DE3211354C2

DE3211354C2 - Verfahren zur Unterdrückung von Störstrahlern für ein Flugkörperlenkverfahren

Info

Publication number: DE3211354C2
Application number: DE19823211354
Authority: DE
Inventors: Helmut 8152 Feldolling Schmidt
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1982-03-27
Filing date: 1982-03-27
Publication date: 1985-07-11
Also published as: DE3211354A1

Abstract

Zur Unterdrückung von Störstrahlern für ein optisches Flugkörperlenkverfahren, welches mit einem Bildaufnahmegerät und einem Monitor durchgeführt wird, werden mit Hilfe eines dem Bildaufnahmegerät nachgeschalteten elektronischen Tores nur Bildimpulse mit einer vorgegebenen, sich in Abhängigkeit von der Entfernung des Flugkörpers von dem Bildaufnahmegerät verkleinernden Impulsbreite durchgelassen. Dazu kann entweder der Beginn und/oder die Dauer der Durchlaßphase des elektronisches Tores periodisch mit der Bildfrequenz des Bildaufnahmegerätes durch ein Programmwerk gesteuert werden oder es wird lediglich der Beginn der Durchlaßphase des elektronischen Tores periodisch mit der Bildfrequenz des Bildaufnahmegerätes durch die dem Bildimpuls des Flugkörperstrahlers zugehörigen momentanen horizontalen und/oder vertikalen Ablenkspannungen vorgegeben. Dadurch wird sichergestellt, daß nur der am Heck des Flugkörpers befindliche Strahler geortet wird und nur die entsprechenden Ablagewerte dieses Strahlers von der Visierlinie zur Bildung von Lenksignalen herangezogen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrükkung von Störstrahlern für ein Flugkörpcrlenkvcrfahren, mit einem Bildaufnahmegerät, insbesondere einer Fernsehkamera, und einem Monitor, auf welchem ein Fadenkreuz elektronisch eingeblendet wird und auf dem ein erfaßter, am Heck des zu lenkenden Flugkörpers befindlicher Strahler sowie ilas Ziclbild sichtbar ist. wobei durch Vergleich der dem Strahler zugehörigen momentanen horizontalen und vertikalen Ablcnkspannungen mit den dem horizontalen und vertikalen Balken des Fadenkreuzes zugeordneten Ablcnkspannungcn Differenzspannungen crmiticii werden, die sowohl als Eingangsspiinnungcn für einen l.cnkrcgclkrcis des zu lenkenden Flugkörpers dienen, als auch zur Nachführung eines begrenzten Ortungsbereiches, welcher durch mindestens ein dem Bildaufnahmegerät nachgcschaltetelcs elektronisches Tor erzeugt wird.

Die Erfindung geht von einem Flugkörperlenkverfahren aus, wie es aus der DE-OS 14 56 138 bekannt ist. Bei derartigen Verfahren wird die Ablage des durch den Flugkörperstrahler erzeugten Bildpunktes ν,-jn durch Zielsignale charakterisierten Zielen bestimmt und aus den so ermittelten Ablagesignalen Lenksignale gebildet,

ίο mittels welcher der Flugkörper auf das Ziel gelenkt wird. Zur Verringerung von Störungen durch Objekte, die eine dem Flugkörper ähnliche Leuchtstärke aufweisen, kann der Ortungsbereich auf eine Teilfläche des Bildes um das Ziel herum beschränkt werden, wenn sich der Flugkörper bei Annäherung um das Ziel nur noch innerhalb dieser Teilfläche bewegt

Ein anderes Flugkörperlenkverfahren ist aus der DE-PS 20 41 530 bekannt. Bei diesen Verfahren wird eine gewisse Milderung des durch Fremdstrahler verursachten Problems dadurch erreicht, daß das Goniometer zur Bestimmung der Flugkörperablagesignale in einem relativ engen Spektralbereich, z. B. im Infrarotbereich, arbeitet Somit können zumindest Störungen durch einfache Leuchtkörper vermieden werden,-gegen speziell zu Störzwecken ausgebildete Strahler ist jedoch eine derartige Lenkeinrichtung nicht geschützt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu Unterdrückung von Störstrahlern für Flugkörperlenkverfahren der obengenannten Art zu schaffen, weiche störsi· eher und schon kurz nach dem Start des Flugkörpers wirksam ist

