DE3230019A1

DE3230019A1 - Optisches visier- und lenksystem

Info

Publication number: DE3230019A1
Application number: DE19823230019
Authority: DE
Inventors: Günther Dipl.-Ing. 8195 Egling Riedl; Guido von Dipl.-Phys. 8000 München Trentini
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-08-12
Filing date: 1982-08-12
Publication date: 1984-02-16

Description

Optisches Visier- und Lenksystem
Die Erfindung betrifft ein optisches Visier- und Lenksystem für die Führung eines Flugkörpers längs der optischen Visierachse.
Bei derartigen Systemen, die sowohl zur Beobachtung einer Szene und zur Bekämpfung von Zielen als auch zur Bestimmung der Lage eines Flugkörpers zur optischen Visierachse dienen, ist bisher ein getrennter Aufbau mit Visiergerät und Goniometer zur Messung der Ablage des Flugkörpers von der Visierachse erforderlich. Dies bedeutet einen hohen gerätetechnischen Aufwand.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem optischen Visier- und Lenksystem der eingangs genannten Art die beiden Forderungen - Aufnahme des Bildes einer Szene, d.h. Erfassung und Beobachtung eines Zielobjektes in einer Szene, und Ablagenbestimmung des Flugkörpers - mit einem möglichst geringen gerätetechnischen Aufwand zu erfüllen.
Diese Aufgabe wird bei einem optischen Visier- und Lenksystem der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Darstellung eines Zielobjektes in einer Szene und zur Bestimmung der Ablage eines mit einer Strahlungsquelle versehenen Flugkörpers von der Visierachse ein Wärmebildgerät vorgesehen ist daß die Strahlung der an dem dem Wärmebildgerät zugewandten Ende vorgesehenen Strahlungsquelle des Flugkörpers innerhalb des Wellenlängenbereiches der vom 7 Ausfertigungen t Ausfertigung Wärmebildgerät erfaßten Strahlung von Szene und Zielobjekt liegt, daß die Darstellung von Szene und Zielobjekt einerseits und die Bestimmung der Ablage des Flugkörpers andererseits abwechselnd erfolgen und in den Strahlengang des Wärmebildgerätes vor eine Detektoranordnung abwechselnd ein optisches Filter einfügbar ist, das im Falle der Darstellung für die Strahlung der Szene und des Zielobjektes durchlässig ist und im Falle der Ablagenbestimmung nur für die Strahlung der Strahlungsquelle des Flugkörpers durchlässig ist und daß die elektrischen Ausgangs signale der Detektoranordnung im Auswechseltakt des optischen Filters abwechselnd zur Bilddarstellung und zur Ablagenbestimmung verwendet werden.
Bei einem erfindungsgemäßen System ist es dadurch, daß die Strahlung der Strahlungsquelle des Flugkörpers innerhalb des Wellenlängenbereiches der vom Wärmebildgerät erfaßten Strahlung von Szene und Zielobjekt liegt, möglich, sowohl das optische Abbildungssystem als auch die Detektoranordnung gemeinsam für die Bildaufnahme und die Bestimmung der Ablage des Flugkörpers von der Visierachse zu verwenden. Damit ist zur Erfüllung der beiden genannten Forderungen nur ein einziges Gerät erforderlich, wofür ein an sich bekanntes gebräuchliches Wärmebildgerät eingesetzt wird. Durch das erfindungsgemäße System wird somit der gerätetechnische Aufwand erheblich vermindert. Um bei einem erfindungsgemäßen System die beiden Aufgaben - Aufnahme des Bildes einer Szene und Ablagenbestimmung des Flugkörpers -optimal erfüllen zu können, werden diese beiden bei der Bildaufnahme bzw. bei der Ablagenbestimmung auftretenden Moden zeitlich getrennt, d.h. Bildaufnahme und Ablagenbestimmung erfolgen also abwechselnd.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems liegt der Wellenlängenbereich des Wärmebildgerätes bei 8 bis 14 jun, wobei als Strahlungsquelle am Flugkörper ein C02-Laser mit einer Wellenlänge von 10,6 pm vorgesehen ist. Damit wird bei einem erfindungsgemäßen System die Strahlung der Flugkörper-Strahlungsquelle nur in einem bestimmten Teilbereich des Wellenlängenbandes der von dem Wärmebildgerät erfaßten Strahlung von Szene und Zielobjekt detektiert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Anordnungen eines in den Strahlengang des Wärmebildgerätes vor die Detektoranordnung einfügbaren optischen Filters sind in den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 7 angegeben.
