DE2533697B2

DE2533697B2 -

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Publication number: DE2533697B2
Application number: DE2533697A
Authority: DE
Original assignee: PRECITRONIC GESELLSCHAFT fur FEINMECHANIK und ELECTRONIC MBH 2000 HAMBURG
Current assignee: PRECITRONIC GESELLSCHAFT fur FEINMECHANIK und ELECTRONIC MBH 2000 HAMBURG
Priority date: 1975-07-28
Filing date: 1975-07-28
Publication date: 1979-09-06
Also published as: GB1529388A; DE2533697A1; CH600425A5; US4096380A; FR2319871A1; FR2319871B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Signalübertragung zwischen einem Flugkörper und einer Basis, mit einem an der Basis angeordneten Lasersender zum Aussenden eines auf den Flugkörper gerichteten Laserstrahls, mindestens einem Reflektor am Flugkörper zum Reflektieren des Laserstrahls zurück zur Basis, einer durch den reflektierten Laserstrahl gesteuerten Nachführeinrichtung an der Basis zum Nachführen des Lasersenders auf den Flugkörper, einem Modulator an der Basis zum Aufiriodulieren von zum Flugkörper zu übertragenden Signalen auf den Laserstrahl und einem Empfänger mit Demodulator am Flugkörper zum Empfang der vom Laserstrahl übertragenen Signale.

Eine derartige Einrichtung ist aus DE-OS 21 52 677 bekannt Sie dient dazu, ohne Verwendung einer körperlichen Verbindung zwischen Basis und Flugkörper (wie z. B. einem abrollbaren Lichtleiter gemäß DE-OS 20 12 293) durch Modulation des ständig dem Flugkörper nachgeführten Laserstrahl Lenksignale zum Flugkörper zu übertragen, die durch Vergleich der Winkelposition des Flugkörpers mit der eines durch optisches Visier anvisierten Zieles gewonnen werden. Mit dieser bekannten Einrichtung ist aber nur eine Signalübertragung von der Basis zum Flugkörper, nicht aber in umgekehrter Richtung, und nur ein Fernlenken des Flugkörpers auf Ziele, die von der Basis direkt beobachtbar sind, möglich. Ähnliches gilt von den aus DE-OS 12 77 683 und US-PS 38 48 830 bekannten

■»5 Einrichtungen zur Übertragung von Fernlenksignalen auf Flugkörper, wobei bei diesen Einrichtungen der Laserstrahl dem Flugkörper nicht nachführbar, sondern ortsfest ist und die Lenksignale den Flugkörper nur auf der Achse des Laserstrahls halten sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß damit auch eine Signalübertragung vom Flugkörper zur Basis möglich ist, und hierdurch die Voraussetzung dafür geschaffen wird, daß die für die Erzeugung der Lenksignale für den Flugkörper notwendige Zielerfassung auch vom Flugkörper selbst vorgenommen werden kann, so daß auf von der Basis nicht direkt sichtbare Ziele geschossen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

so daß am Flugkörper ein dem Reflektor zugeordneter, steuerbarer Modulator zum Aufmodulieren von zur Basis zu übertragenden Signalen auf den reflektierten Laserstrahl vorgesehen ist und daß an der Basis ein Empfänger mit Demodulator zum Empfang der vom reflektierten Laserstrahl übertragenen Signale vorgesehen ist.

Hierdurch wird ohne wesentlichen zusätzlichen Aufwand eine in beiden Richtungen benutzbare

Kommunikationsslrecke zwischen Flugkörper und Basis geschaffen, ohne daß der Flugkörper selbst Sendeeinrichtungen für einen Laserstrahl od. dgl. aufweisen muß. Per gleiche, bereits auf dem Hinweg zum Flugkörper eine aufmodulierte Information übermittelnde Laserstrahl kann nach Retroreflektion am Flugkörper eine zusätzlich aufmodulierte, von der ersten völlig unabhängige Information zur Basis zurückübertragen, z. B. im Zeitmultiplex mit der ersten Information. Bei dieser zur Basis übertragenen Information kann es sich insbesondere um Zielaufklärungssignale handeln, die z. B. von einer am Flugkörper vorgesehenen Fernsehkamera od. dgl. erzeugt, zur Basis übertragen und dort z. B. rechnerisch aufbereitet und sichtbar dargestellt werden können, um danach die is Lenksignale für den Flugkörper zu erzeugen. Solche und andere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch die optischen und .-,ignaiverarbeitenden Einrichtungen an der Abschußbasis mit Lasersender sowie den in dessen Strahlkeule fliegenden Flugkörper.

