DE2363668B2

DE2363668B2 - Verfahren und Anordnung zur Erkennung mindestens eines schwebenden Hubschraubers

Info

Publication number: DE2363668B2
Application number: DE19732363668
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing. 7904 Erbach Wilke
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1973-12-21
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1980-11-20
Also published as: DE2363668C3; DE2363668A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur passiven, automatischen Erkennung mindestens eines in einem zu überwachenden Raumwinkelbereich schwebenden w Hubschraubers sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Hubschrauber (im folgenden abgekürzt mit HS bezeichnet), welche mit panzerbrechenden Waffen ausgerüstet sind, stellen für gepanzerte Fahrzeuge eine >-, äußerst ernste Drohung dar, da sie im Einsatzfall in sehr kurzer Zeit aus gut gedeckter Position aufsteigen, die Waffen zum Einsatz bringen und erneut in Deckung gehen können. Eine Abwehr durch die gepanzerten Fahrzeuge ist häufig nahezu unmöglich, da deren t,o Besatzungen den Hubschrauber sehr häufig gar nicht rechtzeitig erkennen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein passives Verfahren und zu dessen Durchführung geeignete Anordnungen zu finden, die mit genügend fi> kurzer Reaktionszeit vollautomatisch und mit geringem Aufwand eine HS-Erkennung in einem großen räumlichen Sekinr (azimutal möglichst üher 360') gewährleisten. Die passive Betriebsweise soll ermöglichen, beliebig viele Fahrzeuge ohne gegenseitige Störung und ohne zusätzliche Gefährdung durch Abgabe von beim Gegner ortbarer Strahlung damit auszurüsten. Unter der gegebenen Voraussetzung, daß der HS optische Sicht zum gepanzerten Fahrzeug benötigt und damit diese auch von dem Fahrzeug zum HS gegeben ist, basiert die Erfindung darauf, das vorhandene Umgebungslicht des HS auszuwerten.

Charakteristisches Merkmal eines schwebenden HS sind die rotierenden Rotorblätter. Aus jeder taktisch möglichen Situation stellen diese eine periodisch schwankende Abdeckung des Hintergrundes (Himmel oder Landschaft) dar. Da der optische Reflexionskoeffizient in Betrachtungsrichtung der Rotoren niemals über alle Stellungen exakt gleich dem des Hintergrundes sein kann, wird in einem Lichtstrom, der aus einem bestimmten Raumwinkel, welcher den HS vor einem Hintergrund enthält, durch eine Optik auf ein lichtempfindliches Element fokussiert wird, ein periodisch schwankender Anteil enthalten sein.

Wenn es gelingt, in dem Gesamtlichtstrom, der sich aus

— einem konstanten Anteil

(herrührend von Allgemeinhelligkeit und Hintergrundreflexion) und

— einem statisti-ch schwankenden Anteil
(herrührend aus Schwankungsprozessen der Helligkeit und der Reflexion des Hintergrundes) zusammensetzt,

den vergleichsweise kleinen periodischen Anteil zu detektieren, ist sein Vorhandensein ein Signal für das Vorhandensein eines HS im untersuchten Raumwinkel.

Die Merkmale der Erfindung sind dem Patentanspruch 1 bzw. dem Patentanspruch 2 entnehmbar. Die Unteransprüche beziehen sich auf Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung.

Aus »Funkschau«, Heft 10, !972, Seiten 353 bis 355, ist eine mit Wechsellicht vorgegebener frequenz arbeitende Fernsteueranlage, insbesondere für Automodelle, bekannt. Der Gesamtlichtstrom aus einem vorgegebenen Raumwinkelbereich wird bei jedem Automodell mit Hilfe einer Optik auf seine lichtempfindliche Zelle geleitet. Deren Ausgangsspannung wird mi'tels einer Transistorschaltung frequenzselektiv verstärkt, um Störsignale zu unterdrücken, und danach detektiert, um die periodische Hclligkeitsmodulation mit der vorgegebenen Frequenz des sendcseitigen Wechsellichtes elektronisch zu analysieren. Die Sendemodulation erfolgt durch eine vor einer Glühlampe mit konstanter Geschwindigkeit rotierende Lochscheibe. Bei diesem Stand der Technik ist retrospektiv zwar die Glühlampe mit der Umgebungslichtquelle des HS, die Lochscheibe mit dem Rotor des HS und die fahrzeugseitige Anordnung mit der Detektion und Analyse beim Erfindungsgegenstand vergleichbar; dennoch sind hiervon völlig unterschiedliche technische Gebiete betroffen, nämlich zum einen die Fernsteuerung technischen Spielzeugs und zum anderen die Luftraumüberwachung, insbesondere der Wehrtechnik. Schließlich weist die ÜE-AS 12 48 482 die fotoelektrische Erfassung von durch die umlaufenden Rotorblätter eines Hubschraubers periodisch moduliertem Licht als an sich bekannt aus; doch geht es hierbei ausschließlich um die l.agebestimmung der umlaufenden Flügel, also nicht um ein RiuimUberwachungsproblcm.

Zur Abschätzung des bei der Erfindung /11 erwarten-

den Verhältnisses zwischen dem zu detektierenden Davon fällt in die Optik und damit in die Photozelle

periodischen und dem konstanten Anteil sei folgende der Ziel-Lichtstrom Ableitung dargestellt;

Der Sensor bestehe aus einer Optik mit dem Durchmesser D und der Brennweite / und einer Photozelle mit dem Durchmesser rf(F i g. 1).

In der Entfernung R_z befinde sich ein Ziel mit der Fläche F₂ und dem Reflexionsfaktor ρ* sowie in der Entfernung Ä* ein Hintergrund mit dem Reflexionsfaktor ρ*, der dan öffnungswinkel φ des Sensors gerade ausfülle (F ig. 2).

