DE2741789C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entdeckung von Hubschraubern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entdeckung von Hubschraubern aus großer Entfernung.

Bekannt sind passiv arbeitende Ortungs- und Feuerleitverfahren (Wehrtechnik 1972, Heft 3, S. 112), welche die unvermeidliche Wärmestrahlung der Ziele als Medium benutzen. Diese Wärmestrahlung liegt als Gleichlichtsignal vor, das zur Bestimmung der Raumkoordinaten des Ziels völlig ausreicht, jedoch keine Aussage über das Ziel selbst ermöglicht.

Aus der US-PS 35 82 970 ist eine Vorrichtung bekannt, die zur Entdeckung von Flugobjekten dient, die mit Düsen- oder Raketenmotoren angetrieben sind. Solche Motoren geben eine modulierte Wärmestrahlung ab, die auch Modula­ tionsfrequenzen Hz enthält. Solche Frequenzen werden gemessen. Damit lassen sich zufällige atmosphärische Modulationen von Gleichlicht-Wärme­ quellen eliminieren, doch wird keine Aussage über die hinaus möglich, daß es sich um ein Flugobjekt mit Düsen- oder Raketenantrieb handelt.

Zur Bekämpfung von Kampfpanzern sind spezielle Panzerabwehr-Hubschrauber entwickelt worden. Die Früherkennung solcher Hubschrauber ist für die Be­ satzung von Fahrzeugen, insbesondere gepanzerten Fahrzeugen sehr wichtig, um noch eine Zielbekämpfung einleiten zu können. Dabei ist es notwendig, zur Zielbekämpfung einen Hubschrauber von anderen Wärmequellen, beispiels­ weise von Flugzeugen verschiedener Typen eindeutig unterscheiden zu können.

Es ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das eine möglichst frühzeitige, eindeutige und ungestörte Erkennung eines Hubschraubers ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die durch die Rotordrehung entstehende modulierte Infrarot-Eigenstrahlung der Rotorblät­ ter des Hubschraubers gemessen, schmalbandig aus der Gesamtstrahlung der beobachteten Szene ausgefiltert und einer Anzeigevorrichtung zugeführt wird.

Die Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist auch dadurch möglich, daß die durch die Rotordrehung entstehende modulierte Hintergrundstrahlung gemessen, schmalbandig aus der Gesamtstrahlung der beobachteten Szene aus­ gefiltert und einer Anzeigevorrichtung zugeführt wird.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich der Rotor eines flie­ genden Hubschraubers notwendigerweise aerodynamisch aufheizt. Ein Rotor er­ reicht im Betrieb eine mittlere Temperatur von ca. 10 K über der Umgebungs­ temperatur und sendet damit eine Wärmestrahlung aus. Diese ist infolge der Rotordrehung moduliert, wobei diese Modulation durch Veränderung der in die Beobachtungsrichtung projizierten Rotorsilhouette im Verlauf der Rotordrehung zustandekommt. Wenn die Rotorblätter eines beispielsweise Zweiblatt-Rotors senkrecht auf der Beobachtungslinie stehen, ist die dem Beobachter zugewandte Rotorfläche und damit auch die gemessene Eigenstrahlung des Rotors maximal. Der Detektor erhält in diesem Falle ein maximales Signal. Der bei festem Sehfeld durch den Rotor abgedeckte Teil der Hintergrundstrahlung ist in die­ sem Fall ebenfalls maximal und ein Detektor zur Aufnahme der modulierten Hintergrundstrahlung erhält deshalb ein minimales Signal. Bei Drehung des Rotors um 90° ist die abgestrahlte modulierte Eigenstrahlung des Rotors minimal, während die den Beobachter erreichende Hintergrundstrahlung maxi­ mal ist. Nach weiteren 90° Rotordrehung ist die zum Beobachter zeigende Ro­ torsilhouettenfläche wieder maximal und nach nochmals 90° Drehung wieder minimal. Die zum Beobachter gelangende Eigenstrahlung sowie die zum Beobach­ ter gelangende Hintergrundstrahlung wird also im Verlauf der Rotordrehung mit einer Frequenz moduliert, die gleich dem Produkt aus Rotordrehzahl und Rotorblattzahl und einem Faktor G ist. Der Faktor G hat den Wert 1 oder 2, je nach dem, ob die Rotorblattzahl gerade oder ungerade ist.