Fig.2 zeigt eine andere Ausführungsform des Flugkörpers.

Gemäß F i g. 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 CO^Laser, der impulsweise oder vorzugsweise im Dauerstrichbetrieb betrieben werden kann. Eine relativ breite Sendekeule des Lasersenders ist unschädlich, weil einerseits eine )5 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 abgeschossenen lenkbaren Flug- <io körper 14 ist in einiger Entfernung von der Abschußbasis innerhalb der bereits ziemlich breit gewordenen Laserstrahlkeule 12 fliegend dargestellt. Er trägt in aerodynamisch günstiger Anordnung einen Tripelspiegelreflekter 16. Ein solcher, in der iiegel als Dreikant- prisma mit verspiegelten Dachflächen ausgebildeter Reflektor hat bekanntlich die Eigenschaft, innerhalb eines begrenzten Öffnungswinkelbereiches einen auftreffenden Lichtstrahl unabhängig vom Auftreffwinkel parallel zu sich selbst zurückzureflektieren. Der jo Reflektor !6 wird somit dew auf ihn auftreffenden Anteil 18 des Laserstrahls 12 in einen dazu parallel zurückkehrenden Strahl 20 reflektieren. Befindet sich der Flugkörper \4 nicht genau auf der Achse 13 des Laserstrahls 12, so werden die beiden Strahlen 18 und 20 unter einem entsprechenden Winkel zur Achse 13 verlaufen.

Der reflektierte Strahl 20 trifft an der Abschußbasis auf zwei Winkeldiskriminatoren 22, 22'. Diese sind jeweils als Prisma ausgebildet, dessen Dachseiten mit ho einem Winkel nahe dem Grenzwinkel der Totalreflexion zur Basisfläche geneigt und mit Photodetektoren 24, 26, 24', 26' belegt sind. Die Prismen sind -abweichend von der schematischen Zeichnung — so angeordnet, daß ihre Dachkanten rechtwinklig zueinan- i>^r der stehen; z. B. kann de Dachkante des Prismas 22' parallel zur Zeichenebene liegen, jeder Winkcldiskriminator ist mit seiner Symmetrieachse parallel zur Achse

13 des Lasersenders 10 angeordnet. 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 erhält. Dagegen ist der Auftreffwinkel des Lichtstrahls 20 auf die andere Prismendachfläche größer als der Grenzwinkel der Totalreklexion, so daß das Licht an dieser Dachfläche nicht reflektiert wird und voll den anderen Photodetektor 26 erreicht. Man erhält somit bei jeder Winkelabweichung des Strahls 20 von der Achse 13 unterschiedliche Signale von den Photodetektoren 24, 26. In gleicher Weise werden Winkelabweichungen in der Horizontalebene von den Photodetektoren 24', 26' erfaßt. Ans den Signalen werden mittels zweier Differenzierglieder 28 und einer Verstärkers 30 Steuersignale für einen den Lasersender 10 auf den Flugkörper 14 nach Höhen- und Seitenwinkel nachfahrenden Servoantrieb 32 erhalten. Diese Steuersignale gehen auf Null, wenn die Achse 13 auf den Flugkörper

14 zurückgeführt ist und beide Photodetektoren 24, 26 bzw. 24', 26' gleich viel Licht erhalten. Winkeldiskriminatoren 22 der beschriebenen Art sind kommierziell 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 den Flugkörper 14 nachgeführte Laserstrahl dient als Träger zur Informationsübertragung zwischen Abschußbasis und Flugkörper. Von der Abschußbasis zum Flugkörper kann die Signalübertragung durch Müdulieruiig des Lasersenders 10 erfolgen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird jedoch nicht der Laserstrahl selbst moduliert, sondern ein Teil des Laserstrahls 12 wird mittels teik^;'jrchlässigen Ablenkspiegeln 34, 36 durch einen optischen Modulator 38 geleitet und als modulierter Strahl 39 parallel zur Achse 13 ausgesendet Die Lichtdurchlässigkeit des Modulators 38 kann durch elektrische Signale von einer Modulaiionseinneit 40 verändert werden. Derartige Modulatoren sind z. B. Kerr- oder Pockelszellen oder in neuerer Zeit entwickelte Materialien wie Cadmiumtellurit, Lithiumjodat, Blei-Lanthan-Zirkon-Titanat, Kalium-Tantal-Niobat u. ä. Die Auswahl wird man nach der gewünschten Steuergeschwindigkeit und Winkeldivergenz treffen müssen. Die übertragenen Signale sind vorzugsweise Lenksignale für den Flugkörper. Diese Lenksignale können an der Leitbasis mittels im folgenden noch beschriebener Einrichtungen erzeugt werden. Ein am Flugkörper vorgesehener Empfänger 46 mit Demodulator 47 setzt die empfangenen Signale in Lenkbefehle für die Lenkflossen 15 des Flugkörpers 14 um.

