DE2654103C2

DE2654103C2 - Nachtleitvorrichtung für Fernlenkkörper

Info

Publication number: DE2654103C2
Application number: DE2654103A
Authority: DE
Inventors: Pierre Marie Louis Ville D'avray Lamelot
Original assignee: TELECOMMUNICATIONS 75624 PARIS FR SA
Current assignee: TELECOMMUNICATIONS 75624 PARIS FR SA
Priority date: 1975-12-01
Filing date: 1976-11-29
Publication date: 1983-11-10
Also published as: US4151968A; DE2654103A1; GB1569306A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Nachtleitvorrichtung für Fernlenkkörper, mit einem Tagzielfernrohr und einem Infrarotgoniometer als Ortungsgerät (Lokalisator) zum Erfassen einer von dem Fernlenkkörper getragenen Infrarotquelle, und einem thermischen Nachtsichtfernrohr, dem ein Gerät zur Sichtbarmachung zugeordnet ist.

Es handelt sich dabei insbesondere um eine Nachtleitvorrichtung für Fernlenkkörper, die von einem Befehlsstand aus auf ein bewegliches oder nicht bewegliches Ziel gerichtet werden.

Die Leitung bzw. Steuerung derartiger Fernlenkkörper bei Tag ist bekannt. Es handelt sich dabei um eine indirekte Steuerung, indem man entlang einer Achse, die optisch durch das Fadenkreuz eines Zielfernrohres bestimmt ist, eine Ausrichtung vornimmt, wobei der in der Befehlszentrale stationierte Beobachter das Kreuz des Fadenkreuzes in Übereinstimmung mit dem anvisierten Ziel bringt. Die Winkelabweichungen des Fernlenkkörpers gegenüber der auf diese Weise definierten Achse werden dem Beobachter mittels einer optischen Einrichtung in Form eines Infrarotgoniometers geliefert, das eine als Leitelement bezeichnete und von dem Projektil getragene Infrarotquelle erfaßt; die aus dem Tagzielfernrohr und dem Infrarotgoniometer bestehende Einheit wird als Infrarotortungsgerät bzw. Infrarotlokalisator bezeichnet.

Das System für die Tagsteuerung ist derart konzipiert, daß der Abstand zwischen den optischen Achsen des Zielfernrohres und des Goniometers bezogen auf die angestrebte Leit- bzw. Steuerungsgenauigkeit nur gering ist, d. h. unter 0,1 mrd.

Die optische Achse des Goniometers biluet mit der Ziellinie einen Winkel, der kleiner als 0,1 mrd ist, und zwar aufgrund einer ausreichenden mechanischen Kopplung und einer fabrikationsbedingten optischen Regelung bzw. Justierung.

Es ist eine Einrichtung zum Fernlenken eines sich selbsttätig bewegenden Körpers (DE-OS 20 41530) bekannt, bei der dem mit einer Fernsehkamera aufgenommenen Bild des Zieles ein Fadenkreuz überlagert wird und die Fernsehkamera so auf das Ziel ausgerichtet wird, daß Fadenkreuz und Zielbild zur Deckung gelangen, wonach das in einem anderen Spektralbereich aufgenommene Bild des zu lenkenden Körpers ebenfalls auf dem Bildschirm angezeigt und durch Vergleich der dem Körper zugehörigen augenblicklichen horizontalen und vertikalen Ablenkspannungen mit den dem horizontalen und vertikalen Balken des Fadenkreuzes zugeordneten Ablenkspannungen Differenzspannungen ermittelt werden die als Eingangsgrößen für den Lenkregelkreis des zu lenkenden Körpers dienen.

Auch diese bekannte Einrichtung ist eine reine Tagleitvorrichtung und bei Nacht nicht anwendbar.