Es hat sich gezeigt, daß die Modulationsfrequenz eines Hubschraubers außer­ ordentlich konstant bleibt. Diese Konstanz ist so groß, daß sich entweder die Eigenstrahlung der Rotorblätter, deren Messung vorteilhaft im 10 µm- Bereich erfolgt, oder die modulierte Hintergrundstrahlung mit einem sehr schmalbandigen Filter aussondern läßt. Man erhält damit ein wirklich signi­ fikantes Signal, das schon aus großer Entfernung eindeutig das Nahen eines Hubschraubers anzeigt. Damit wird erstmals z. B. einer Panzerbesatzung eine frühzeitige, d. h. zur Bekämpfung rechtzeitige Entdeckung eines Angriffs- Hubschraubers ermöglicht.

Eine geeignete Vorrichtung zur Entdeckung von Hubschraubern nach dem er­ findungsgemäßen Verfahren enthält eine Abbildungsoptik zur Erzeugung eines Bildes der zu beobachtenden Szene auf einem Detektor und zeichnet sich dadurch aus, daß das vom Detektor erzeugte Signal einer Filterschaltung zugeführt ist, die Bandfiltercharakteristik aufweist und deren Mittenfre­ quenz auf die Modulationsfrequenz des zu detektierenden Hubschraubers eingestellt ist und daß dieser Filterschaltung ein Signal-Detektor mit Komparator-Eigenschaft und eine Anzeigevorrichtung nachgeschaltet sind.

Im Fall der Detektion der modulierten Eigenstrahlung der Rotorblätter kommt als Detektor ein IR-Detektor im 10 µm-Bereich in Frage, im Fall der Detektion von modulierter Hintergrundstrahlung kann ein Photodetektor ein­ gesetzt werden.

Die Filterschaltung kann als analog arbeitende elektronische Filterschal­ tung, als digital arbeitende elektronische Filterschaltung oder als Analog- Digital-Wandler und mindestens einem programmierten Digital-Rechner aufge­ baut sein.

Die Bandbreite der Filterschaltung ist gering und zweckmäßig auf die Rotor­ drehzahl eines bestimmten Angriffs-Hubschrauber-Typs abgestimmt.

Der Signal-Detektor mit Komparatoreigenschaft führt Signale ab einer ge­ wissen Mindestgröße - und damit ab einem, durch die Schaltungsauslegung gegebenen Signal-Rausch-Verhältnis - der Anzeigevorrichtung zu.

Soll die Vorrichtung mehr als einen Hubschrauber-Typ detektieren können, so ist dem auf den Detektor folgenden Vorverstärker für jede zu erfassende Modulationsfrequenz ein Schaltungszug aus Filter, Signal-Detektor und An­ zeige nachzuschalten.

Im Fall der Signalfilterung mittels Software auf einem Digital-Rechner kann die Ermittlung mehrerer Frequenzen auch im sogenannten Zeitmultiplex nacheinander durch einen einzigen Schaltungszug, der Filter, Signal-Detek­ tor und Anzeigevorrichtung umfaßt, erfolgen. In diesem Fall läßt sich aus der Modulationsfrequenz des Signals eindeutig der Typ des nahenden Hub­ schraubers bestimmen.

In vielen Fällen ist es zur Überwachung einer gewünschten Szene aus Gründen des Signal-Rausch-Verhältnisses nicht möglich, nur einen einzigen Signal- Kanal zu verwenden. Zur Erzielung des geforderten Gesamtsehfeldes sind dann mehrere Signal-Kanäle aufzubauen. Ihre Einzelsehfelder können entweder naht­ los aneinander anschließen oder gewisse Zwischenräume freilassen. Diese Zwischenräume müssen dann - falls die für die Hubschrauber-Detektion gegebene Zeitbilanz dies zuläßt - durch eine geeignete Abtastbewegung abgedeckt wer­ den. Auch hierbei ist es möglich, statt des Parallelaufbaus der kompletten Kanäle, die den Detektor, den Vorverstärker, das Filter und die Anzeigevor­ richtung umfassen, zur Überdeckung des gewünschten Gesamtsehfeldes nur die Kanalkomponenten, die den Detektor und den Vorverstärker umfassen, parallel aufzubauen und die Modulationserkennung durch einen dafür programmierten Digital-Rechner im sogenannten Zeitmultiplex nacheinander durchzuführen.

In weiteren und vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung können die von den Einzelkanälen kommenden Signale, die eine Information über die Richtung und gegebenenfalls auch über die Modulationsfrequenz und damit über den Typ des georteten Hubschraubers beinhalten, einen Feuerleitrechner eingegeben und zum Richten eines geeigneten Sicht- und/oder Abwehrmittels verwendet werden.

