DE2533697A1 - Einrichtung zur signaluebertragung zwischen einer abschussbasis und einem flugkoerper mittels einer lichtuebertragungsstrecke - Google Patents

Einrichtung zur signaluebertragung zwischen einer abschussbasis und einem flugkoerper mittels einer lichtuebertragungsstrecke

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DE2533697A1 DE19752533697 DE2533697A DE2533697A1 DE 2533697 A1 DE2533697 A1 DE 2533697A1 DE 19752533697 DE19752533697 DE 19752533697 DE 2533697 A DE2533697 A DE 2533697A DE 2533697 A1 DE2533697 A1 DE 2533697A1
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Description

Einrichtung zur Signalübertragung zwischen einer Abschußbasis und einem Flugkörper mittels einer Lichtübertragungsstrecke
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Signalübertragung zwischen einer Basis und einem Flugkörper mittels einer Lichtübertragungsstrecke, insbesondere für ein Waffensystem mit von einer Abschuß- oder Leitbasis aus gelenkten Geschossen, wobei zwischen der Basis und dem Flugkörper während dessen Fluges eine Übertragungsstrecke für moduliertes Licht, insbesondere Laserlicht, besteht, dessen Modulation von der Leitbasis zum Flugkörper übertragene Steuersignale und/oder in umgekehrter Richtung übertragene Informationssignale repräsentiert^
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Aus der DT-OS 2 012 293 ist ein Waffensystem dieser Art bekannt, bei dem die Übertragungsstrecke aus einem vom Flugkörper abspulbaren flexiblen Faserlichtleiter besteht«, Sowohl an der Leitbasis als auch am Flugkörper ist der Faserlichtleiter an einen Laser bzw0 eine Laserdiode angeschlossen, durch deren Modulation im Zeitmultiplexverfahren Lenksignale zum Flugkörper bzwo Informationssignale, insbesondere von einer am Flugkörper vorgesehenen Bildaufnahmevorrichtung, zur Leitbasis übertragen werden« Eine solche Übertragung mittels modulierten Lichtes über einen Lichtleiter hat gegenüber der Signalübertragung mittels elektrischer Signale über eine flexible Kupferleitung vor allem den Vorteil größerer Breitbandigkeit,
Die Schwierigkeiten, Faserlichtleiter, die Licht über größere Entfernungen mit erträglichen Verlusten übertragen können, zu einem vernünftigen Preis zu realisieren, sind bekannte Hauptsächlich aus diesem Grund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Waffensystem dieser Art eine Lichtübertragungsstrecke ohne Verwendung eines Faserlichtleiters und überhaupt ohne körperliche Verbindung zwischen Flugkörper und Leitbasis zu schaffen,,
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Übertragungsstrecke aus einem von der Basis mittels einer Nachführeinrichtung ständig auf den Flugkörper gerichteten und an diesem zur Basis zurückreflektierten Laserstrahl besteht.
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Eine solche Übertragungsstrecke kann im Vergleich zu einer übertragung mittels Lichtleiter über wesentlich größere Entfernungen und verlustfreier durchgeführt werden, wobei der Vorteil der Breitbandigkeit voll erhalten bleibt. Die vom Flugkörper zur Basis zu übertragende Information, z.B. von einer Bildaufnahmeeinrichtung, kann im Zeitmultiplex durch Modulierung des vom Flugkörper zurückreflektierten Lichtes erfolgen«, Hierzu ist vorzugsweise am Flugkörper mindestens ein Tripelspiegelreflektor mit vorgeschaltetem optischem Modulator vorgesehen.
