DE3230068C2

DE3230068C2 -

Info

Publication number: DE3230068C2
Application number: DE19823230068
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl.-Ing. 8195 Egling De Riedl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-08-12
Filing date: 1982-08-12
Publication date: 1988-04-07
Also published as: DE3230068A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur genauen Posi tionierung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vor richtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 3.The invention relates to a method for accurate posi tionation according to the preamble of claim 1 and a pre direction for performing the method according to claim 3.

Zur Beschädigung oder Zerstörung von Zielobjekten oder von Teilen davon können Laser als Waffen eingesetzt wer den. Mit einem Waffenlaser kann z. B. an einem zur Be schädigung oder Zerstörung eines Zielobjektes geeigne ten Punkt ein Loch eingebrannt, eine Empfangs- oder Sendeoptik eines elektrooptischen Gerätes beschädigt oder ein elektrotechnisches Gerät außer Funktion ge setzt werden. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß der von dem Lasersender ausgehende Laserstrahl überhaupt auf dem Zielobjekt auftrifft. Hierzu kann der Laser sender mit Hilfe eines Visiergerätes oder bei beweg ten Zielen mittels eines Zielverfolgungsgerätes genügend hoher - jedoch absolut gesehen geringer - Genauigkeit so auf das Ziel gerichtet werden, bzw. dem Ziel nachfol gen, daß der Strahl des Waffenlasers eine bestimmte Zone des Ziels trifft. Um nun eine Beschädigung oder eine Zerstörung eines verwundbaren Punktes dieser Zone des Zielobjektes herbeizuführen, ist es jedoch erforderlich, den Laserstrahl und damit eine entsprechende Energie für eine bestimmte Einwirkungszeit, d. h. für die Zeit, die bis zur Beschädigung ider Zerstörung benötigt wird, möglichst genau auf die betreffende Stelle des Zielob jektes gerichtet zu halten. Der auf dem Zielobjekt auf treffende Laserstrahl wandert jedoch z. B. infolge von Zielbewegungen, atmosphärischen Turbulenzen, Instabili täten des Lasermediums oder Ungenauigkeiten des Visier- oder Zielverfolgungsgerätes aus. Da die zu treffende Stelle des Zielobjektes je nach Anwendung einen Durchmesser von einigen Zentimetern bis zur Größenordnung von etwa 1 Meter hat, muß bei einer Zielentfernung von z. B. 5 km die Genauigkeit, mit der der Zielpunkt gehalten werden kann, wesentlich besser als 0,02 mrad bei einem Durchmesser der Strahlauftreffstelle von 10 cm bzw. 0,2 mrad bei einem Durchmesser von 1 Meter sein. Diese Genauig keit, vor allem der erstgenannte Wert, ist mit herkömmlichen Visier- oder Zielgeräten jedoch nicht zu erreichen.To damage or destroy target objects or parts of it can use lasers as weapons the. With a weapon laser z. B. at one for loading damage or destruction of a target object a hole burned into the point, a receiving or Transmission optics of an electro-optical device damaged or an electrotechnical device out of order be set. The prerequisite for this, however, is that the laser beam emanating from the laser transmitter at all hits the target object. The laser can do this transmitter with the help of a sight or with moving targets with a tracking device are sufficient high - but absolutely less - accuracy be directed towards the goal or following the goal that the beam of the weapon laser a certain zone of the target. To damage or a Destruction of a vulnerable point in this zone of the To bring about the target object, however, it is necessary the laser beam and thus a corresponding energy for a certain exposure time, d. H. for the time, which is needed until it is damaged or destroyed, as closely as possible to the relevant position of the target object to keep jektes directed. The one on the target object hitting laser beam however z. B. as a result of Target movements, atmospheric turbulence, instability the laser medium or inaccuracies of the sighting or tracking device. Since the position of the Target object a diameter of a few depending on the application Centimeters up to the order of about 1 meter must be a target distance of e.g. B. 5 km the accuracy with which Target point can be kept much better than 0.02 mrad with a diameter of the beam impact point of 10 cm or 0.2 mrad with a diameter of 1 meter. This Exactly speed, especially the first mentioned value, is with conventional However, sight or target devices cannot be reached.

