. Von dem Lasersender 1 werden außerdem Laserstrahlkeulen 6 und 7 ausgestrahlt, die beiderseits an die Laserbirahlkeulen 2 und 3 anschließen und mit diesen mit gleicher oder größerer Divergenz überlappen und welche in der gleichen Ebene wie die Laserstrahlkeulen 2 und 3 liegen. Diese weiteren Laserstrahlkeulen 6 und 7 sind vorzugsweise mit einer zu den Laserstrahlkeulen 2 und 3 unterschiedlichen Codierung moduliert. Dabei findet vorzugsweise eine Pulscodierung Verwendung, so daß durch ein Impulszählverfahren in einfacher Weise die Ablage des Zielobjektes 5 von der Führungslinie 4 ermittelt werden kann.

Für die Pulscodierung können alle möglichen Codierverfahren Verwendung finden, wobei es sich z. B. um eine Pulsphasenmodulation, Pulslängeninodulation oder ein sonstiges bekanntes Modulationsverfahren für Impulse handeln kann. Es können auch in zeitlicher Reihenfolge die Sektoren ausleuchtende Dauerstrich-Lichtsignale verwendet werden oder die codierten Impulssignale zeitlich nacheinander wiederholt abgegeben werden.

Durch die Maßnahmen der Erfindung stehen sich überlappende Laserstrahlkeulen zur Verfügung, die für die Lösung verschiedener Aufgaben der Nachführungsoder Darstellungstechnik und Darsv.ellungsanalyse verwendet werden können, da sie einen genügend breiten Bereich einer Ebene aufgrund der Gesamtdivergenz überdecken, wobei durch die sektorenweise Fächerung mit Hilfe der codierten Laserstrahlkeulen eine einwandfreie Lagebestimmung möglich ist. Es kann auch mit entsprechendem optischem Aufwand eine äußere Begrenzung der Laserstrahlkeule vorgesehen werden, um z. B. eine quadratische oder rechteckige Abgrenzung ίο der Laserstrahlkeule zu bewirken.

Es ist zweckmäßig, die Laserstrahlkeulen derart zu codieren, daß eine Rechts-Links-Zuordnung zur Führungsünie 4 möglich ist.

Durch die Codierung der Laserstralilkeulen 2 und 3 sowie der seitlich mit Überlappung anschließenden Laserstrahlkeulen 6 und 7 läßt sich eine einwandfreie Aussage der Ablage von der Führungslinie 4 auch bei verhältnismäßig großer Ablage machen. Bei Kenntnis der Entfernung des Lasersenders 1 vom Zielobjekt läßt sich eine relativ genaue Aussage über die absolute Größe der Ablage von der Führungslinie 4 machen, vorausgesetzt, daß die Divergenz der einzelnen Laserstrahlkeulen eine vorbestimmte Größe hat.

Es ist auch vorgesehen, daß die eine verhältnismäßig flache Führungsebene kennzeichnenden aneinander anschließenden Laserstrahlkeulen 2, 3, 6 und 7 unter einem Winkel zu einer weiter durch überlappende Laserstrahlkeulen gebildeten Führungsebene angeordnet ist, wobei eine Anordnung in senkrechter Lage besonders vorteilhaft für die Anwendung der Erfindung bei Laserschußsimulationsanlagen zur Analyse der Trefferablage sowohl hinsichtlich der Seite als auch hinsichtlich der Höhe geeignet ist.

Anstelle einer Anordnung mit gesonderten zusätzlichen Einrichtungen für die zweite Führungsebene ist auch vorgesehen, daß die einzelnen Strahlungskeulen der ersten Führungsebene über optische Einrichtungen ausgeblendet und z. B. über Prismen um 90° gedreht werden, um als zweite Führungsebene ausgestrahlt zu

-ι» werden.

Da geeignete Sensoren und optronische Verstärkungselemente sowie Analysatoren bzw. Diskriminatoren als auch Schaltungen und Bauteile für die Führungsund Regelaufgaben vielseitig bekannt sind, wird ihre Anwendung in Verbindung mit der Erfindung nicht im einzelnen erläutert.

Auch für die Ausgestaltung des Laser-Senders sind herkömmliche Maßnahmen vorgesehen, wobei z. B. einzelne Lasersendedioden mit einem vorgerichteten Strahlengang mit ihrem Kathodenflächen aneinandergeklebt oder nebeneinander angeordnet sein können bzw. über entsprechende Vielfach prismen oder auch rotierende Prismenflächen die Laserstrahlkeulen abstrahlen. Die einzelnen kodierten Laserstrahlkeulen werden über nachgeordnete optische Einrichtungen abgegeben, welche die Gesamtbreite der Divergenz festlegt. Es können auch mehrere entsprechend ausgerichtete Lasersendeeinrichtungen mit nuchgeordneten optischen Richtmitteln vorgesehen sein.

w) Es sei auch darauf hingewiesen, daß man für die analytische Auswertung von zwei unter einem Winkel zueinander stehenden Führungsebenen in vorteilhafter Weise den Führungsebenen unterschiedlich zugeordnetes polarisiertes Licht verwendet. Entsprechend müssen

<>> dann die am Zielobjekt 5 vorgesehenen Sensoreinrichtungen mit Polarisationsfiltern versehen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Führungssystem mit sich überlappenden Laserstrahlkeulen zur Erzeugung einer Führungskeule, wobei die Laserstrahlkeulen zur Unterscheidung mit jeweils einer Kennung versehen sind, und wobei ferner zur Positionsbestimmung mittels optischer Empfangseinrichtungen die Laserstrahlkeulen unterscheidbar sowie der Überlappungsbereich feststellbar und Nachführungs- und Steuerbefehle lieferbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich zumindest zwei erste unterschiedlich pulscodierte Laserstrahlkeulen (2, 3) in einer Führungslinie (4) derart überschneiden, daß die Begrenzung der Führungslinie mit geringer Überlappung nahezu parallel verläuft, daß sich weitere pulscodierte Laserstrahlkeulen (6, 7) etwa gleicher Reichweite beiderseits an die beiden ersten Laserstrahlkeulen anschließen, wobei sich benachbarte Keulen mit einem größeren Überdeckungswinkel überlappen, und daß den optischen Empfangseinrichtungen beim Zielobjekt Rücksendeeinrichtungen zugeordnet sind, um entsprechend der Ablage von der Führungslinie Ablagewerte zurück zur Lasersendeeinrichtung zu senden, um daraus Werte für die Ablage nach Größe und Richtung von der Führungslinie zu ermitteln.

2. Führungssystem nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die sich einander überlappenden Laserstrahlkeulen eine verhältnismäßig flache Führungsebene kennzeichnen, daß mehrere solche aus überlappenden Laserstrahlkeulen gebildete Führungsebenen unter einem Winkel zueinander verlaufen.

3. Führungssystem nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zielobjekt eine gelenkte Einrichtung (5) ist.