DE3023290A1

DE3023290A1 - Einrichtung zur zielerfassung von bewegten und stationaeren bodenzielen von tieffliegenden flugzeugen aus

Info

Publication number: DE3023290A1
Application number: DE19803023290
Authority: DE
Inventors: Michael 8011 Zorneding Bauer
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1980-06-21
Filing date: 1980-06-21
Publication date: 1982-03-04
Also published as: DE3023290C2

Description

Einrichtung zur Zielerfassung von bewegten und stationären
Bodenzielen von tieffliegenden Flugzeugen aus Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Zielerfassung von bewegten und stationären Bodenzielen von tieffliegenden Flugzeugen aus mit Hilfe von Infrarot (IR)-Sensorzeilen und zugehöriger Optik.
Für die erfolgresc'. Bekämpfung von Bodenzielen von tieffliegenden Flugzeugen aus ist die Erfassung und Entfernungsbestimmung der Ziele von ausschlaggebender Bedeutung.
r s "Elektronik Zeitung" 9. April 1979, Seite 24 ist allgemein das Orten mittels Wärmestrahlung bekannt. Dort wird auf rein passivem Weg aufgrund der Wärmestrahlung eines Objektes eine Abbildung auf einer IR-Sensorzeile aus 180 Einzelelementen über eine Optik vorgenommen. Mit diesem Wärmebildgerät ist zwar eine grundsätzliche Objekterkennung möglich, da bei markanten Objekten eine gewisse Ähnlichkeit mit den natürlichen Konturen vorhanden ist. Eine Ortung im Hinblick auf eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist jedoch weder vorgesehen, noch mit dem Gerät möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine passive Einrichtung der genannten Art zu schaffen, so daß mithin nicht nur ein IR-Ziel erkannt wird, sondern zugleich eine Standortbestimmung relativ zum Flugweg des Flugzeuges ermöglicht wird.
Die Einrichtung ist in Lcsung der Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung zum Ziel mittels in der rechten und linken Flächenspitze angebrachter IR-Sensorzeilen erfolgt, wobei die Bestimmung der Entfernung aus der geometrischen Beziehung der beiden unterschiedlichen Ziellageinformationen der beiden IR-Sensorzeilen vornehmbar ist und die IR-Sensorzeilen so ausgerichtet sind, daß die Sichtlinien der IR-Sensorzeilen um eine vorbestimmbare Entfernung voraussehend die Erdoberfläche treffen und daß zur Erhöhung der Zielgenauigkeit mindestens eine weitere IR-Sensorzeile vorhanden ist, welche auf eine vorbestimmbare, kürzere Entfernung ausrichtbar ist.
Es ist zwar allgemein bekannt und z.B. aus der DE-OS 29 15 o65 entnehmbar, zur Entfernungsmessung über eine Optik einen ersten und zweiten Strahlengang zu bilden und jeweils auf einer Gruppe lichtempfindlicher Elemente abzubilden, so daß durch einen Intensitätsvergleich ein von der Entfernung abhängiges elektrisches Signal erzeugt werden kann. Hieraus ist aber keine Lehre entnehmbar, wie das allgemein bekannte Prinzip bei tieffliegenden Flugzeugen angewendet werden kann.
Aus der US-PS 4 o81 214 ist ein optischer Höhenmesser für niedrige Flughöhen bekannt geworden, bei dem gebündeltes UV-Licht z.B. von einem Sender an einer Flügelspitze des Flugzeuges abgegeben, vom auszumessenden Objekt reflektiert und von einer Photodiodenzeile an der anderen Flügelspitze aufgenommen wird. Aus dem Winkel des reflektierten UV-Lichtes und aus dem bekannten Abstand von Sender und Empfänger wird die Höhe bzw. Entfernung bestimmt.
Auch aus dieser Schrift ist kein Hinweis entnehmbar, wie die gestellte Aufgabe gelöst werden kann, da keine Unterscheidung zwischen einzelnen reflektierenden Gegenständen möglich ist und die Einrichtung sich durch aktive Energieabgabe verrät. Zudem kann die Einrichtung nicht in Flugrichtung voraus schauen, da für diesen Fall keine reflektierte Energie beim Empfänger eintreffen kann Mit der Erfindung ist vorteilhaft die Erfassung von Bodenzielen möglich, sobald diese in der vorbestimmten, z.B. von dem Waffeneinsatzbereich moderner ballistischer Flugzeugwaffensysteme abhängigen Entfernungsbereich eintauchen. Es ist vorteilhaft der Einsatz im Tiefflug bei hohen Fluggeschwindigkeiten möglich. Die Ziele werden ohne Track-Vorgang erfaßt, so daß in quasi-Echtzeit die Raumkoordinaten zum Ziel errechnet werden können. Der Vorgang ist vollautomatisch. Die Anwendung ist auch bei der Photogrammetrie zum Ausmessen bestimmter Objekte sinnvoll anwendbar.
Die Erfindung ist anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1a, ib das Prinzip der Erfindung, Fig. 2 die Sichtwinkelermittlung einer IR-Sensorzeile, Fig. 3a die zu errechnenden Größen in räumlichen Koordinaten, Fig. 3b die geometrische Beziehung für die Zielentfernung, Fig. 3c die geometrische Beziehung für die Höhenlage, Fig. 3d die geometrische Beziehung für Seitenlage und Abstand in Flugrichtung.