Durch die DE 27 57 585 A1 ist eine Einrichtung zum selbst tätigen Ausrichten eines Laserstrahles auf ein Ziel mit einem Empfänger bekannt, der einen Teil des vom Ziel reflektierten Laserlichtes auffängt und ein Empfangssignal liefert, und ferner eine im Laserstrahl angeordnete Richtvorrichtung und eine elektrische Einrichtung aufweist, die aus dem Empfangs signal Nachführsignale erarbeitet und diese derart auf die einen Spiegel umfassende Richtvorrichtung aufbringt, daß der Laserstrahl ständig auf das Ziel gerichtet bleibt. Bei der bekannten Einrichtung geht es also ganz allgemein darum, einen Laserstrahl überhaupt auf ein Ziel gerichtet zu halten. Davon, daß der auf das Ziel treffende Laserstrahl genau auf eine bestimmte Stelle des Zieles gerichtet werden soll, d. h. daß der auf dem Ziel auftreffende Laserstrahl einen Brennfleck erzeugen und in seiner diesen Brennfleck erzeugenden Position genau stabilisiert werden soll, ist bei der bekannten Einrichtung keine Rede.DE 27 57 585 A1 is a device for yourself aligning a laser beam with a target Known receiver, which is part of the reflected from the target Intercepts laser light and delivers a received signal, and furthermore a straightening device arranged in the laser beam and has an electrical device from the reception signal developed tracking signals and so on the a mirror comprising straightening device applies that the Laser beam stays focused on the target. In the well-known institution is generally about one To keep the laser beam aimed at a target at all. From that, that the laser beam hitting the target exactly on one certain point of the target is to be directed, d. H. that the create a focal spot on the target laser beam and exactly in its focal position is to be stabilized is in the known device no speech.

Die DE 24 26 844 betrifft eine Beobachtungs- und Zielvor richtung mit Lasersender und getastetem Wärmebildempfänger. Es geht hierbei um ein Wärmebildgerät zur Beobachtung eines Zieles mit einem starr mit dem Wärmebildgerät gekoppelten Lasersender, der das zu beobachtende Ziel beleuchten soll, wobei Beleuchtung und Beobachtung des Zieles in bestimmter Art und Weise derart aufeinander abgestimmt sind, daß das Gerät die Betriebsart "gestastetes Sehen" ermöglicht. Bei diesem bekannten Gerät wird der aus dem Laserresonator kreiszylinderförmig austretende Strahl durch gekreuzt angeordnete Zylinderlinsen aufge weitet und über den sich hin- und herbewegenden Abtastspiegel des Wärmebildgerätes auf das Ziel gerichtet, d. h. der vom sich bewegenden Abtastspiegel auf das Ziel abgelenkte Laserstrahl bewegt sich hin und her und erzeugt auf dem Ziel Beleuchtungs streifen. Ein solches Hin- und Herwandern des Laserstrahles auf dem Ziel soll aber gerade dann nicht ausgeführt werden, wenn der Laserstrahl zwecks Beschädigung oder Zerstörung des Zieles einen geeigneten Brennfleck erzeugen und auf diesen Brennfleck stabilisiert werden soll.DE 24 26 844 relates to an observation and target direction with laser transmitter and keyed thermal image receiver. It is about a thermal imaging device to observe a target with a laser transmitter rigidly coupled to the thermal imaging device, which is to illuminate the target to be observed, being lighting and observing the target in a certain way are coordinated that the device's operating mode "tactile vision" enables. In this known device the one emerging from the laser resonator in the shape of a circular cylinder Beam through crossed cylindrical lenses expands and over the reciprocating scanning mirror the thermal imager is aimed at the target, d. H. that of itself moving scanning mirror on the target deflected laser beam moves back and forth and creates lighting on the target streak. Such a back and forth movement of the laser beam but should not be executed on the target if the laser beam is used to damage or destroy the Aim to create a suitable focal spot and on top of it Focal spot to be stabilized.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, der eine gegenüber herkömmlichen Mitteln genauere Positionierung eines auf eine Stelle eines Zielobjektes gerichteten Laserstrahles ermöglicht.The invention is therefore based on the object of a way to show the one more precise than conventional means Positioning one on a place of a target object directed laser beam enables.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1 solved.