Für die Signa!übertragung vom Flugkörper zur Abschußbafis ist dem Tripelspiegelreflektor 16 ein mitteis einer Modulationseinheit 49 steuerbarer optischer Modulator 50 vorgeschaltet, der den··, reflektierten Strahl 20 eine Modulation aufprägt. Diese kann beispielsweise aus Informationen über die Flugkörperflughöhe oder anderen Meßdaten von einem Sensor 51 bestehen. Vorzugsweise ist aber im oder am Flugkörper in an sich bekannter Weise eine Zielerfassungsvorrichtung 52 angeordnet, z. B. ein Infrarotdetektor oder vorzugsweise eine Bildaufnahmevorrichtung wie eine

Fernsehkamera, Photodiodenmatrixkamera, Infrarotkamera, Wärmebildtester ο. dgL durch deren Signale der optische Modulator 50 gesteuert wird. Ein ebenfalls vom reflektierten Strahl 20 getroffener Empfänger 54 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 Zielbereiches 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 erfogt vorzugsweise im Zeitmultiplexverfahren nach bekannten Methoden, evtl. zusätzlich zu einer impuiscodierung tür die fcntfernungsmessung.

Statt, wie dargestellt, mit einem einzigen Tripelspiegelreflektor 16 mit Modulator 50 ist der Flugkörper 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 Flugkörperachse einfallendes Licht reflektieren können. Insbesondere können in dem die Achse des Flugkörpers 14' umgebenden Kranz 64 Reflektoren unter unterschiedlichen Winkeln zur Flugkörperachse angeordnet sein, so daß sowohl quer zur Achse einfallendes Licht 12' wie auch nahezu parallel zur Achse einfallendes Licht 12" immer einen Reflektor findet. Es können auch mehrere Kränze mit unterschiedlich orientierten Reflektoren vorgesehen sein. Auf diese Weise ist es möglich, einen Signalaustausch zwischen Flugkörper und Abschußbasis auch während der Abstiegsphase eines indirekten Zielschusses durchzuführen, wenn der Flugkörper gegenüber der Achse des Laserstrahls stark geneigt ist. Andererseits kann man mit einem einzigen Tripelspiegel auskommen, wenn der Flugkörper mit einer Stabi'isierungseinrichtung 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 ist.

Zur Erzeugung von Steuersignalen an der Leitbasis kann eine Handsteuereinheit 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 können. 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 Bildschirm ausgebildet, an welchem ausgewählte Zielpunkte mittels eines optischen Tasters oder Manipulators 65 ertastet werden können, so daß

ίο 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 Verführen ist insbesondere auch dann anwendbar, wenn man auf eine Kamera als Bildaufnahmevorrichtung verzichtet und lediglich mit einem Wärmestrahlungsdetcktor die koordinatengerechtc Verteilung der Wärmestrahlung von Einzelheiten ermittelt und für die Zielselektion und -ansteuerung heranzieht.

Das Lenken von Flugkörpern in ein Ziel mittel eines auf das Ziel gerichteten Laser-Leitstrahls ist bekannt. 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 erfindungspemäße System den großen Vorteil, daß es einen indirekten Beschuö von nicht direkt sichtbaren Zielen auch aus groOe Entfernungen ermöglicht. Insbesondere ist es möglich, den Flugkörper in einer indirekten

so ballistischen Flugbahn in eine Lage oberhalb eines vermuteten Zielgebietes zu bringen, während des Sinkfluges des Flugkörpers Bildinformationen des Zielbereiches zur Abschußbasis zu übertragen, anhand des übertragenen Bildes eine Zielselektion vorzunehmen und den Flugkörper während des Sinkfluges in die Nähe eines ausgewählten Zieles zu lenken. Es genügt, den Flugkörper so weit an das ausgewählte Ziel anzunähern, daß eine am Flugkörper vorzugsweise zusätzlich vorgesehene Zielsuch- und Nachführautomatik das Ziel mit Sicherheit erfassen und den Flugkörper dann in der letzten Flugphase, wenn es mit dem Laserstrahl nicht mehr erfaßt werden kann, selbsttätig in das Ziel zu lenken.