Es herrsche die Beleuchtungsstärke E; F. verändere sich periodisch nach F. = F₀ [1 +'

Das Ziel verdeckt vom Hintergrund eine Fläche φ ₌ φ ^ ₊ φ^ ■

,ρ ₌

16 ~kJ

Φ, besteht jetzt aus einem konstanten Anieil und einem veränderlichen:

15 Φ. =

F IFT

W ⁺ W^{t)\

K₁ K₁ J

Die Hintergrundsfläche beträgt:

= rj-π; mit ^ =

Φ_Ν besteht ebenfalls aus einem konstanten und einem veränderlichen Anteil:

Nach Abschattung durch das Ziel verbleibt:

Dieser Hintergrund erzeugt einen Lichtstrom von

und im Abstand R_h eine Beleuchtungsstärke

Die Summe der veränderlichen Anteile ist:

. („. _ _IJk)

Die Summe der konstanten Anteile ist:

D² ETy₁ F

0 = 4^ [^f (--^) +tv--tg²¹"²¹

4-. Das Verhältnis des Gleichanteils zum Wechsel-Anteil wird

Hiervon fällt in die Optik und damit auf die Photozelle der Nebenlichtstrom

F = °~ ■
r„ ₄ ,

Φ-

v φ 1/(0 fe-ί'*)· 1/(0 '

D² ■ „„ ■ E

₂ , F. η ^tg"-RfJ

Das Ziel erzeugt einen Lichtstrom von v> oder die »Sichtbarkeit« I/ =

und im Abstand R₂ eine Beleuchtungsstärke E. = . "Ί, ;

E. =

4-rK?

für kleine, weit entfernte Ziele wird:

F₁, -c .T-tg²¹'-¹-«? und

'., / τ · lg²' ²- Rf

Zur Abschätzung eines Betrages für AF diene folgende Betrachtung:

Ein dreiflügeliger Rotor habe (in Betrachtungsrichtung) die Höhe H und die Flügellänge L Damit ergibt sich in Betrachtungsrichtung (Fig.3) eine effektive Fläche, die für je 30" Drehung des Rotors gegenüber der Betrachtungsrichtung zwischen

Fa = 2WZ/= 1,732 H ■ Z.und

Fb - H ■ L + 0.5 H ■ L = 1,5 H ■ /.schwankt.

Damit wird:
AF = 0,232 Il L

Dieser Wert ist nur ein grober Anhaltswert, da der Effekt durch den über der Rotordrehung nicht konstanten Reflexionsfaktor in Betrachtungsrichtung wesentlich verstärkt wird. Die Schwankungsperiode wird T=6n, da jeweils eine Drehung von 60° eine volle Periode ergibt, mit T = Schwankungsperiode und η -Drehungszahl des Rotors (U/sec).

Quantitative Untersuchungen ergeben, daß be Zugrundelegung von Öffnungswinkeln von einigei Grad, Entfernungen von 2 ... 3km und mittlere Helligkeit nachweisbare Signale entstehen.

Eine Verbesserung ist möglich, indem durch Farb-Fil ter derjenige Spektralbereich im sichtbaren ode infraroten bzw. ultravioletten Licht ausgewählt wird, ii welchem sich die Reflexionsfaktoren der Rotoren um des Hintergrundes möglichst stark unterscheiden.

Da der Einzelsensor nur einen geringen Öffnungswin kel besitzt, ist es zweckmäßig, viele Sensoren auf den zi untersuchenden Raumwinkel zu verteilen. Der Aufwani bleibt in Grenzen, da die Optiken sehr einfach sein (nu aus einer Linse bestehen) können; an Abbildungsschärfi und Verzeichnungsfreiheit sind ja keine Anforderungei zu stellen. Weiterhin kann jede Einzellinse zur Erzielunj mehrerer Sektoren benützt werden, indem ihr jeweils ii entsprechender Anordnung mehrere lichtempfindlichi Elemente zugeordnet werden.

I licrzu I Blatt Zcichnunaen

Claims

Patentansprüche:

t. Verfahren zur passiven, automatischen Erkennung mindestens eines in einem zu überwachenden Raumwinkelbereich schwebenden Hubschraubers, dadurchgekennzeichnet, daß der Gesamt-Lichtstrom aus dem zu überwachenden Raumwinkelbereich mit Hilfe einer Optik auf eine lichtempfindliche Zelle fokussiert und die eine Helligkeitsmo- ι ο dulation verkörpernde Komponente im Ausgangssignal der Zelle, welche aufgrund der rotierenden Blätter des mindestens einen Hubschraubers resultiert, detektiert wird.
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ■ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Optik vorgesehen ist, mittels derer der zu überwachende Raumwinkelbereich auf mindestens eine lichtempfindliche Zelle fokussierbar ist und daß an die Zelle eine Detektoranordnung für die durch die Rotorblätter des Hubschraubers hervorgerufene HeHigkeilsmüduiation des Lichteinfaiis aus dem Raumwinkelbereich angeschlossen ist
3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere lichtempfindliche Zellen der Optik konstruktiv derart zugeordnet sind, daß die Optik mehrere zu überwachende Winkelsegmente erfaßt.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von π (mit n> 1) lichtempfindlichen Zellen und eine Anzahl von K Auswenxhaltungen vorgesehen sind und daß jede Auswertschaltung automatisch zyklisch an π : K Photozellen anschließbar ist.
5. Anordnung nach eir.em d:-r Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch automatische Abblendung des jeweiligen Teils der Optik der Gleichstromwert, der der momentanen Gesamthelligkeit des jeweiligen Winkelsegments entspricht, auf einen Punkt optimaler Empfindlichkeit der Kennlinie der Photozelle einregelbar ist.