Um bei einem erfindungsgemäßen System den Flugkörper nach erfolgter Ablagenbestimmung nachsteuern zu können, ist es zweckmäßig, wenn eine Nachrichtenübertragungseinrichtung zur Übermittlung von Steuersignalen an den Flugkörper vorgesehen ist.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems wird im folgenden anhand der schematischen Darstellung in der Zeichnung näher beschrieben.
Das optische Visier- und Lenksystem besitzt ein nicht näher dargestelltes Visiergerät, welches von einem gebräuchlichen Wärmebildgerät z.B. mit einem Wellen längenbereich von 8 bis 14 ym gebildet wird. Das Wärmebildgerät dient zur Erfassung und Beobachtung eines Zielobjektes in einer Szene 4. Dabei erfolgt eine optische Abbildung der Szene über eine Optik 2 auf eine geeignete Detektoranordnung 1 des Wärmebildgerätes, welche die einfallende Strahlung in ein elektrisches Signal wandelt, das als Grundlage für die Bilddarstellung dient. Um nun einen Flugkörper 5 längs der optischen Achse 3 des Wärmebildgerätes, welche gleichzeitig die Visierachse bildet, in das in der Szene befindliche Ziel lenken bzw. zunächst die Ablage des Flugkörpers von der Visierachse 3 ermitteln zu können, ist an dem dem Wärmebildgerät zugewandten hinteren Ende des Flugkörpers 5 eine Bake oder ein Leuchtsatz als Strahlungsquelle 6 angebracht. Ein Beispiel dafür ist bei einer Aufnahme eines Wärmebildes im Wellenlängenbereich von 8 bis 14 pm ein CO2-Laser der Wellenlänge 10,6 Fm als Leuchtbake am Flugkörper. Hierbei liegt die Strahlung des C02-Lasers also innerhalb desselben Wellenlängenbereiches wie die vom Wärmebildgerät erfaßte Strahlung von Szene und Zielobjekt, wobei allerdings die Strahlung des C02-Lasers nur in einem bestimmten Teilbereich des Wellenlängenbandes von 8 bis 14 um detektiert wird. Die Erfassung der Strahlung von Zielobjekt und Szene 4 und damit die Bilddarstellung einerseits und die Bestimmung d.er Ablage des Flugkörpers 5 von der Visierachse 3 andererseits erfolgen nun abwechselnd, d.h zeitlich getrennt.
Hierzu wird in den Strahlengang des Wärmebildgerätes vor die Detektoranordnung 1 ein optisches Filter 7 eingefügt. Im Falle der Bildaufnahme wird ein optisches Filter in den Strahlengang gebracht, das den gesamten Wellenlängenbereich (im Beispiel: 8 bis 14 ym) auf die Detektoranordnung 1 gelangen läßt; gegebenenfalls könnte - um eine Blendung durch die Stärke der Bakenstrahlung zu vermeiden - durch geeignete Filtergestaltung der Bereich der Strahlung der Leuchtbake des Flugkörpers (im Beispiel: X = 10,6,um) ausgeblendet werden.
Im Falle der Bestimmung der Ablage der Leuchtbake und somit der Ablage des Flugkörpers von der Visierachse wird nun ein Filter verwendet, das nur die Bakenstrahlung auf die Detektoranordnung treffen läßt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das optische Filter 7 aus einer einzigen Scheibe 8, welche zunächst für den gesamten in Frage kommenden Strahlungsbereich durchlässig ist und durch geeignet gewahlte Beschichtungen in vier optische Filtersegmente 9, 10, 11 und 12 von jeweils 900 aufgeteilt ist. Diese Filtersegmente sind abwechselnd für die Strahlung der Szene und des Zielobjektes 4 einerseits bzw. nur für die Strahlung des C02-Lasers 6 am Flugkörper 5 andererseits durchlässig. Die demzufolge gleichen Filtersegmente 9 und 11 sind durch gleiche Schraffuren in der Zeichnung kenntlich gemacht, während die hierzu unterschiedlichen, untereinander aber gleichen Filtersegmente 10 und 12 durch eine andere Schraffur gekennzeichnet sind. So sind z.B. die Filtersegmente 10 und 12 mit den in der zeichnerischen Darstellung gerade im optischen Strahlengang befindlichen Filtersegment 10 nur für die Strahlung des C02-Lasers 6 des Flugkörpers 5 durchlässig, während die beiden anderen Filtersegmente 9 und 11 für die Strahlung der Szene und des Zielobjektes 4 durchlässig sind und zweckmäßigerweise so ausgebildet sind, daß sie die Strahlung des C02-Lasers 6 sperren. Um nun die Filtersegmente 9, 10, 11 und 12 in den optischen Strahlengang zu bringen, ist das optische Filter 7 um eine zur Visierachse 3 parallele Achse 13 rotierend angeordnet und zwar derart, daß die Filtersegmente abwechselnd in den optischen Strahlengang gelangen.