Diese Aufgabe wird durch ein nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildetes Verfahren gelöst. Elektronische Fensterschaltungen für Fernsehkameras sind zwar beispielsweise bei automatischen Zielverfolgungsanlagen bekannt (DE-AS 24 41 640), jedoch wären derartige Fenslerbildschaltungcn für Flugkörperlenkverfahrcn zur Ausblendung von Störstrahlern nur wenig geeignet, da die Fernsehkamcra bzw. das Goniometer immer sowohl das Ziel als auch den Flugkörper gleichzeitig erfassen muß und somit der insgesamt erforderliche Bildbereich, der mindestens frei bleiben muß, für ein wirkungsvolles Ausblenden von Störsirahlern noch viel zu groß wäre. Im Gegensatz

4^r, dazu sieht die Erfindung eine gezielte Bewertung der aufgenommenen Strahlcrimpulsc bezüglich ihrer Breite und ihrer Strahlungsintensität vor und verwertet nur solche Impulse zur Bildung von Ablenkspannungen für den Lenkrcgelkreis, welche unter Berücksichtigung des sich mit der Entfernung des Flugkörpers ständig ändernden Bildwinkels, unter dem der Flugkörperstrahler erscheint, einer zu erwartenden Impulsbreite und -intensität entsprechen.

Eine Bewertung von Strahlerimpulsen kann entweder dadurch geschehen, daß, jeweils periodisch mit der Bildfrequenz der Fernsehkamera, entweder der Beginn und die Dauer der Durchlaßphase des dem Bildaufnahmcgcrät nachgeschalteten elektronischen Tores duch ein Programmwerk gesteuert wird oder daß der Beginn der

w) Durchlaßphase des elektronischen Tores durch die dem Strahler zugehörigen momentanen horizontalen und/ oder vertikalen Ablenkspannungen vorgegeben wird. Die Veränderung der Strahlungsintensität aes sich entfernenden Flugkörpers und damit die momentane BiIdimpulshöhe kann aufgrund von bekannten oder gemessenen Flugkörperdaten (Flugzeiten und Geschwindigkeit bzw. Entfernung) vorherbestimmt und mit den tatsächlich empfangenen Werten verglichen werden. Die

Breite des elektronischen Tores wird dann in Abhängigkeit von der Bildimpulshöhe verändert Störstrahler, die sich innerhalb des von dem Biidaufnahmegerät erfaßten Bereiches befinden und nicht exakt zumindest die aufgrund der jeweiligen Entfernung des Flukörpers zu erwartende Impulsbreite und -höhe liefern oder sich zusätzlich nicht an der erwarteten Stelle innerhalb des Bilders befinden, werden somit nicht zur Bildung von Lenksignalen herangezogen.

In den nachfolgend beschriebenen Figuren sind zwei Ausführungsbeispiele des Verfahrens zur Unterdrükkung von Störstrahlern beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung für ein Flugkörperlenkverfahren mit Unterdrückung von Störstrahlern;

F i g. 2 das von einer Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommene und auf dem Bildschirm eines Monitors erscheinende Bild;

Fig.3 ein Blockschaltbild einer Einrichtung für ein Flugkörperlenkverfahren mit einer weiteren Ausführung zur Unterdrückung von Störstrahlern;

F i g. 4 eine Darstellung der Strahlerimpulse und der Durchlaßphase eines elektronischen Tores in der Zeitachse;

Fig.5 ein Impulsfilter für eine Einrichtung gemäß Fig. 3.