Die Nachführeinrichtung, mit der der Laserstrahl ständig auf den Flugkörper gerichtet wird, kann vorzugsweise einen Empfänger für das reflektierte Laserlicht mit Winkeldiskriminator aufweisen, so daß die winkelmäßige Abweichung des reflektierten Laserlichtanteils von der Mittelachse des ausgesendeten Laserstrahls erfaßt und zur Ermittlung der Flugkörperposition bzw. zur Nachsteuerung des Lasersenders verwendet werden kann. Ein solcher Winkeldiskriminator kann insbesondere aus einem Prisma bestehen, dessen Dachseiten gegenüber der Basisfläche um einen Winkel nahe dem Grenzwinkel der Totalreflexion geneigt und mit Photoempfängern belegt sind, an die eine Differenzschaltung angeschlossen ist„
Damit der Flugkörper das auf ihn treffende Laserlicht im wesentlichen unabhängig von seiner momentanen Fluglage re-
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flektieren kann, ist an ihm vorzugsweise mindestens ein Kranz von Tripelspiegelreflektoren mit vorgeschaltetem Modulator rund um die Achse des Flugkörpers verteilt angeordnet, wobei die Tripelspiegelreflektoren des Kranzes oder mehrerer Kränze auch so unterschiedlich zur Achse geneigt sein können, daß sie sowohl parallel zur Achse wie auch quer zur Achse und unter dazwischenliegenden Winkeln auftreffendes Licht reflektieren können«,
Der verwendete Lasersender ist vorzugsweise ein leistungsstarker Laser mit relativ breiter Sendekeule„ Insbesondere geeignet sind COp-Laser,, Zum Aufmodulieren der zum Plugkörper zu übertragenden Signale kann ein Teil des ausgesendeten Laserlichts mittels Strahlteiler ausgeblendet und durch einen optischen Modulator geleitet werden0
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert,,
Fige 1 zeigt schematisch die optischen und signalverarbeitenden Einrichtungen an der Abschußbasis mit Lasersender sowie das in dessen Strahlkeule fliegende Geschoß0
Fig» 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Geschosses O
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Gemäß Figo 1 ist an einer Abschuß- oder Leitbasis ein höhen- und seitenrichtbarer Lasersender 10 vorgesehen, der einen Laserstrahl 12 mit relativ breiter Winkeldivergenz aussendet, die aber gleichwohl in der Zeichnung übertrieben groß dargestellt ist„ Es handelt sich vorzugsweise um einen CO2-Laser, der impulsweise oder vorzugsweise im Dauerstrichbetrieb betrieben werden kann. Eine relativ breite Sendekeule des Lasersenders ist unschädlich, weil einerseits eine ständige Nachführung auf der Strahlachse erfolgt und andererseits der Strahl nicht auf Bodenziele gerichtet und deshalb für den Feind kaum detektierbar ist.
Ein an der Abschußbasis mittels nicht dargestellter Abschußeinrichtungen abgeschossenes lenkbares Geschoß 14 ist in einiger Entfernung von der Abschußbasis innerhalb der bereits ziemlich breit gewordenen Laserstrahlkeule 12 fliegend dargestellt. Es trägt in geeigneter, aerodynamisch günstiger Anordnung einen Tripelspiegelreflektor 16„ Ein solcher, in der Regel als Dreikantprisma mit verspiegelten Dachflächen ausgebildeter Reflektor hat bekanntlich die Eigenschaft, innerhalb eines begrenzten Öffnungswinkelbereichs einen auftreffenden Lichtstrahl unabhängig vom Auftreffwinkel parallel zu sich selbst zurückzureflektieren. Der Reflektor 16 wird somit den auf ihn auftreffenden Anteil 18 des Laserstrahls 12 in einen dazu parallel zurückkehrenden Strahl 20 reflektieren« Befindet sich das Geschoß 14 nicht genau auf
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der Achse 13 des Laserstrahls 12, so werden die beiden Strahlen 18 und 20 unter einem entsprechenden Winkel zur Achse verlaufen„
Der reflektierte Strahl 20 trifft an der Abschußbasis auf zwei Winkeldiskriminato ren 22, 22'. Diese sind jeweils als Prisma ausgebildet, dessen Dachseiten mit einem Winkel nahe dem Grenzwinkel der Totalreflexion zur Basisfläche geneigt und mit Photodetektoren 24, 26, 24', 26f belegt sind«, Die Prismen sind - abweichend von der schematischen Zeichnung - so angeordnet, daß ihre Dachkanten rechtwinklig zueinander stehen; z„Bo kann die Dachkante des Prismas 22' parallel zur Zeichenebene liegen» Jeder Winkeldiskriminator ist mit seiner Symmetrieachse parallel zur Achse 13 des Lasersenders 10 angeordnete Hat der ankommende Strahl 20 z„B. in der