DE2938934C2

DE2938934C2 - System for the detection of low-flying objects emitting thermal radiation

Info

Publication number: DE2938934C2
Application number: DE19792938934
Authority: DE
Inventors: Hansjörg Dipl.-Ing. 8023 Pullach Rösch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-09-26
Filing date: 1979-09-26
Publication date: 1982-06-24
Also published as: DE2938934A1

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Entdeckung von Wärmestrahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, auslendenden tieffliegenden Objekten, mit mehreren in einer Reihe nebeneinander angeordneten Detektoren.The invention relates to a system for the discovery of Thermal radiation, especially infrared radiation, fading out low-flying objects, with several in a row of detectors arranged next to one another.

Derartige Systeme sind inbesondere zum Auffangen der von tieffliegenden Objekten, z. B. von Flugzeugen oder von sogenannten Marschflugkörpern, ausgesandten Wärmestrahlung vorgesehen, Marschflugkörper sind Unbemannte, vorprogrammiert anfliegende Lenk' waffen mit Eigenantrieb, die sehr tief fliegen, d. h. das Ziel in einer Höhe Von etwa 20 bis 30 Meter anfliegen Und die relativ langsam sind. Außerdem haben derartige Flugkörper kleine Radarrückstrahlquerschnitte. Die Abwehr von niedfigfliegenden Objekten ist in durchschnittenem Gelände schwierig, da diese Flugkörper auch von Tieffliegerradars zu spät entdeckt werden, wenn sie nicht ausleuchtbare Geländefalten zum Anflug benutzen.Such systems are particularly useful for catching low-flying objects such. B. from aircraft or provided by so-called cruise missiles, emitted thermal radiation, cruise missiles are unmanned, pre-programmed self-propelled guided missiles that fly very low, i. H. the Approach the target at an altitude of about 20 to 30 meters And which are relatively slow. In addition, such missiles have small radar retroreflective cross-sections. the Defense against low-flying objects is difficult in cut terrain, as these missiles can also be detected too late by low-flying radars if they cannot be illuminated when approaching use.

Aus der Zeitschrift »Wehrtechnik«, Heft 3, 1972, S. 112 bis 118 ist es bereits bekannt, Flugobjekte aufgrund ihrer Wärmestrahlung zu orten. Ferner ist es aus derselben Zeitschrift, Heft 8, 1975, S. 389 und 390 in der passiven Wärmebildtechnik bekannt, als Wärmepei-Ier auch pyroelektrische Detektoren zu verwenden. Außerdem ist aus der DE-PS 7 24 604 ein Gerät und Verfahren zum schnellen Auffinden und Anzeigen des jeweiligen Standortes eines Flugzeugs von der Erde aus bekannt, bei dem auch auf Wärmewellen ansprechende Rückstrahlungsempfänger verwendet werden. Diese sind jedoch in einer Reihe nebeneinander auf einem einzigen, bewegbaren (rotierenden oder pendelnden) Träger angeordnetIt is already known from the magazine "Wehrtechnik", No. 3, 1972, pp. 112 to 118, flying objects based on their thermal radiation. It is also from the same journal, No. 8, 1975, pp. 389 and 390 in known in passive thermal imaging technology as heat accumulators also use pyroelectric detectors. In addition, DE-PS 7 24 604 is a device and Method for quickly finding and displaying the current location of an aircraft from the earth known, in which also responsive to heat waves reflective receivers are used. These are, however, in a row next to each other on a single, movable (rotating or oscillating) Carrier arranged

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein System zu schaffen, welches die Entdeckung von Wärmestrahlung, insbesondere Infrarotstrahlung aussendenden tieffliegenden Objekten bei möglichst einfachem Aufbau und weitgehend unabhängig vom Anfluggelände ermöglichtThe invention is now based on the object a To create a system which emits the detection of thermal radiation, in particular infrared radiation Low-flying objects with the simplest possible structure and largely independent of the Approach area allows