F i g. 1 zeigt in einem Blockschaltbild eine Einrichtung für ein Flugkörperlenkverfahren, welche bis zur Bezugszahl 44 im wesentlichen der aus der DE-PS 20 41 530 bekannten Einrichtung entspricht. Hierbei wird das von einer in Azimut und Elevation beweglichen Fernsehkamera, eines ausschließlich im Infrarotbereich arbeitenden Bildwandlers oder einer entsprechenden Bildaufnahmeeinrichtung 5 aufgenommene Bild (F i g. 2) auf einem Monitor 30 sichtbar gemacht Im folgenden wird die Verwendung einer Fernsehkamera beschrieben: Der Fernsehkamera sind eine horizontale Ablenkeinheit 11 und eine vertikale Ablenkeinheit 12 zugeordnet, die von einem Taktgeber 13 gesteuert sind, der in an sich bekannter Weise auch die Schaltbewegungcn einer Spektralfilterscheibe 7 steuert, deren Funktion hier von untergeordneter Bedeutung ist und obiger Patentschrift entnommen werden kann. Der horizontalen Ablenkeinheit 11 ist über eine Torschaltung 15 ein Speicher 17 und der vertikalen Ablenkeinheit 12 über eine Torschaltung 16 ein Speicher 18 nachgeschallci, deren Ausgänge zu je einem Vergleicher 19 und 20 führen. Den Toren 15 und 16 wird über Leitungen 21 das Bildsignal des Flugkörpers 34 (F i g. 2) der Fernsehkamera zugeführt Über je eine einstellbare Referenzspannungsquelle 23 und 24 werden die Vergleicher 19 und 20 mit den Balkenspannungen versorgt, die gleichzeitig über Leitungen 22 einem das von der Fernsehkamera aufgenommenen Fernsehbild anzeigenden Monitor 30 zugeleitet und dort als Fadenkreuz 35 (F i g. 2) angezeigt werden. Die vorerwähnten Tore 15 und 16 sind über eine Leitung 25 mit dem Taktgeber 13 verbunden.

Der Fernsehkamera 5 sind fgrncr ein Regelkreis 26 für die Nachführung in der vertikalen Richtung und ein Regelkreis 27 für die Nachführung in der horizontalen Richtung zugeordnet Beide Regelkreise sind über Leitungen 43 und 44, die zu den Summierverslärkern 40 und 41 führen, mi", dem l.enkregclkreis vermascht. D^r Monitor 30 isl ferner über die Leitungen 31 und 32 vo:i der horizontalen und der vertikalen Ablenkeinheit 11 und 12 gesteuert.

Die oben besehriehone und an sich bekannte Einriehwird nun durch ein vom Taktgeber 13 gesteuertes Programmwerk 45 ergänzt, welches über je einen Imegrator und Speicher 46 bzw. 49 und jeweils zugeordnete Grenzwertrechner 47 bzw. 48 eine zusätzliche, im folgenden beschriebene Steuerung der Tore 15 bzw. 16 bewirkt:

Die Lage des Flugkörperstrahlers 34 ist durch die in den Speichern 17 bzw. 18 gespeicherten elektrischen Werte dh und dy definiert (s. a. F i g. 2). Wird nun diesem Ablagewert jeweils in der Horizontalen sowie in der

ίο Vertikalen in einer Summierschaltung (Grenzwertrechr.er 47 bzw. 48) ein Wert A addiert bzw. subtrahiert und diese neu errechneten Werte der Torschaltung 15 bzw. 16 zugeleitet so wird der Durchlaßbereich der Torschaltung 15 auf dy ± A und der Torschaltung 16 auf dh ± A begrenzt (s. Fig.2). Toleranzprobleme hinsichtlich der mittleren Lage der jeweiligen Durchlaßbereiche sind ausgeschlossen, da die Bereichsgrenzen sich direkt aus den den Speichern 17 b?v.\ 18 entnommenen Abiagcspannufigen des Strahlers ableiten. Dabei wird davon ausgegangen, daß der Flugkörperstrahler kurz nach dem Abschluß, also im Nahbereich über alle anderen im Blickfeld der Kamera befindlichen Strahler dominiert und somit zu Beginn der Flugphase ausschließlich die Lage des Flugkörperstrahlers detektiert und gespeichert wird.