Vertikalebene einen Winkel zu dieser Achse 13 und damit zur Winkelhalbierenden der Dachseiten des Prismas 22, so trifft er auf die eine Dachseite mit einem Winkel auf, der kleiner ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion, so daß der Strahl an dieser Dachfläche total reflektiert wird und der entsprechende Photodetektor 24 kein Licht erhält0 Dagegen ist der Auftreffwinkel des Lichtstrahls 20 auf die andere Prismendachfläche größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion, so daß das Licht an dieser Dachfläche nicht reflektiert wird und voll den anderen Photodetektor 26 erreichte Man erhält somit bei jeder Winkelabweichung des Strahls 20 von der Achse 13 unterschiedliche Signale von den Photodetektoren 24,
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26. In gleicher Weise werden Winkelabweichungen in der Horizontalebene von den Photodetektoren 24', 26f erfaßt. Aus den Signalen werden mittels zweier Differenzierglieder 28 und eines Verstärkers 30 Steuersignale für einen den Lasersender 10 auf das Geschoß 14 nach Höhen- und Seitenwinkel nachführenden Servoantrieb 32 erhalten,, Diese Steuersignale gehen auf Null, wenn die Achse 13 auf das Geschoß 14 zurückgeführt ist und beide Photodetektoren 24, 26 bzw0 24', 26' gleich viel Licht erhalten, Winkeldiskriminatoren 22 der beschriebenen Art sind kommerziell erhältlich und gestatten eine Winkelauflösung von wenigen Bogensekunden. Statt zweier getrennter Prismen kann auch ein Vierkantprisma vorgesehen sein, das die Abweichungen in beiden Dimensionen erfassen kann«,
Der auf diese Weise ständig auf das Geschoß 14 nachgeführte Laserstrahl dient als Träger zur Informationsübertragung zwischen Abschußbasis und Geschoßo Von der Abschußbasis zum Geschoß kann die Signalübertragung durch Modulierung des Lasersenders 10 erfolgen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird jedoch nicht der Lasersender selbst moduliert, sondern ein Teil des Laserstrahls 12 wird mittels teildurchlässigen Ablenkspiegeln 34, 36 durch einen optischen Modulator 33 geleitet und als modulierter Strahl 39 parallel zur Achse 13 ausgesendet. Die Lichtdurchlässigkeit des Modulators 38 kann durch elektrische Signale von einer Modulationsein-
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heit 40 verändert werden,, Derartige Modulatoren sind z.Be Kerr- oder Pockelszellen oder in neuerer Zeit entwickelte Materialien wie Cadmiumtellurit, Lithiumjodat, Blei-Lanthan-Zirkon-Titanat, Kalium-Tantal-Niobat u.a. Die Auswahl wird man nach der gewünschten Steuergeschwindigkeit und V/inkeldivergenz treffen müssen. Die übertragenen Signale sind vorzugsweise Lenksignale für den Flugkörper. Diese Lenksignale können an der Leitbais mittels im folgenden noch beschriebener Einrichtungen erzeugt werden. Ein am Geschoß vorgesehener Empfänger 46 mit Demodulator 47 setzt die empfangenen Signale in Lenkbefehle für die Lenkflossen 15 des Geschosses 14 um.
Für die Signalübertragung rom Geschoß zur Abschußbasis ist dem Tripelspiegelreflektor 16 ein mittels einer Modulationseinheit 49 steuerbarer optischer Modulator 50 vorgeschaltet, der dem reflektierten Strahl 20 eine Modulation aufprägt» Diese kann beispielsweise aus Informationen über die Geschoßflughöhe oder anderen Meßdaten von einem Sensor 51 bestehen. Vorzugsweise ist aber im oder am Geschoß in an sich bekannter Weise eine Zielerfassungsvorrichtung 52 angeordet, Z0B. ein Infrarotdetektor oder vorzugsweise eine Bildaufnahmevorrichtung wie eine Fernsehkamera, Photodiodenmatrixkamera, Infrarotkamera, Wärmebildtester O0dgl., durch deren Signale der optische Modulator 50 gesteuert wird« Ein ebenfalls vom reflektierten Strahl 20 getroffener Empfänger 54
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führt die Modulationssignale einem Demodulator 56 zu, der sie beispielsweise an eine Bildschirmeinheit 58 weiterleitet, auf der die von der Bildaufnahmevorrichtung aufgenommene Bildinformation des vom Geschoß angeflogenen Zierbereiches dargestellt und beobachtet werden kann. Ferner kann mittels der Laufzeit des ausgesendeten und reflektierten Laserstrahls eine Entfernungsmessung in einem Entfernungsrechner 62 durchgeführt werden, vorzugsweise mittels eines besonderen Impulscodes des ausgesendeten Laserstrahls.