Für die Verwendung derartiger Einrichtungen als Nachtleitvorrichtung ist es notwendig, der Tagleitvorrichtung ein auch bei Nacht arbeitendes Sichtgerät zuzuordnen, welches nach dem Prinzip einer thermischen Abbildung arbeitet, wobei die optische Achse eines derartigen thermischen ansprechenden Gerätes ebenfalls durch ein Fadenkreuz bestimmt ist. Die Leitung des Fernlenkkörpers is.: dann gewährleistet, wenn die optische Achse des thermischen Fernrohres mit der optischen Achse des Goniometers übereinstimmt. Ein derartiges thermisches Fernrohr enthält beispielsweise ein lineares Mosaik von Infrarotelementardetektoren, welches man auch als Reihe von elementaren Infrarotdetektoren bezeichnet, wobei dieses lineare Mosaik einer mechanischen Abtasteinrichtung zugeordnet ist, die in Richtung von einer oder zwei senkrecht zueinanderstehenden Achsen arbeitet, oder ein derartiges thermisches Fernrohr hat die Form eines matrixartigen Mosaiks aus Elementardetektoren. Die mechanischen Montagetechniken gewährleisten iedoch nicht ohne Regelung bzw. Justierung die Übereinstimmung der optischen Achse eines derartigen Nachtfernrohres mit der optischen Achse des Goniometers; eine ursprünglich vorgenommene Einregulierung bzw. Justierung würde außerdem infolge der Elastizität der mechanischen Verbindungselemente instabil werden. Der Winkel zwischen diesen beiden Achsen drückt die mechanische Justierungsgenauigkeit eines derartigen Nachtfernrohres aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nachtleitvorrichtung der eingangs erwähnten Art so zu gestalten, daß die Größe dieses Winkels herabgesetzt und bis auf Null gebracht wird, d. h. es geht darum, die optische Achse des thermischen Fernrohres mit den optischen Achsen des Tagzielfernrohres und des Goniometers zu harmonisieren, wobei diese Harmoni-

sierung automatisch sofort nach dem Start des Fernlenkkörpers einsetzen soIL

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Nachtleitvqrrichtung dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Rechner enthält, der über Geräte zur Signalspeicherung, -verstärkung- und -verarbeitung einerseits die von dem Ortungsgerät gelieferten Signale, die für die Position des Fernlenkkörpers, bezogen auf die optische Achse des Ortungsgerätes, kennzeichnend sind, und andererseits die- von dem thermischen Fernrohr gelieferten Signale empfängt, die für die Position des Fernlenkkörpers bezogen auf die optische Achse des thermischen Fernrohres, kennzeichnend sind, und daß der Rechner so gestaltet ist daß er in der Lage ist, an das dem thermischen Fernrohr zugeordnete Gerät zur Sichtbarmachung Signale zu liefern, die für den Unterschied zwischen den von dem Ortungsgerät bzw. dem thermischen Fernrohr empfangenen Signalen repräsentativ sind.

Bei den bekannten Nachtfernrohren, die in der Lage sind, ein stark kontrastierendes Bild des Zieles und seiner Umgebung zu liefern bildet das von de*n Fernlenkkörper getragene pyrotechnische Leitelement nicht einen Emitter mit einer ausreichend kontrastierenden Infrarotstrahlung, um mit der erforderlichen Genauigkeit erfaßt zu werden.

Um diesem Nachteil abzuhelfen ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß das thermische Fernrohr, das mit einem Fokussierungsobjektiv und einer in einer Richtung wirksamen Abtasteinrichtung versehen ist. eine Detektoreinrichtung umfaßt, die aus zwei Detektoranordnungen zusammengesetzt ist, von denen die eine Detektoranordnung in dem Spektralbereich des Zieles und seiner Umgebung und die zweite in dem Spektralbereich der Emission des Leitelementes bzw. der Infrarotquelle des Fernlenkkörpers empfindlich sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung die Relativpor.ition der optischen Achsen von drei optischen Suchern, die einem Beobachter zur Verfügung stehen;

Fig.2 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen thermischen Fernrohres, das mit einem ersten Typ einer Detektoranordnung versehen ist;

Fig.3 eine Vorderansicht der Detektoranordnung des in F i g. 1 dargestellten Fernrohres in einer ersten Ausfuhr ungsform;

F i g. 4 die Relativposition von drei Fadenkreuzen der optischen Sucher vor der Harmonisierung ihrer "> <> optischen Achsen;

F i g. 5 und 6 abgewandelte Ausführungsformen der in F i g. 2 dargestellten Detektoranordnungen.

Fig. 1 zeigt die Situation, bei der ein Beobachter A das Ziel B mittels eines Tagzielfernrohres anvisiert. Die optische Achse AL des Goniometers schließt mit der Ziellinie einen unter 0,1 mrd liegenden Winkel α ein, und zwar aufgrund einer ausreichenden mechanischen Kopplung und einer fabrikationsbedingten optischen Justierung. A T ist die optische Achse des thermischen Fernrohres, das erfindungsgemäß dem Tagleitsystem zugeordnet ist. Der Winkel β repräsentiert die mechanische Einstellungsgenauigkeit bei der Montage dieses thermischen Zielrohres.