Ein anderes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, an den Signal-Detektor eine automatische Alarmauslösevorrichtung anzuschließen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der er­ findungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 die Entstehung modulierter Strahlung durch einen Hubschrauberrotor.

In der Fig. 1 ist die zu beobachtende Szene mit 1 a bezeichnet. Sie wird durch die Optik 1 auf einen Detektor 2 abgebildet. Dem Detektor 2 ist der Vorverstärker 3 nachgeschaltet. Der Ausgang des Vorverstärkers 3 ist mit einer Filterschaltung 4 verbunden. Der Filterschaltung 4 folgt ein Signal- Detektor 5 mit Komparatoreigenschaft, der die Signale ab einer gewissen Mindestgröße der Anzeigevorrichtung 6 zuführt, wo sie angezeigt werden.

In der Abbildung der Fig. 2a stehen die Rotorblätter 7 eines Zweiblattro­ tors senkrecht auf der Beobachtungslinie. Die dem Beobachter zugewandte Rotorfläche und damit die Eigenstrahlung des Rotors ist maximal. Die Hintergrundstrahlung ist in dieser Sellung der Rotorblätter maximal abgedeckt, die auf einen Detektor fallende Hintergrundstrahlung hat also in diesem Fall ein Minimum.

In der Abbildung der Fig. 2b hat sich der Rotor gegenüber der in Fig. 2a gezeig­ ten Ausgangsstellung um 90° gedreht. Die dem Beobachter zugewandte Rotor­ fläche und damit auch die Eigenstrahlung des Rotors ist minimal, während die Hintergrundstrahlung in dieser Stellung der Rotorblätter ein Maximum hat.

Claims (14)

1. Verfahren zur Entdeckung von Hubschraubern aus großer Entfernung, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Rotordrehung entstehende modulierte In­ frarot-Eigenstrahlung der Rotorblätter eines Hubschraubers gemessen, schmal­ bandig aus der Gesamtstrahlung der beobachteten Szene ausgefiltert und einer Anzeigevorrichtung zugeführt wird.

2. Verfahren zur Entdeckung von Hubschraubern aus großer Entfernung, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Rotordrehung entstehende modulierte Hin­ tergrundstrahlung gemessen, schmalbandig aus der Gesamtstrahlung der beo­ bachteten Szene ausgefiltert und einer Anzeigevorrichtung zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Eigenstrahlung der Rotorblätter im 10 µm-Bereich erfolgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit ei­ ner Abbildungsoptik zur Erzeugung eines Bildes der zu beobachtenden Szene auf einem Detektor, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Detektor (2) er­ zeugte Signal einer Filterschaltung (4) zugeführt ist, die Bandfiltercha­ rakteristik aufweist und deren Mittenfrequenz auf die Modulationsfrequenz des zu detektierenden Hubschraubers eingestellt ist, und daß dieser Filter­ schaltung (4) ein Signal-Detektor (5) mit Komparator-Eigenschaft und eine Anzeigevorrichtung (6) nachgeschaltet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschal­ tung (4) als analog arbeitende elektronische Schaltung aufgebaut ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschal­ tung (4) als digital arbeitende elektronische Filterschaltung ausgeführt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschal­ tung aus einem Analog-Digital-Wandler und mindestens einem programmierten Digitalrechner besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung mehrerer verschiedener Hubschraubertypen einem Detektor (2) mehrere auf verschiedene Modulationsfrequenzen eingestellte Filter- und Anzeigeschal­ tungen nachgeschaltet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung mehrerer verschiedener Hubschraubertypen ein zur Erkennung mehrerer ver­ schiedener Modulationsfrequenzen programmierter Digitalrechner vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4 sowie den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Erkennungskanal mehrfach aufgebaut und das gewünschte Sehfeld durch die Einzelsehfelder der Kanäle nahtlos überdeckt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4 sowie den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erkennung mehrere Einzelkanäle aufgebaut sind und das gewünschte Sehfeld durch eine zusätzliche Abtastbewegung der Vorrichtung überstrichen wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß den Detektoren der Einzelkanäle ein Analog-Digital-Wand­ ler und ein Digitalrechner folgt, der auf Richtungs- und Frequenzerkennung programmiert ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Digitalrechner dem Feuerleitrechner eines Bekämpfungsmittels angeschlossen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Sig­ naldetektor eine automatische Alarmauslösevorrichtung angeschlossen ist.