Gemäß Fig. 1a, Ib werden IR-Sensorzeilen 1, 2, 3, 4 an den Flächenspitzen eines schematisch dargestellten Flugzeuges S angebracht. Die IR-Sensorzeilen 1, 2 sind im Beispiel so ausgerichtet, daß sie auf eine Entfernung von ca. looo m bei einer Flughöhe von ca. 100 m auf ein IR-Ziel treffen, während die IR-Sensorzeilen 3, 4 auf eine Entfernung von ca. 300 - 600 m eingestellt sind.
Bei den IR-Sensorzeilen 1, 2, 3, 4 handelt es sich um übliche IR-Sensoren, wie sie auch aus "Elektronik Zeitung" aaO bekannt sind.
Die erforderliche Auflösungsgenauigkeit für IR-Strahlung abgebende Ziele, wie z.B. Panzer, Lkw usw., wird mit Sensorzeilen von 180 - 300 IR-Dioden per Zeile erreicht, wobei ein Bereich von + (150 -300) m quer zur Flugrichtung erfaßt wird.
Aus Fig. ib ist ersichtlich, wie die Erfassung von IR-Zielen über dem Flugweg erfolgt. Man kann drei Bereiche unterscheiden. Im Bereich x befinden sich IR-Ziele, welche noch nicht von den IR-Sensorzeilen erfaßt worden sind. Diese Ziele liegen außerhalb der 1000 m-Linie. Bei ca. 1ooo m voraus werden zum ersten Mal in einer Erfassungsfeldtiefe und einer Erfassungsfeldweite von 300 -600 m von 2 bis 5 m IR-Ziele erkannt. Im anschließenden Bereich y befinden sich IR-Ziele, die bereits mit den auf looo m eingestellten IR-Sensorzeilen 1, 2 erfaßt wurden. Die IR-Sensorzeilen 3, 4, welche auf eine Entfernung von 300 - 600 m voraus eingestellt wurden, erfassen nun mit etwa denselben Daten für Erfassungsfeldtiefe und Erfassungsfeldbreite, so daß im anschließenden Bereich z sich IR-Ziele befinden, welche sowohl mit den auf looo m eingestellten IR-Sensorzeilen 1, 2 als auch mit den auf 300 - 600 m eingestellten IR-Sensorzeilen 3, 4 erfaßt worden sind.
Um die Zielgenauigkeit bei bewegten Zielen zu erhöhen, ist es sinnvoll, die nochmalige Zielerfassung mit den IR-Sensorzeilen 3, 4 ca. 300 - 600 m in Flugrichtung durchzuführen.
Aus der Differenz der ermittelten Position eines IR-Zieles mit der auf ca. looo m und der auf ca. 300 - 600 m in Flugrichtung erfassenden IR-Sensorzeile kann zwischen bewegten und nicht bewegten Zielen unterschieden werden. Aus der Größe der Differenz kann auch die Geschwindigkeit des IR-Zieles und bei höherem Rechenaufwand auch auf die Richtung der Bewegung geschlossen werden. Diese Information über das Ziel kann zur weiteren Identifizierung des Ziels und für Vorhalterechnungen z.B. beim Waffeneinsatz verwendet werden Aus Fig. 2 ist die Sichtwinkelermittlung in einer IR-Sensorzeile 5 entnehmbar. Es handelt sich um eine gebräuchliche Anordnung von z.B. 180 - 300 Einzeldioden, welche von einem Kühler 6 gekühlt wird. Vor der IR-Sensorzeile 5 ist eine Optik 7 angeordnet. Aus der Darstellung ist ersichtlich, daß je nach Abbildungslage des IR-Zieles auf der IR-Sensorzeile 5 sofort der Sichtwinkel OC zum IR-Ziel aus dem elektrischen Signal der entsprechenden Diode bzw.
des Diodenbereiches entnehmbar ist.
Fig. 3a zeigt den geometrischen Zusammenhang in räumlichen Koordinaten. Gemessene Größen sind die Winkel , n, welche von den IR-Sensorzeilen in den Flächenspitzen ermittelt werden. Weiterhin ist der Blickwinkel t bekannt. Hierbei handelt es sich um den fest eingestellten, über einen Lagekreisel an der IR-Sensorzeile, von der Flugzeugavionik gestützten und stabilisierten Blickwinkel der IR-Sensorzeilen auf die Erdoberfläche bei einer Flächenspannweite s = ca. lo m. Die zu errechnenden Größen sind A = seitlicher Abstand zum IR-Ziel (y-Koordinate), E = Abstand in Flugrichtung zum IR-Ziel (x-Koordinate), D'= Schrägentfernung im projizierten Dreieck AED', H = Höhenabstand zum IR-Ziel (z-Koordinate), D = Entfernung zum IR-Ziel.
Aus Fig. 3b folgt die geometrische Beziehung für die Zielentfernung D. Die Winkel cC, p der Sichtlinien zum IR-Ziel ergeben sich aus der Lage der Abbildung des IR-Zielpunktes auf der IR-Sensorzeile (s. Fig. 2). Über die Dreiecksbeziehungen mit einer bekannten Seite s (= Spannweite des Flugzeuges) und den gemessenen Sichtwinkeln CC, /2ist die Zielentfernung D zu errechnen.
Aus Fig. 3c ist die geometrische Beziehung für die Höhenlage H entnehmbar. Beim Tiefflugeinsatz ist für eine gezielte Bekämpfung mit ballistischen Waffen die Höhenlage des Zieles ab + 5 m nicht mehr vernachlässigbar. Diese wird errechnet aus der zuvor bestimmten Zielentfernung D und dem festeingestellten und bekannten Winkel t der Sichtlinie.
Schließlich muß gemäß Fig. 3d die Seitenlage A und der Abstand in Flugrichtung E bestimmt werden. Mit den bekannten Winkeln oC, kann = = ß bestimmt werden. Die Schrägentfernung D' wird gemäß Fig. 3c ermittelt, so daß aus den Dreiecksbeziehungen sofort A, E ausgerechnet werden kann.
Der Einsatz der Erfindung ist sowohl im militärischen als auch zivilen Bereich sinnvoll. Im militärischen Bereich kann die automatische Auslösung von Waffensystemen gesteuert werden, wenn z.B. bestimmte IR-Ziele im Auffaßbereich der IR-Sensorzeilen erscheinen.
Im zivilen Bereich ist die Anwendung z.B. in der Photogrammetrie sinnvoll, wenn zu bestimmten Geländedaten z.B. von Kraftwerken o.dgl. Entfernungsbestimmungen erforderlich sind.