Gemäß Fig. 2 ordnet man in der Fokalebene der Linse 1 des thermischen Fernrohres, welches das Nachtsichtsystem bildet, eine Reihe bzw. Leiste 3 von Elementardetektoren, beispielsweise auf der Basis von xTe, an, deren Empfindlichkeit auf den Spektralbereich 3 μ bis 5 μ oder 8 μ bis 12 μ ausgerichtet ist. Diese Reihe oder Leiste kann durch ein Mosaik von Elementardetektoren gleicher Empfindlichkeit ersetzt werden, die dem Infrarotemissionsbereich des Zieles B und seiner Umgebung entspricht Erfindungsgemäß ordnet man in der gleichen Fokalebene der Linse 1 ein Detektormosaik 4 oder noch eine zweite Reihe 4 von Infrarotdetektoren an, deren Empfindlichkeit ausgerichtet bzw. abgestimmt ist auf die Wellenlänge 1,5 μ bis 2,5 μ, d. h. auf den Bereich, in dem die Strahlung des Leitelementes P des Fernlenkkörpers ein Kontrastmaximum aufweist Die beiden Detektorreihen bzw. Detektormosaiks 3 und 4 können in verschiedener Art einander zugeordnet sein, so wie es im folgenden noch ausführlicher beschrieben wird. Sie können nebeneinander (Fig. 3), übereinanderliegend (F i g. 5) oder versetzt zueinander (F i g. 6) in der Fokalebene angeordnet sein.

Vor den Detektoren 3 und 4 ist für den Fall, daß es sich bei der; Detektoren 3 und 4 um einfache Reihen oder Leisten handelt, eine Horizonf/.«btasteinrichtung 2 vorgesehen, um das Nachlsichlfeld in der Richtung O'X abzutasten. Bei dieser Horizontalabtasteinrichtung 2 kann es sich um einen Planspiegel handeln, der von einem Motor zu einer oszillierenden Bewegung angetrieben wird. Der Spiegel verändert dabei seine Lage um eine Achse, die parallel zur Richtung O'Yliegt, die durch die Detektorreihen bzw. Detektorleisten gebildet ist Bei der Horizontalabtasteinrichtung 2 kann es sich auch um ein gerades Prisma handeln, das um eine zur Richtung O'Vparallele Achse rotiert.

Jedes andere Abtastsystem kann eine Sicht des Feldes gemäß der Richtung O'X mit der gleichen Detektorreihe bzw. -leiste erlauben. Die Einrichtung 2 könnte auch vor der Linse 1 angeordnet sein.

Die empfindliche Fläche bzw. Empfangsfläche jedes Elementardetektors der Reihe bzw. Leiste 3 besteht aus einem kleinen Quadrat mit der Seitenlänge von 0,25 mrd. Wenn die Reihe aus 50 Detektoren besteht, die in einem Abstand von 0,25 mrd liegen, beträgt das Sichtfeld des Nachtsichtsystems entsprechend der Ach;.«: O'Vdemzufolge 25 mrd. Die Abtasteinrichtung 2 kann so gestaltet sein, daß sie eine Bildabtastung entsprechend zwei Rastern von 50 Zeilen ermöglicht. Es genügt, den zweiten Raster mittels der gleichen Reihe bzw. Kolonne von 50 Elementardetektoren abzulesen, nachdem man das einfallende Strahlenbündel mittels einer geeigneten Einrichtung um einen entsprechenden Winkel versetzt hat. Das einem Detektor 3 entsprechende Sichtfeld beträgt demzufolge 25 mrd ■ 25 mrd.