Diese Aufgabe wird bei einem System der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß die Detektoren aus pyroelektrischen Detektoren bestehen und zu mehreren Detektorgruppen zusammengefaßt sind, daß die Detektorgruppen in einer Reihe in einem derartigen Abstand voneinander angeordnet sind, daß sich die Gesichtsfelder jeweils zweier benachbarter Detektorgruppen überschneiden, und daß die einzelnen Detektoren der Detektorgruppen so angeordnet sind, daß sich ihre Gesichtsfelder in Längsrichtung der Reihe unmittelbar aneinander anschließen.This object is achieved in a system of the type mentioned according to the invention in that the detectors consist of pyroelectric detectors and are combined into several detector groups are that the detector groups are arranged in a row at such a distance from one another are that the fields of view of two adjacent detector groups intersect, and that the individual detectors of the detector groups are arranged so that their fields of view are in Connect the row lengthways directly to one another.

Ein erfindungsgemäßes System mit mehreren Detektorgruppen bildet einen Detektorzaun, welrher in einfacher Weise in dem zu überwachenden GeländeA system according to the invention with several detector groups forms a detector fence, welrher in simply in the area to be monitored

■to aufgebaut werden kann, !nfolj,; der vorteilhaften Anordnung der Einzeldetektoren und der Detektorgruppen mit sich aneinanderreihenden bzw. mit sich überschneidenden Gesichtsfeldern gewährleistet der Detektorzaun eine lückenlose Abdeckung des zu überwachenden Geländes. Mit besonderem Vorteil läßt sich ein derartiges System daher in Tälern. Geländefalten oder Lichtungen aufstellen.■ can be built up,! Nfolj ,; the advantageous Arrangement of the individual detectors and the detector groups with one another or with them overlapping fields of view, the detector fence ensures complete coverage of the area monitored area. Such a system can therefore be used particularly advantageously in valleys. Terrain folds or set up clearings.

Die von tieffliegenden Objekten ausgesandte Strahlung wird bei einem erfindungsgemäßen System mittels pyroelektrischer Detektoren aufgefangen. Derartige Detektoren unterscheiden automatisch feste und bewegte Objekte, da sie nur bewegte, nicht aber feste Objekte anzeigen. Pyroelektrische Detektoren sind thermische Detektoren, deren Betrieb von einer pyroelektrischen Wirkung abhängig ist Solche Detektoren zeigen temperaturabhängige Ladungseffekte. Sie sind daher besonders gut für den vorgesehenen Zweck geeignet. Außerdem liefern sie ein für eine Weiterverarbeitung geeignetes Signal.The radiation emitted by low-flying objects is in a system according to the invention by means of pyroelectric detectors. Such detectors automatically differentiate between fixed and moving ones Objects, as they only show moving objects, not fixed objects. Pyroelectric detectors are thermal detectors, the operation of which is dependent on a pyroelectric effect Such detectors show temperature-dependent charging effects. They are therefore particularly good for their intended purpose suitable. They also provide a signal that is suitable for further processing.

Zweckmäßigerweise sind bei einem erfindungsgemä Ben System die Detektorgruppen auf jeweils einer im Gelände angeordneten niedrigen Haherung angeord' net. Derartige Halterungen können im Falle des Einsatzes des Systems zur Entdeckung von tieffliegen' den Objekten aus etwa 10 Meter hohen Masten bestehen.In a system according to the invention, the detector groups are expediently on one im Terrain arranged low Hahung arranged. Such brackets can in the case of Use of the system to detect low-flying objects from masts around 10 meters high exist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform einer Einrichtung mit einem einzelnen Detektor für einIn an advantageous embodiment of a device with a single detector for a

