DE2363668C3

DE2363668C3 - Verfahren und Anordnung zur Erkennung mindestens eines schwebenden Hubschraubers

Info

Publication number: DE2363668C3
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: 1981-07-23
Also published as: DE2363668A1; DE2363668B2

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 π 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 bo 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 kurzer Reaktionszeit vollautomatisch und mit geringem Aufwand eine HS-Erkennung in einem großen räumlichen Sektor (azimutal möglichst über 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 statistisch 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 10,1972, Seiten 353 bis 355, ist eine mit Wechsellicht vorgegebener Frequenz arbeitende Ferr.steueranlage, 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 mittels einer Transistorschaltung frequenzselektiv verstärkt, um Störsignale zu unterdrücken, und danach detektiert, um die periodische Helligkeitsmodulation mit der vorgegebenen Frequenz des sendeseitigen 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 DE-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 Lagebestimmung der umlaufenden Flügel, also nicht um ein Raumüberwachungsproblem.

Zur Abschätzung des bei der Erfindung zu erwarten-

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

periodischen und dem konstanten Anteil sei folgende der Ziel-Lichtstrom \bleitung dargestellt:

Der Sensor bestehe aus einer Optik mit dem ₂

Durchmesser D und der Brennweite / und einer 5 Φ, = ^π · E,;

Photozelle mit dem Durchmesser c/(F ig. 1). " 4

In der Entfernung R_z befinde sich ein Ziel mit der Räche F₁ und dem Reflexionsfaktor ρ_ζ sowie in der φ _

Entfernung Rh ein Hintergrund mit dem Reflexionsfaktor Qh, der den öffnungswinkel φ des Sensors gerade 10 ausfülle (F i g. 2). Φ. besteht jetzt aus einem konstanten Anteil und

Es herfbche die Beleuchtungsstärke E; einem veränderlichen:

F. verändere sich periodisch nach F₂ = F₀ [ 1 + ^Jt /F₀(I)].

Das Ziel verdeckt vom Hintergrund eine Fläche φ ₌ φ ₊ φj_t\ ■

" ' tiz'E 16

R,

16

Rl

Die Hintergrundsfläche beträgt:

Nach Abschattung durch das Ziel verbleibt: Dieser Hintergrund erzeugt einen Lichtstrom von

Φ_Ν besteht ebenfalls aus einem konstanten und einem veränderlichen Anteil:

Φν = N_No + Φ_Ν(ί);

Die Summe der veränderlichen Anteile ist:

D² ■ E IF(f)

f ~ = 4>M + 4>ν(ι) = —Γ7— · -»τ-' (i': - i'h) 16 Rf

Die Summe der konstanten Anteile ist:

und im Abstand R_h eine Beleuchtungsstärke

Φ
4-T · Rl

,2 (v

Ch ■ ·" · tg² '■■■

Das Verhältnis des Gleichanteils zum Wechsel-Anteil wird

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

fs =	F₀-E₁₁;
F₀ = φ.. —	*D² π*
4 '

ν φ~ 1/(0 _L_ Vz ■ F₀ + ρ_Η(η ■ \

T\2, 17 r- IT^-I

^Λ 16 L RiI

Das Ziel erzeugt einen Lichtstrom von

Φ. = F. ·(<.·£;
und im Abstand R, eine Beleuchtungsstärke

rh

j¹; oder die »Sichtbarkeit«

Cz ■ F₀

² -F₀)

für kleine, weit entfernte Ziele wird:

F₀ «.,-tg²«'²'·«² unH

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 Betrachtungsrich ι mg zwischen

Lund

1,5 H- L schwankt.

Fa = 2HL* = 1,732 H Fb = H- L + 0,5 H L =

Damit wird:
AF = 0,232 HL

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 bei Zugrundelegung von Öffnungswinkeln von einigen Grad, Entfernungen von 2 ... 3 km und mittlerer Helligkeit nachweisbare Signale entstehen.

Eine Verbesserung ist möglich, indem durch Farb-Filter derjenige Spektralbereich im sichtbaren oder infraroten bzw. ultravioletten Licht ausgewählt wird, in welchem sich die Reflexionsfaktoren der Rotoren und des Hintergrundes möglichst stark unterscheiden.

Da der Einzelsensor nur einen geringen Öffnungswinkel besitzt, ist es zweckmäßig, viele Sensoren auf den zu untersuchenden Raumwinkel zu verteilen. Der Aufwand bleibt in Grenzen, da die Optiken sehr einfach sein (nur aus einer Linse bestehen) können: an Abbildungsschärfe und Verzeichnungsfreiheit sind ja keine Anforderungen zu stellen. Weiterhin kann jede Einzellinse zur Erzielung mehrerer Sektoren benützt werden, indem ihr jeweils in entsprechender Anordnung mehrere lichtempfindliche Elemente zugeordnet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur passiven, automatischen Erkennung mindestens eines in einem zu überwachenden Raumwinkelbereich schwebenden Hubschraubers, dadurch gekennzeichnet, 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 Helligkeitsmodulation des Lichteinfalls 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 jo n> 1) lichtempfindlichen Zellen und eine Anzahl von K Auswertschaltungen vorgesehen sind und daß jede Auswertschaltung automatisch zyklisch an π : K Photozellen anschließbar ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, r> 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 4» Kennlinie der Photozelle einregelbar ist.