In der Nähe des Zentrums der Nachtsichtdetektorreihe 3 ist auf der gleichen Unterschicht danebenliegend eine Reihe 4 von Elementardetektoren angeordnet, die für dif Strahlung mit Wellenlängen von 1.5 μ bis 2,5 μ empfindlich sind. Der in F i g. 1 dargestellte Winkel ß, der den anfänglicher montagebedingten Wihkeiabstand der beiden optischen Achsen voneinander repräsentiert, ist ausreichend klein, um mit einer Reihe von 16 Elementardetektoren auszukommen, die die Form von kleinen Quadraten mit einer Seitenlänge von 0,12 mrd haben und jeweils paarweise neben jedem Elementardetektor der ersten Reihe 3 angeordnet sind. Fig.3 zeigt die genaue Anordnung dieser beiden Detektorreihen. Mittels der Horizontalabtastung gewährleistet man somit die Erfassung bzw. Anzeige des Fernlenkkörpers im Zentium des Nachtsichtfeides, indem man ein Bild realisiert, das aus zwei verschachtelten Rastern von 16 Zeilen in einem Bereich von 4 mrd

bezüglich O'Y und 25 mrd bezüglich O'X gebildet ist. Die Elementardetektorreihe 4 aus sechzehn für die Wellenlängen von 1,5 μ bis 2,5 μ empfindlichen Elementen liefert demzufolge die Winkelabstände des Leitelementes des Fernlenkkörpers in der Nähe des Zentrums des Nachtsichtfeldes mit einer Genauigkeit bei X und Y in der Größenordnung von 0,06 mrd, weil man zwei in einem Abstand von 0,12 mrd liegende Elemente unterscheiden kann. Die Reihe 4 kann aus Detektoren aus beispielsweise Cd,Hgi_,Te, InAs oder PbS beste- _ln hen.

F i g. 4 zeigt die Ortung bzw. Standortbestimmung des Fernlenkkörpers f/^ mittels der einzelnen Fadenkreuze, bevor der erfindungsgemäße Harmonisierungsvorgang durchgeführt worden ist. Der Fernlenkkörper (P) |-, (F i g. 4) hat die Koordinaten yi und V2 in dem Ortungsbzw. Peilsystem (T). das durch das Fadenkreuz des thermischen Fernrohres mit den Achsen O'Y und O'X repräsentiert ist.

Die Werte (x?, >}) werden in einem bestimmten >₍₎ Zeitabstand ίο nach dem Start des Fernlenkkörpers erfaßt bzw. ermittelt, wobei dieser Zeitraum kurz gewählt ist. Der Zeitabstand ίο kann beispielsweise einer von dem Fernlenkkörper durchlaufenden Entfernung von ca. 200 m entsprechen. Entsprechend F i g. 2 werden >-, diese Werte einem elektronischen Gerät 5 zur Speicherung, Verstärkung und Verarbeitung der Signale zugeführt, wobei dieses Gerät auf die verwendeten Detektoren abgestimmt ist. Die auf diese Weise behandelten Werte (x₂. yi) werden gespeichert, und in _ln dem Gerät 6 werden die Berechnungen

ΛΓ = .Y₂ — JfI

y = yi - y\

j)

durchgeführt, wobei (x\. }\) die Koordinaten des Fernlenkkörpers sind, die von dem Goniometer geliefert werden und demzufolge rnit Bezug auf das Fadenkreuz (L) des Goniometers gemessen sind (siehe Fig. 4). Die Werte (x\. v\) sind in dem gleichen Zeitabstand /0 wie die Werte (xi, }:) erfaßt und dem Rechner über ein elektronisches Gerät 7 zur Speicherung. Verstärkung und Verarbeitung zugeführt worden. Das Gerät 6 liefert dann die Korrekturen (x, y) an die Ablenkspulen oder Ablenkplatten einer Kathoden- j-, strahlröhre 8 in Form von elektrischen Spannungen. Die Achse des Nachtzielgerätes wird durch ein Kreuz gebildet, das beispielsweise dem Zentrum des Bildschirmes der Anzeigekathodenstrahlröhre 8 zugeordnet ist. und zwar beobachtet durch ein Okular. Mit diesem Kreuz kann das Nachibild in der Mitte der elektrischen Bildeinstellungsspannungen entsprechend der Horizontalachje O'X und der Vertikalachse O'Y positioniert werden. Eine quasi-augenblickliche und -automatische Korrektur ermöglicht es, die optischen Achsen des Suchers bzw. Lokalisators und des thermischen Fernrohres zu harmonisieren, indem man der Kathodenstrahlröhre 8 die Korrekturspannungen Jr und y zuführt. Diese Harmonisierung kann bei jeder Zündung des Fernlenkkörpers durchgeführt werden, und zwar entweder ein einziges Mal zum Zeitpunkt /0 oder kontinuierlich zu reellen Zeitpunkten während der Lenkung des Fernlenkkörpers.