erfindungsgemäßes System ist der Detektor in der Brennebene einer Eingangsoptik angeordnet, wobei zwischen der Eingangsoptik und dem Detektor ein auf die Wellenlänge der Strahlung des Objektes abgestimmtes Spektralfilter vorgesehen ist. Hierbei konzentriert die Eingangsoptik die empfangene Strahlung auf den pyroelfiktrischen Detektor Mit dem dazwischen angeordneten Filter, z, B. einem IR-Filter, wird derjenige Spektralbereich herausgefiltert, in dem das Maximum der Strahlung eines tieffliegenden Objekts liegt Das Spektralfilter ist also der Temperatur des Strahlers angepaßt- Auf diese Weise ist die Gefahr von Falsuhalarm durch natürliche Wärmequellen, wie z. B. Vögel, die mit niedriger Temperatur strahlen, ausgeschlossen, wenn das Filter langwellige Strahlung unterdrücktAccording to the system according to the invention, the detector is arranged in the focal plane of an input optics, wherein between the input optics and the detector a matched to the wavelength of the radiation of the object Spectral filter is provided. The entrance optics concentrate the received radiation on the pyroelfictric detector with the interposed Filter, such as an IR filter, will be one Spectral range filtered out in which the maximum radiation from a low-flying object lies Spectral filter is therefore adapted to the temperature of the radiator. In this way, there is a risk of Falsu alarm from natural heat sources, such as B. Birds that radiate at low temperatures are excluded if the filter uses long-wave radiation suppressed

Ferner ist es bei einer Einrichtung für ein erfindungsgemäßßs System vorteilhaft, wenn in oder nach einem dem Detektor nachgeschalteten Vorverstärker eine Bandpaßanordnung vorgesehen ist, weiche die Anstieigsflanke des beim Überfliegen des Detektors entstehenden Pulses einschränkt Durch eine entsprechende Bandpaßanordnung in Form eines Hoch-Tiefpasses wird zunächst die von der Fluggeschwindigkeit des strahlenden Objektes abhängige Anstiegsflanke des Pulses so eingeschränkt daß Signale von zu langsamen oder zu schnell fliegenden Objekten unterdrückt werden.Furthermore, it is advantageous in a device for a system according to the invention if in or after a the pre-amplifier downstream of the detector a bandpass arrangement is provided, which softens the rising edge of the pulse generated when flying over the detector is restricted by a corresponding Bandpass arrangement in the form of a high-low pass is initially determined by the airspeed of the radiating object dependent rising edge of the pulse so limited that signals of too slow or objects that are flying too fast are suppressed.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Bandpaßanordnung ein Pulslängendiskriminator nachgeschaltet ist der auf die der Geschwindigkeit des Objektes entsprechende Pulslänge abgestimmt ist Somit filtert auch der Pulslängendiskriminator Signale von zu langsamen oder von zu schnellen Objekten aus.Furthermore, it is advantageous if the bandpass arrangement a pulse length discriminator is connected downstream that corresponds to the speed of the object Pulse length is matched The pulse length discriminator also filters signals from too slow or from objects that are too fast.

Hinsichtlich der Minimierung der Falschalarmrate ist es ferner von Vorteil, wenn vor dem Ausgang der Einrichtung eine einstellbare Amplitudenschwelle vorgesehen istWith regard to minimizing the false alarm rate, it is also advantageous if the Device an adjustable amplitude threshold is provided

Das erfindungsgemäße System und ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung mit einem einzelnen Detektor für ein erfindungsgemäßes System sind im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. DieThe system according to the invention and an advantageous embodiment of a device with a individual detector for a system according to the invention are shown in more detail below with reference to the drawing described. the

F i g. I zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems schematisch im Profil eines Tales. InF i g. I shows an embodiment of an inventive System schematically in the profile of a valley. In

F i g. 2 ist das Ausführungsbeisp.el einer Einrichtung für <:·η erfindungsgemäßes System gezeigt.F i g. 2 is an example of a facility for <: · η system according to the invention is shown.