Der minimale Wert für A ermittelt sich aus den mitt leren Schwankungsamplituden des· Visierlinie bei der Verfolgung eines fahrenden Zieles 33 (F i g. 2). Dieser Wert wird in dem Programmwerk 45 generiert und entspricht im wesentlichen dem Entfernungsgesetz des Flugkörpers, d. h. der rechnerischen Größe und Intensität des sich mit der Zeit entfernenden Flugkörperstrahlers. Eine Sicherheitsschaltung, deren Eingangssignal die Amplitude des durch den Flugkörperstrahler erzeugten :n 35 Bildimpulses ist, bewirkt, daß im Falle eines Ausbrechens des Flugkörpers aus dem derart eiigeensten Orlungsbereich der Wert A bis zur maximal möglichen optischen Grenze des Ortungsbereiches wieder ansteigt Die Geschwindigkeit, mit der dabei die Durchlaß-

"te bereiche der Tore 15 und 16 wieder ansteigen, ist der maximal möglichen Richtgeschwindigkeit proportional. Zu diesem Zweck wird der Bildimpuls am Ausgang des Tores 15 bzw. 16 in den Einrichtungen 46 und 49 integriert und gespeichert Der jeweils gespeicherte Wert

4ί ist somit eine Größe, die u. a. der Strahlungsintensität proportional ist

Ein weiterer Parameter, der die Strahlungsintensität beeinflußt, ist die Entfernung des Flugkörperstrahlers. Bekanntlich nimmt die Intensität der empfangenen Strahiung im Quadrat der Entfernung ab. Die Sollsttahlur^siitärke wird ebenfalls von dem Programmwert 45 vorgegeben und mit den jeweils gemessenen und gespeicherten Werten verglichen. Durch die Differenz wird der vom Programmwerk vorgegebene Wert für A korrigiert und dem jeweiligen Grenzwertrechner 47 bzw. 48 zugeführt Die Grenzwertrechner ermitteln jeweils durch Addition bzw. Subtraktion des Wertes A von den jeweiligen Speicherinhallen 17 bzw. 18 die Grenzen des Durchlaßberciches. Durch die so bewerk-

bü stcHigic Abhängigkeit des Wertes A vor, der ermittelten Strahlungsintensität eines Strahlers wird sichergestellt, daß auch bei stärkeren Schwankungen der Visierlinie der Flugkörper J-i stets in einem optimal begrenzten Ortungsbereich O geortet wird(s l-'ig. 2).

h^r> Das in l-'ig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel baut wiederum auf der ims der DIvPS 20 41 530 bekannten Einrichtung auf und geht davon aus, daß der Beginn und die Dauer der Durchlabphase eines Impulsfilters 51

durch ein Programmwerk 50 sowie durch die Bildimpulse selbst so eingestellt wird, daß lediglich die abfallende Flanke des durch den Flugkörpcrstrahler verursachten Bildimpulses nur bei der vorausberechneten Impulsbreite passieren kann und zur Bildung von Ablagesignalen ^ri in bekannter Weise weiterverarbeitet wird.

Hierbei wird wiederum davon ausgegangen, dall die momentane Breite des durch den Flugkörpcrstrahlcr verursachten Bildimpulses eine charakteristische Größe ist. da bei gegebener geometrischer Abmessung des n> Flugkörpcrstrahlers sich der Bildwinkel, unter dein dieser gesehen wird, als Funktion der /eil iindert ([-!nlfernungsgesctzdes Flugkörpers).