Die beschriebene Nachtleitvorrichtung ist demzufolge in der Lage, die Winkelabstände des Fernlenkkörpers bezogen auf das Fadenkreuz des Nachtsichtfernrohres mit einer Genauigkeit zu liefern, die besser ist als 0,1 mrd.

Die in den F i g. 2 und J dargestellte Ausführungsform gilt für den Fall, daß die beiden Detcktorreihen 3 und 4 nebeneinanderliegend angeordnet sind. Die Augenblikke der Analyse des Nachtsichtfeldes und des Fernlenkkörpers sind daher um einen bekannten Wert gegeneinander versetzt, und zwar entsprechend dem geringen Abstand zwischen den beiden Reihen 3 und 4. Es ist auch möglich, die beiden Detektorreihen 3 und 4 einander überlagernd anzuordnen, so wie es in Fig. 5 dargestellt ist. indem man ein erstes optisches Fenster realisitrt. das für eine Strahlung mit der Wellenlänge von 3 μ bis 5 μ oder 8 μ bis 12 μ transparent ist, wobei dieses Fenster mit abgestimmter Sensibilität auf dem Fenster für 1.5 μ bis 2,5 μ angeordnet ist. Die beiden Detektoren 3 und 4 analysieren in jedem Moment das gleiche Feld mit ein und demselben Konzentrationssystem 1 und Abtastsystem 2. wie es in F i g. 2 dargestellt ist; die beiden Detektoren sind auf der gleichen Schicht fixiert und vorzugsweise in ein und denselben K.ryo5iatcii eingesetzt.

Die beiden Detektoren können auch, falls erforderlich, gemäß Fig. 6 in zwei getrennte Kryostaten eingesetzt sein, was zur Folge hat. daß die optischen Bahnen teilweise voneinander getrennt sind, beispielsweise mittels zweier Spiegel 9 oder einer Lamelle mit parallelen Flächen. Dieses macht es eventuell erforderlich, daß zwei Abtasteinrichtungen 2 und 2a vorhanden sind. Die Behandlung der von den Detektoren stammenden Signale erfolgt ebenfalls in dem Gerät 5, um. so wie es bereits oben beschrieben ist. ein Maß für den Winkelabstand des Projektils bezogen auf das Kreuz des Nachtsichtfadenkreuzes zu liefern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Nachtleitvorrichtung für Fernlenkkörper mit einem Tagzielfernrohr und einem Inrrarotgoniometer als Ortungsgerät (Lokalisator) zum Erfassen einer von dem Fernlenkkörper getragenen Infrarotquelle, und einem thermischen Nachtsichtfernrohr, dem ein Gerät zur Sichtbarmachung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Rechner (6) enthält, der über Geräte (5, 7) zur Signalspeicherung, -verstärkung- und -verarbeitung einerseits die von dem Ortungsgerät gelieferten Signale, die für die Position des Fernlenkkörpers, bezogen auf die optische Achse des Ortungsgerätes, kennzeichnend sind, und andererseits die von dem _J5 thermischen Fernrohr gelieferten Signale empfängt, die für die Position des Fernlenkkörpers, bezogen auf die optische Achse des thermischen Fernrohres, kennzeichnend sind, und daß der Rechner (6) so gestaltet ist, daß er in der Lage ist, an das dem thermisdtjn Fernrohr zugeordnete Gerät (8) zur Sichtbarmachung Signale zu liefern, die für den Unterschied zwischen den von dem Ortungsgerät bzw. dem thermischen Fernrohr empfangenen Signalen repräsentativ sind.

Z Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (8) zur Sichtbarmachung eine Kathodenstrahlröhre 1st, deren horizontalen und vertikalen Ablenkspulen bzw. Ablenkplatten die von dem Rechner (6) gelieferten Signale zugeführt J₀ werden.

3. Vorricinung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das thermische Fernrohr, das mit einem Fokussierungsobjektiv und einer in einer Richtung wirksamen Abtasteinrichtung (2) versehen ist, eine Detektoreinrichtung umfaßt, die aus zwei Detektoranordnungen zusammengesetzt ist, von denen die eine Detektoranordnung in dem Spektralbereich des Zieles und seiner Umgebung und die zweite in dem Spektralbereich der Emission der Infrarotquelle des Fernlenkkörpers empfindlich sind.