Nach Fig. 1 ist das System im Profil eines z. B. etwa 300 Meier tiefen Tales angeordnet. Das System besteht bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel aus drei, vorteilhafter Weise von Detektorarrays gebildeten Detektotgruppen 1, 2 und 3, welche auf der Spitze jeweils eines niedrigen, z. B. 10 Meter hohen Mastes 4,5, 6 angeordnet sind, wobei die Masten und damit die Detektoi-gruppen in einer Reihe nebeneinander liegen und einen Abstand von ca. 300 Meter aufweisen. Eine Detektorgruppe 1, 2 oder 3 besteht z. B. aus vier oder sechs pyroelektrischen Detektoren mii beispielsweise je 20 Grad Gesichtsfeld, wobei die einzelnen Detektoren so angeordnet sind, daß sich ihre Gesichtsfelder in Längsrichtung der Reihe unmittelbar aneinander anschließen. Das Gesichtsfeld einer Detektorgruppe beträgt 80 oder 120 Grad. Die Abstände zwischen jeweils zwei Masten 4 und 5 oder 5 und 6 und damit die Abstände zwischen jeweils zwei benachbarten Detektorgruppen 1 und 2 oder 2 und 3 sind dabei so gewählt, daß sich die Gesichtsfelder benachbarter Detektorgruppen in der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise derart überschneiden, daß der von tieffliegenden Objekten durchflogene Bereich vollständig von den Detektoren erfaßt ist Mit Hilfe eines derartigen Systems kann die Strahlung eines Objektes, welches den durch das System gebildeten Zaun überfliegt entdeckt werden. Höhe und Azimut dieses Objektes können dann nach Verarbeitung in einer einfachen Logikschaltung auf einem zentralen Sichtanzeigegerät, z. B. mittels Leuchtdioden, angezeigt werden. Von dort kann die Information an Waffensysteme weitergeleitet werden, die dann in kürzester Zeit nach dem Auftauchen bzw. dem Demaskieren des Objektes reagieren können.According to Fig. 1, the system is in the profile of a z. B. about 300 Meier deep valley arranged. In the embodiment shown in FIG. 1, the system consists of three detector groups 1, 2 and 3, advantageously formed by detector arrays, which are located on the tip each one low, e.g. B. 10 meter high mast 4.5, 6 are arranged, the masts and thus the Detektoi-gruppen lying next to one another in a row and a distance of approx. 300 meters. A detector group 1, 2 or 3 consists e.g. B. from four or six pyroelectric detectors mii each, for example 20 degrees field of view, whereby the individual detectors are arranged in such a way that their fields of view are in Connect the row lengthways directly to one another. The field of view of a detector group is 80 or 120 degrees. The distances between two masts 4 and 5 or 5 and 6 and thus the The distances between two adjacent detector groups 1 and 2 or 2 and 3 are chosen so that that the fields of view of adjacent detector groups in the manner shown in FIG overlap so that the area flown through by low-flying objects is completely covered by the detectors Is detected with the help of such a system, the radiation of an object, which by the system formed fence can be discovered flying overhead. The height and azimuth of this object can then be changed after processing in a simple logic circuit on a central display device, e.g. B. by means of light emitting diodes, are displayed. From there, the information can be forwarded to weapon systems, which are then transferred to be able to react very quickly after surfacing or unmasking the object.