Die Übertragung der Signale von der Abschußbasis zum Geschoß und umgekehrt erfolgt vorzugsweise im Zeitmultiplexverfahren nach bekannten Methoden, evtlo zusätzlich zu einer Impulscodierung für die Entfernungsmessunge
Statt, wie dargestellt, mit einem einzigen Tripelspiegelreflektor 16 mit Modulator 50 ist das Geschoß 14 vorzugsweise mit einem Kranz von Reflektoren und Modulatoren versehen. Diese kranzförmige Anordnung kann gemäß Fig, 2 auch so angeordnet sein,daß die Reflektoren auch unter größeren Winkeln zur Geschoßachse einfallendes Licht reflektieren könnene Insbesondere können in dem die Achse des Geschosses 14' umgebenden Kranz 64 von Reflektoren unter unterschiedlichen Winkeln zur Geschoßachse angeordnet sein, so daß sowohl quer zur Achse einfallendes Licht 12' wie auch nahezu parallel zur Achse einfallendes Licht 12" immer einen Reflektor
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findeto Es können auch mehrere Kränze mit unterschiedlich orientierten Reflektoren vorgesehen sein. Auf diese Weise ist es möglich, einen Signalaustausch zwischen Geschoß und Abschußbasis auch während der Abstiegsphase eines indirekten Zielschusses durchzuführen, wenn das Geschoß gegenüber der Achse des Laserstrahls stark geneigt ist«, Andererseits kann man mit einem einzigen Tripelspiegel auskommen, wenn der Flugkörper mit einer Stabilisieriongseinrichtung versehen ist, die seine Lage bezüglich der Hoch- und Querachse regelt, und/oder wenn ein Signalaustausch nur bei horizontaler Flugstrecke oder im aufsteigenden Teil einer indirekten ballistischen Flugbahn vorgesehen ist0
Zur Erzeugung von Steuersignalen an der Leitbasis kann eine Hands teue reinheit 42 mit Lenkknüppel 44 vorgesehen sein, mit der Steuersignale z.B„ anhand der Beobachtung des auf dem Bildschirm 58 erscheinenden, vom Flugkörper erfaßten Zielbereiches erzeugt werden könneno Diese Steuersignale werden der Modulationseinheit 40 zugeführt. Vorzugsweise erfolgt die Steuerung jedoch weitgehend selbsttätig mittels eines Rechners 60, der die Steuersignale aus vorgegebenen und/oder vom Flugkörper übertragenen Informationen errechnet und der Modulationseinheit 40 zuführt» An den Rechner 60 ist der Entfernungsrechner 62 angeschlossen, ferner können ihm die momentanen Lagekoordinaten des ständig nachgeführten Lasersenders 10 als Information zugeführt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ferner der Bildschirm 58 als aktiver
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Bildschirm ausgebildet, an welchem ausgewählte Zielpunkte mittels eines optischen Tasters oder Manipulators 65 ertastet werden können, so daß deren Koordinaten abgerufen und dem Rechner 60 zugeführt werden«. Ein Zusatzrechner 61 sorgt für die koordinatengerechte Aufbereitung der auf dem Bildschirm 58 erscheinenden Zieldarstellung. Dieses Verfahren ist insbesondere auch dann anwendbar, wenn man auf eine Kamera als Bildaufnähmevorrichtung verzichtet und lediglich mit einem V/ärmestrahlungsdetektor die koordinatengerechte Verteilung der ¥ärmestrahlung von Einzelzielen ermittelt und für die Zielselektion und -ansteuerung heranzieht«,
Das Lenken von Geschossen in ein Ziel mittels eines auf das Ziel gerichteten Laser-Leitstrahls istbekannt. Dies hat vor allem den Nachteil, daß die Leitbasis vom Ziel her angepeilt, vermessen und angegriffen werden kann und daß direkte Sicht zwischen Abschußbasis und Ziel erforderlich ist. Demgegenüber bietet das erfindungsgemäße System den großen Vorteil, daß es einen indirekten Beschüß von nicht direkt sichtbaren Zielen auch auf große Entfernungen ermöglichte Insbesondere ist es möglich, das Geschoß in einer indirekten ballistischen Flugbahn in eine Lage oberhalb eines vermuteten Zielgebietes zu bringen, während des Sinkfluges des Geschosses Bildinformationen des Zielbereichs zur Abschußbasis zu übertragen, anhand des übertragenen Bildes eine Zielselektion vorzunehmen und das Geschoß während des
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Sinkfluges in die Nähe eines ausgewählten Zieles zu lenken«, Ss genügt, das Geschoß so weit an das ausgewählte Ziel anzunähern, daß eine am Geschoß vorzugsweise zusätzlich vorgesehene Zielsuch- und Nachführautomatik das Ziel mit Sicherheit erfassen und das Geschoß dann in der letzten Flugphase, wenn es mit dem Laserstrahl nicht mehr erfaßt werden kann, selbsttätig in das Ziel zu lenken«,