Da der Bildimpiils des Strahlers durch Toleranzen des F.ntfernungsgcsct/es, /.. B. bedingt durch almosphäri- r> sehe Einflüsse u. dgl., schwankt, muß die Durchlaßphasc des !^^ni.sfüiors eine besiiüinuc Breit·* ?-' ^ (·'i ^ 4ΐ aufweisen, die als Grundwert in dem Programmwerk 50 generiert wird.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Impulsfilter 51 in die Leitung 21, die von der Kamera 5 zu den Toren 15 und 16 führt, eingefügt, welches, wie oben erwähnt, nur Impulse weiterleitet, die der vorprogrammierten Impulsdauer des Nutzimpulses entsprechen. Diese Impulsdauer wird dabei von dem Programmwerk 50 mit den Daten des erwähnten Flugkörper-Entfernungsgesetzes abgeleitet. Die Grenzen für die Sperrphasen ies Impulsfilters (s. F i g. 4) werden wie folgt ermittelt: Die Zeitdauer T des Sollimpulscs, also die Sollimpulslänge. errechnet sich aus der Abmessung jo b des Strahlers, der Abtastgeschwindigkeit ω der Fernsehkamera und der zeitabhängigen Entfernung E = E(l)dcs Flugkörpers vom Lenkstand.

Da die Abmessung b des Strahlers im Vergleich zur Entfernung des Flugkörpers vom Lenkstand schon kurz » nach dem Start sehr viel kleiner ist, gilt für den Bildwinkel α, unter dem der Strahler erscheint, die Beziehung

40

Da b und ω konstant sind, ergibt sich die Sollimpulsiange Tzu:

= K -j? mit/:= F.(i).

⁴⁵

Durch die Werte T und Δ sind entsprechend der F Ϊ g. 4 der Begirn und die Dauer der Durchlaßphase des Impulsfilters 51 vorgegeben. Um den Durchlaßbereich so gering wie möglich zu halten, kann dem im Programmwerk 50 generierten Wert eine Spannung überlagert werden, die sich aus der empfangenen Strahlungsintensität (Impulsamplitude) ableitet und mit steigender Intensität den Wert von Δ verringert.

Eine weitere Verbesserung wird dadurch erzielt, daß die zeitliche Differenz zwischen der theoretisch ermittelten Impulsdauer und der gemessenen Impulsdauer erfaßt und um diesen Wert die Größe von Δ korrigiert wird. Dadurch wird erreicht, daß die tatsächliche Rück- b0 flanke des Bildimpulses genau in die zeitliche Mitte der Durchlaßphase fällt.

Ein Impulsfilter, welches die obengenannten Anforderungen erfüllt, ist als Blockschaltbild in Fig. 5 dargestellt. Der von der Kamera 5 über die Leitung 21 in das t>5 Impulsfilter 51 einlaufende Büdlmpuls wird mittels eines Differenziergliedes 51.1 differenziert, woraus je ein für die lmDulsvorderflanke bzw. Rückflanke charakteristischer Impuls entsteht. Diese werden über Dioden 51.2 und 51.3 voneinander getrennt einem Tor 51.4 zu dessen Steuerung zugeführt. Der Taktgenerator 13 liefert 7ählimpulse, welche über das Tor 51.4 auf einen Zähler 51.5 gelangen. Die Durchlaßphasc des Tores 51.4 wird durch die Bildinipulsvordcrflanke eröffnet und durch die -rückflanke beendet. Das digitale Ziihlersignal entspricht nach Umwandlung mittels eines Digital-Analogwandlers 51.f> der gemessenen Bildimpulsdauer T,„. Ein entsprechender, rechnerisch ermittelter Wen

T- ^K

wird durch Multiplikation eines mittels des Programmwerkes 50 generierten reziproken Entferniingssignals 1
ψ mit einer von der Stranicrbrciic D unü eier Amasigeschwindigkeit ω der Kamera abhängigen Konstanten K einem Multiplizierglied 51.8 entnommen. Die Differenz zwischen der gemessenen und der theoretisch errechneten Impulsbreite wird mittels eines Differenzbildners 01.7 über ein Netzwerk 51.9 als Korrekturgroßc .v einem Summierglied 51.10 zugeführt und dort dem errechneten Wert T, zuaddiert. Dieses Signal wird einem Begrer/er 51.13 zuaddiert, der den Wert T_r + χ in dem vom Flugkörpersystem vorgegebenen Toleranzbereich begrenzt. Dadurch soll verhindert werden, daß bei kurzzeitigem Verlust des Strahlers a'.is dem Ortungsbereich die Torbrcitc größer wird als es zum erneuten Auffassen unbedingt notwendig ist.