Der genauere Aufbau der auf df. Masten angeordneten Detektorgrapper. geht aus F i ^. ? hervor, die eine Einrichtung mit einem einzelnen Detektor" für das in F i g. 1 dargestellte System zeigt Eine Detektorgruppe besteht dann — wie oben bereits angegeben — aus z. B. vier Fliehen Einrichtungen nach F i g. 2. Die Einrichtung nach F i g. 2 weist einen pyroelektrischen Detektor 7 auf, der in der Brennebene einer Eingangsoptik 8 mit etwa 20° Gesichtsfeld angeordnet ist Die Eingangsoptik konzentriert die empfangene Wärmestrahlung des tieffliegenden Objektes auf den pyroelektrischen Detektor 7. Zwischen der Eingangsoptik und dem Detektor befindet sich ein IR-Filter 9, mit dem der Spektralbereich herausgefiltert wird, in dem das Maximum der Strahlung eines tieffliegenden Objektes liegt Dieses Filter ist a'so der Temperatur des Strahlers angepaßt Nach oder in einem Vorverstärker 10 wird zunächst die Anstiegsflanke des beim Überfliegen der Detektorgruppe entstehenden Pulses durrh einen Hoch-Tiefpaß 11 so eingeschränkt daß Signale von zu langsamen oder zu schnellen Flugobjekten unterdrückt ν erden und das Signal-Rauschverhältnis nicht durch unnötig große Bandbreite verschlechtert wird. Der nachgeschaltete Pulslängendiskriminator 12 unterstützt diese Filterung. Auch er filtert Signale von m langsamen oder von zu schnellen Flugobjekten aus, indem er auf die der Geschwindigkeit eines tieffliegenden Objektes entsprechende Pulslänge abgestimmt ist. Schließlich sorgt eine einstellbare Amplitudenschwelle 13 für weitere Minimierung der Falschalarmrate für die gegebene Reichweite bei vorgegebener Temperatur. Geschwindigkeit und Größe der Flugobjekte.The more precise structure of the on df . Detector grapper arranged on masts. goes from F i ^. ? which shows a device with a single detector "for the system shown in FIG i g. 2 has a pyroelectric detector 7, which is arranged in the focal plane of an input optics 8 with a field of view of about 20 ° -Filter 9, with which the spectral range is filtered out in which the maximum radiation of a low-flying object lies.This filter is adapted to the temperature of the radiator a high-low pass 11 so restricted that signals from too slow or too fast flying objects below r suppresses ν and the signal-to-noise ratio is not impaired by an unnecessarily large bandwidth. The downstream pulse length discriminator 12 supports this filtering. It also filters out signals from m slow flying objects or from flying objects that are too fast by being matched to the pulse length corresponding to the speed of a low-flying object. Finally, an adjustable amplitude threshold 13 further minimizes the false alarm rate for the given range at a given temperature. Speed and size of the objects in flight.

Somit werden bei der Einrichtung nach F ι g. 2 Fakchalarme durch natürliche Wärmequellen und/oder durch hochfliegende und/oder zu langsame Flugobjekte durch eine geeig'iete Signalverarbeitung vprmieoen. Ein Ausgangsverstärker 14 schließlich hebt das Alarmsignal am Ausgang der Schaltung auf eine gewünschte Einheitsamplitude, z. B. auf ein bestimmtes Logiksigi-al an.Thus, in the device according to FIG. 2 fake alarms from natural heat sources and / or by high-flying and / or too slow objects in flight by suitable signal processing. A Output amplifier 14 finally raises the alarm signal at the output of the circuit to a desired one Unit amplitude, e.g. B. on a certain logical sig-al at.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. System for the detection of thermal radiation, especially infrared radiation, emitting deep-seated ones Objects, with several detectors arranged next to one another in a row, d a through characterized in that the detectors consist of pyroelectric detectors (7) and to several detector groups (1, 2, 3) are combined that the detector groups (1, 2, 3) in one Row are arranged at such a distance from each other that the fields of view each two adjacent detector groups (1, 2 or 2, 3) overlap, and that the individual detectors (7) the detector groups are arranged so that their fields of view are in the longitudinal direction of the row connect directly to each other.

2 System according to claim 1, characterized in that the detector groups (1, 2, 3) each a low Haherung (4,5,6) arranged in the terrain.

3. System according to claim · or 2, characterized characterized in that the individual detectors (7) each have a field of view of 20 °.

4. Device with a single detector for a system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the detector (7) is arranged in the focal plane of an input optics (8) and between the input optics (8) and the detector (7) on the wavelength of the radiation the object matched spectral filter (9) is provided.

5. Device according to claim 4, characterized in that in or after one of the detector (7) downstream preamplifier (10) a bandpass arrangement (11) is provided, which the rising edge of the pulse generated when flying over the detector (7)

6. Device according to claim 5, characterized in that the bandpass arrangement (11) is a Pulse length discriminator (12) is connected downstream, which corresponds to the speed of the object Pulse length is matched.

7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that in front of the output of the Device an adjustable amplitude threshold (13) is provided.

8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the device with an output amplifier (14) is provided