Die beschriebene Einrichtung kann auch bei unge-

<5 lenkten ballistischen Geschossen lediglich zum Übertragen von Bildsignalen vom Geschoß zur Abschußbasis verwendet werden, anhand deren dann die Abschußgeräte für nachfolgende Abschüss-e gerichtet v/erden können. Als Laserstrahl kann Laserücht sowohl im sichtbaren Wellenlängenbereich wie auch im IR- f".w. LIV-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 Hubschrauber befinden, von dem aus Bodenziele, vorzugsweise indirekt, beschossen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Signalübertragung zwischen einem Flugkörper und einer Basis, mit einem an der Basis angeordneten Lasersender zum Aussenden eines auf den Flugkörper gerichteten Laserstrahls, mindestens einem Reflektor am Flugkörper zum Reflektieren des Laserstrahls zurück zur Basis, einer durch den reflektierten Laserstrahl gesteuerten Nachführeinrichtung an der Basis zum Nachführen des Lasersenders auf den Flugkörper, einem Modulator an der Basis zum Aufmodulieren von zum Flugkörper zu übertragenden Signalen auf den Laserstrahl und einem Empfänger mit Demodulator am Flugkörper zum Empfang der vom Laserstrahl übertragenden Signale, dadurch gekennzeichnet, daß am Flugkörper (14) ein dem Reflektor (16) zugeordneter, steuerbarer Modulator (50) zum Aufmodulieren von zur Basis zu übertragenden Signalen auf den reflektierten Laserstrahl vorgesehen ist und das an der Basis ein Empfänger (54) mit Demodulator (56) zum Empfang der vom reflektierten Laserstrahl übertragenen Signale vorgesehen ist

2. Einrichtung nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger \54) mit Demodulator (56) an eine Auswerteeinrichtung (58,60, 61) für die Signale angeschlossen ist

3. Einrichtung nach Anspruch ! und 2, dadurch gekennzeichnet daß am Flugkörper (14) ein Modulationssignalerzeuger (49) für den optischen Modulator (50) vorgesehen ht, der durch eine am Flugkörper (14) vorgesehene Zielerfassungseinrichtung, insbesondere eine Bildai "nahmevorrichtung (52) steuerbar ist und daß die basisseitige Auswerteeinrichtung (58, 60, 61) mit einem Bildschirm zur Darstellung der vom Flugkörper (14) übertragenen Bildinformation versehen ist

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildschirmeinrichtung (58) einen aktiven Bildschirm mit Tastmanipulator (65) zum Abgreifen von Positionsdaten vom Bildschirm aufweist.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, bei der der dem basisseitigen Lasersender zugeordnete Modulator durch eine Einrichtung zum Erzeugen von Lenksignalen für den Flugkörper steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet daß die Einrichtung zur Erzeugung der Lenksignale aus einem zur Auswerteeinrichtung für die vom Flugkörper rückübertragenen Signale gehörenden Rechner (60) besteht.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Basis eine Entfernungsmeßvorrichtung (54, 62) zur laufenden Entfernungsmessung des Flugkörpers (14) aufgrund der Laufzeit des ausgesendeten und reflektierenden Laserstrahls vorgesehen und an die Auswerteeinrichtung (58,60) angeschlossen ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Basis zusätzlich zu dem mit Demodulator (56) versehenen Empfänger (54) mindestens ein Winkeldiskriminator zum Erfassen der Winkelablage des reflektierten Laserstrahls (20) von der Achse (13) des ausgesendeten Laserstrahls (12) vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkeldiskriminator aus einem Prisma (22) besteht, dessen Dachseiten gegenüber der Basisfläche um einen Winkel nahe dem Grenzwinkel der Totalreflektion geneigt und mit Photoempfängern (24, 26) belegt sind, an die eine Differenzschaltung (28) angeschlossen ist

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Flugkörper (14') mindestens ein rund um seine Achse angeordneter Kranz (64) von Retroreflektoren mit optischen Modulatoren in solcher Orientierung angeordnet ist, daß diese sowohl parallel zur Achse des Flugkörpers (14') als auch quer zur Achse einfallende Laserstrahlung reflektieren.