Am Ausgang des Begrenzers 51.13 liegt nun ein entsprechendes korrigiertes Signal T'_r an. welchem mittels eines Addierglicdcs 51.11 ein Wert Δ zuaddiert bzw. mittels eines Subtrahicrgüedes 51.12 der Wert Δ subtrahiert wird. Die Komparaloren 51.14 und 51.15 bilden zusammen mit den UND-Gliedern 51.16 und 51.17 ein Tor. welches von der Bildimpulsvorderflankc über einen Sägezahngenerator 51.21 angesteuert wird und nur solche Bildimpulsc hindurchläßt, deren Rückflanke in dem durch die Werte Τ\—Δ und Τ_Γ + Δ vorgegebenen Zeitintervall am UND-Glied 51.17 anliegen. Der Wert fürzi wird aus einem durch das Programmwerk 50 vorgegebenen Wert Δ_Γ errechnet, welcher durch einen .strahlungsintensitätsabhängigen Wert korrigiert wird. Dieser Korrekturwert wird der am Ausgang des UND-Gliedes 51.17 anliegenden Bildimpulsrückfianke entnommen, deren Amplitude in einem Speicher 51.18 gespeichert und über ein Netzwerk 51.19 einer Vergleichsschaltung 51.20 zugeführt wird. Die Bildimpulsrückflanke, welche im wesentlichen noch die aus dem Differenzierglied 51.1 stammende Form aufweist, wird mittels eines lmpulsformers 51.22 zu einem Rechtecksigna! umgeformt und den Toren 15 und 16 zur Bestimmung der Ablagewerte zugeführt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Unterdrückung von Störstrahlern für ein Flugkörperlenkverfahren mit einem Bildaufnahmegerät, insbesondere einer Fernsehkamera (5) und einem Monitor (30), auf welchem ein Fadenkreuz (35) elektronisch eingeblendet wird und auf dem ein erfaßter, am Heck des zu lenkenden Flugkörpers befindlicher Strahler (34) sowie das Zielbild (33) sichtbar ist, wobei durch Vergleich der dem Strahler zugehörigen momentanen horizontalen und vertikalen Ablenkspannungen (dy, dh) mit den dem horizontalen und vertikalen Balken des Fadenkreuzes zugeordneten Ablenkspannungen Differenzspannungen ermittelt werden, die sowohl als Eingangsspannungen für einen Lenkregelkreis des zu lenkestlen Flugkörpers dienen als auch zur Nachführung eines begrenzten Ortungsbereiches, weicher durch mindestens ein dem Bildaufnahmegerät nachgeschaltetes elektronisches Tor (15, 16; 51) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte des begrenzten Ortungsbereiches durch die dem Strahler zugehörigen momentanen horizontalen und/oder vertikalen Abfenkspannungen vorgegeben wird, daß der die Breite des Ortungsbereiches bestimmende Beginn und die Dauer der Durchlaßphase des elektronischen Tores periodisch mit der Bildfrf ⁿuenz des Bildaufnahmegerätes zum einen durch ein Programmwerk (45,50) derart gesteuert werden, daß nur Bildimpülse mit einer vorgegebenen, sich in Abhängigkeit von der Entfernung des Flugkörpers von dem Bildabinahmegerät verkleinernden Impulsbreite (T) zur Bildung der Ablenkspannungen durchgelassen werden und zum anderen in Abhängigkeit von der empfangenen Bildimpulshöhe (Strahlungsintensität) verändert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ansteigende Flanke eines Strahlerbildimpulses ein Impulsfilter (51) ansteuert und daß der Beginn und die Dauer der Durchlaßphase des Impulsfilters durch das Programmwerk (50) so eingestellt wird, daß die abfallende flanke des Bildimpulses nur bei der vorgegebenen Impulsbreite das Impulsfilter passieren kann.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mine der Durchlaßphase des Tores um die zeitliche Differenz zwischen der vorgegebenen Impulsdauer (T_r) und der empfangenen Impulsdauer (T,,,) des Strahlers verschoben wird.