Claims

Einrichtung zur Zielerfassung von bewegten und stationären Bodenzielen von tieffliegenden Flugzeugen aus Patentansprüche 1. Einrichtung zur Zielerfassung von bewegten und stationären Bodenzielen von tieffliegenden Flugzeugen aus, mit Hilfe von Infrarot (IR)-Sensorzeilen und zugehöriger Optik, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Entfernung zum Ziel mittels in der rechten und linken Flächenspitze angebrachter IR-Sensorzeilen (1, 2) erfolgt, wobei die Bestimmung der Entfernung aus der geometrischen Beziehung der beiden unterschiedlichen Ziellageinformationen der beiden IR-Sensorzeilen (1, 2) vornehmbar ist und die IR-Sensorzeilen (1, 2) so ausgerichtet sind, daß die Sichtlinien der IR-Sensorzeilen (1, 2) um eine vorbestimmte Entfernung voraussehend die Erdoberfläche treffen und daß zur Erhöhung der Zielgenauigkeit mindestens eine weitere IR-Sensorzeile (3, 4) vorhanden ist, welche auf eine vorbestimmbare, kürzere Entfernung ausrichtbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß eine Sichtlinienstabilisierung der IR-Sensorzeilen (1, 2, 3, 4) über Lagekreisel erfolgt, welche von der Flugzeugavionik stützbar sind.