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann auch bei ungelenkten ballistischen Geschossen lediglich zum Übertragen von Bildsignalen vom Geschoß zur Abschußbasis verwendet werden, anhand deren dann die Abschußgeräte für nachfolgende Abschüsse gerichtet werden können. Als Laserstrahl im Sinne der Erfindung kann Laserlicht sowohl im sichtbaren Wellenlängenbereich wie auch im IR- bzwo UV-Bereich verwendet werden,, Die Basis mit dem Lasersender kann sich, anstatt stationär am Boden, auch auf einem Fahrzeug oder Schiff oder auch z.B. an einem Helikopter befinden, von dem aus Bodenziele, vorzugsweise indirekt, beschossen werden.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Einrichtung zur Signalübertragung zwischen einem Flugkörper und einer Basis, "bei dem zwischen der Basis und dem Flugkörper während dessen Fluges eine Übertragungsstrecke für moduliertes Licht, insbesondere Laserlicht, besteht, dessen Modulation von der Leitbasis zum Flugkörper übertragene Steuersignale und/oder in umgekehrter Richtungübertragene Informationssignale repräsentiert, dadurch gekennzeichnet , daß die Übertragungsstrecke aus einem von der Basis mittels einer Nachführeinrichtung ständig auf den Flugkörper (14) gerichteten und an diesem zur Basis zurückreflektierten Laserstrahl (12, 20) besteht«,
    2„ Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Flugkörper (14) mindestens ein Tripelspiegelreflektor (16) zum Reflektieren des Laserstrahls in sich selbst angeordnet iste
    3β Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Nachführvorrichtung für den den Laserstrahl erzeugenden Lasersender (10) eine Empfangsvorrichtung für am Flugkörper reflektiertes Licht mit mindestens einem V/inkeldiskriminator zum Erfassen der Winkelablage des reflektierten Lichtanteils von der Achse (13) des ausgesendeten Lichtstrahls (12) aufweist.
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    4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der V/inkeldiskriminator aus einem Prisma (22) besteht, dessen Dachseiten gegenüber der Basisfläche um einen Winkel nahe dem Grenzwinkel der Totalreflexion geneigt und mit Photoernpfängern (24, 26) belegt sind, an die eine Differenzschaltung (28) angeschlossen ist.
    5ο Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß durch die Differenzschaltung (28) Nachführ-Servomotoren (32) für den Lasersender (10) gesteuert sind.
    6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Lasersender (10) mit einer Modulati ons einrichtung zum Aufprägen einer die Steuersignale für den Flugkörper (14) repräsentierenden Modulation auf dem Laserstrahl (12) versehen ist„
    7ο Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung aus einem optischen Modulator (38) besteht, der von einem mittels Strahlteiler (34) ausgesonderten Teil (39) des ausgesendeten Laserstrahls (12) durchlaufen wird,
    8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Flugkörper (14) ein dem Tripel-
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    spiegelreflektor (16) vorgeschalteter optischer Modulator (50) vorgesehen ist, der von einem am Flugkörper vorgesehenen Signalerzeuger steuerbar ist.
    9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalerzeuger von einer am Flugkörper (14) vorgesehenen Zielerfassungsvorrichtung, insbesondere einer Bildaufnahmevorrichtung (52), steuerbar ist„
    1Oo Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Basis eine Entfernungsmeßvorrichtung (54, 62) zur laufenden Entfernungsmessung aufgrund der Laufzeit des ausgesendeten und reflektierten Laserstrahls vorgesehen ist.
    11. Hinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß an der Basis eine Vorrichtung (42, 60) zum Erzeugen von Lenksignalen für den Flugkörper (14) vorgesehen ist.
    12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen Rechner (60) auf v/eist, an den die Entfernungsmeßeinrichtung und/oder eine Auswertevorrichtung (58) für die vom Flugkörper (14) übertragene Bildinformation des Zielbereiches angeschlossen ist„
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    13* Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Auswertevorrichtung (58) aus ■ einem aktiven Bildschirm mit Tastmanipulator (65) besteht,,
    14o Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Flugkörper (i4f) mindestens ein rund um seine Achse angeordneter Kranz (64) von Tripelspiegelreflektoren mit optischen Modulatoren angeordnet ist0
    15. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz (64) oder mehrere Kränze die Tripelspiegelreflektoren in solcher Orientierung aufweisen, daß sie sowohl parallel zur Achse des Flugkörpers (14!) als auch quer zur Achse und unter dazwischenliegenden Winkeln ankommendes Licht (12·, 12") reflektieren,
    16«, Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß der Lasersender aus einem leistungsstarken Laser mit relativ breiter Sendekeule, insbesondere einem COp-Laser besteht.
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