Zur Verbesserung des Wirkungsgrades einer solchen Anordnung ist es zweckmäßig, eine Serien-Parallel-Abtastung des Bildfeldes mit Hilfe geeigneter Ablenk- elemente zu wählen und die Filterscheibe am Ort einer Zwischenabbildung oder in deren Nähe im Strahlengang anzuordnen. Die Filterscheibe kann außerdem durch ein geeignetes Getriebe, z.B. durch ein Malteserkreuz, so angetrieben werden, daß sie sich nur während des Rücklaufes der Abtasteinrichtung des Wärmebildgerätes bewegt.
Im selben Takt wie die Auswechselung der Filter werden die elektrischen Ausgangssignale der Detektoranordnung 1 einmal zur Bilddarstellung und zum anderen zur Ablagenbestimmung verwendet, wobei im letzteren Fall über eine geeignete Nachrichtenübertragungseinrichtung, z.B.
über Draht, Laser oder Funk Steuersignale an den Flugkörper übermittelt werden.
9 Patentansprüche 1 Figur Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Optisches Visier- und Lenksystem für die Fuhrung eines Flugkörpers längs einer optischen Visierachse, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Darstellung eines Zielobjektes in einer Szene (4) und zur Bestimmung der Ablage eines mit einer Strahlungsquelle (6) versehenen Flugkörpers (5) von der Visierachse (3) ein Wärmebildgerät vorgesehen ist, daß die Strahlung der an dem dem Wärmebildgerät zugewandten Ende vorgesehenen Strahlungsquelle (6) des Flugkörpers (5) innerhalb des Wellenlängenbereiches der vom Wärmebildgerät erfaßten Strahlung von Szene und Zielobjekt (4) liegt, daß die Darstellung von Szene und Zielobjekt (4) einerseits und die Bestimmung der Ablage des Flugkörpers (5) andererseits abwechselnd erfolgen und in den Strahlengang des Wärmebildgerätes vor eine Detektoranordnung (1) abwechselnd ein optisches Filter (7) einfügbar ist, das im Falle der Darstellung für die Strahlung der Szene und des Zielobjektes (4) durchlässig ist und im Falle der Ablagenbestimmung nur für die Strahlung der Strahlungsquelle (6) des Flugkörpers (5) durchlässig ist und daß die elektrischen Ausgangssignale der Detektoranordnung (1) im Auswechseltakt des optischen Filters (7) abwechselnd zur Bilddarstellung und zur Ablagenbestimmung verwendet werden.
2. Optisches Visier- und Lenksystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als optisches Filter zwei einzelne Scheiben vorgesehen sind, von denen die eine für den gesamten in Frage kommenden Strahlungsbereich und die andere nur für die Strahlung der Strahlungsquelle (6) des Flugkörpers (5) durchlässig ist.
3. Optisches Visier- und Lenksystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das optische Filter (7) aus einer einzigen für den gesamten in Frage kommenden Strahlungsbereich durchlässigen Scheibe (8) besteht, die durch geeignet gewählte Beschichtungen in optische Filtersegmente (9, 10, 11, 12) aufgeteilt ist, die abwechselnd für die Strahlung der Szene und des Zielobjektes (4) einerseits bzw. nur für die Strahlung der Strahlungsquelle(6) des Flugkörpers (5) andererseits durchlässig sind.
4. Optisches Visier- und Lenksystem nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die für die Strahlung der Szene und des Zielobjektes (4) durchlässigen Filtersegmente (9, 11) derart beschichtet sind, daß sie die Strahlung der Strahlungsquelle (6) des Flugkörpers (5) sperren.
5. Optisches Visier- und Lenksystem nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das optische Filter (7) um eine zur Visierachse (3) des Wärmebildgerätes parallele Achse (13) rotierend derart angeordnet ist, daß die Filtersegmente (9, 10, 11, 12) abwechselnd in den Strahlengang gelangen.
6. Optisches Visier-und Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das optische Filter (7) am Ort einer Zwischenabbildung oder in deren Nähe in den Strahlengang einfügbar ist.
7. Optisches Visier- und Lenksystem nach einem der Ansprüche 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das optische Filter (7) derart angetrieben ist, daß es sich nur während des Rücklaufen der Abtasteinrichtung des Wärmebildgerätes bewegt.
8. Optisches Visier- und Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Wellenlängenbereich des Wärmebildgerätes bei 8 bis 14 Fm liegt und als Strahlungsquelle (6) am Flugkörper (5) ein C02-Laser mit einer Wellenlänge von 10,6 pm vorgesehen ist.
9. Optisches Visier- und Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß eine Nachrichtenübertragungseinrichtung zur Übermittlung von Steuersignalen an den Flugkörper (5) vorgesehen ist.