Die Erfindung geht davon aus, daß ein auf ein Zielobjekt gerichteter Laserstrahl die getroffene Stelle des Zielobjektes erwärmt, so daß ein Brennfleck entsteht, der thermische Strahlung aussendet, welche diesen Brennfleck von seiner Umgebung unterscheidet. Der Brennfleck ändert nun seine Position auf dem Zielobjekt infolge thermischer Trägheit der dort erhitzten Masse relativ langsam gegenüber dem z. B. aufgrund atmosphärischer Turbulenzen oder Instabilitäten des Lasermediums vom Brennfleck weg wandernden Laserstrahl. Bei dem erfindungs gemäßen Verfahren wird nun die thermische Strahlung des Brennflecks mit der Momentanlage des Laserstrahls auf dem Zielobjekt verglichen und zwar dadurch, daß ein Vergleich der Winkellage der Brennfleckstrahlung und der reflektierten Laserstrahlung des ausgewanderten Laserstrahls vorgenommen wird. Aus der Ablageinforma tion läßt sich ein Signal gewinnen, das den Lasersender nachsteuert und damit für die gewünschte Einwirkungs zeit den Brennfleck auf dem Zielobjekt mit der geforder ten Genauigkeit positioniert, d. h. in seiner Position genau stabilisiert.The invention assumes that a target object directed laser beam the hit point of the target object heated so that a focal spot is created, the thermal Radiation emits this focal spot from his Environment differs. The focal spot now changes its Position on the target due to thermal inertia there heated mass relatively slowly compared to the z. B. due to atmospheric Turbulence or instability of the laser medium from Focal spot wandering away laser beam. In the invention According to the method, the thermal radiation of the Focal spots with the momentary system of the laser beam compared to the target object in that a Comparison of the angular position of the focal spot radiation and the reflected laser radiation of the emigrated Laser beam is made. From the filing information tion can be obtained a signal that the laser transmitter readjusted and thus for the desired action time the focal spot on the target object with the required Positioned accuracy, d. H. in its position stabilized exactly.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform eines erfindungs gemäßen Verfahrens wird die Winkellage der thermischen Strahlung des Brennflecks und der vom Zielobjekt reflek tierten Laserstrahlung über einen Empfänger von einem Winkelsensor gemessen, wobei das Ausgangssignal des Win kelsensors einem Komparator zugeführt wird und dessen Ausgangssignal dem Lasersender zugeführt wird.In an expedient embodiment of a fiction According to the method, the angular position of the thermal Radiation from the focal spot and from the target object tated laser radiation via a receiver from one Angle sensor measured, the output signal of the Win kelsensors is fed to a comparator and its Output signal is fed to the laser transmitter.

Vorteilhafte Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Merkmalen der auf die Vorrichtung bezogenen Unteransprüche angegeben.Advantageous embodiments of a device for Implementation of the procedure are in the features of the dependent claims related to the device.

Dabei ist bei einer Ausführungsform einer erfindungsge mäßen Vorrichtung zur Ermöglichung des Vergleiches der beiden Winkellagen für die thermische Strahlung und für die reflektierte Laserstrahlung ein gemeinsamer Empfän ger mit einem Filter zur Trennung der beiden Strahlungs bereiche vorgesehen ist. Es ist aber auch möglicht, daß für die thermische Strahlung und für die reflektierte Laserstrahlung zwei getrennte Empfänger verschiedener Wellenlängenbereiche vorgesehen sind. In one embodiment, one is according to the invention according device to enable the comparison of the two angular positions for thermal radiation and for the reflected laser radiation is a common receiver ger with a filter to separate the two radiation areas is provided. But it is also possible that for the thermal radiation and for the reflected Laser radiation two separate receivers of different Wavelength ranges are provided.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren steuert das aus den beiden Winkellagen gewonnene Ablagesignal den La sersender nach. Es ist daher zweckmäßig, wenn zur Nach steuerung des Lasersenders geeignete auf den Lasersen der einwirkende Mittel vorgesehen sind. Hierzu ist bei einer ersten vorteilhaften Ausführungsform einer er findungsgemäßen Einrichtung der Lasersender auf einer von dem Komparatorausgangssignal steuerbaren Plattform angeordnet. Die Richtmittel zur Nachsteuerung des Laser senders können auch aus einer nachsteuerbaren Optik, z. B. einer adaptiven Optik bestehen, welche in den op tischen Pfad anstelle einer Plattform eingefügt und von dem Komparator angesteuert wird.In the method according to the invention, this controls filing signal obtained at the two angular positions the La sender after. It is therefore expedient if at night control of the laser transmitter suitable on the lasers the acting means are provided. This is at a first advantageous embodiment of a inventive setup of the laser transmitter on a platform controllable by the comparator output signal arranged. The straightening device for readjustment of the laser transmitters can also be made from a readjustable optics, e.g. B. exist an adaptive optics, which in the op table path instead of a platform and is controlled by the comparator.

Um bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Verän derung des Laserstrahls aufgrund atmosphärischer Tur bulenzen besser ermitteln, berücksichtigen und ausre geln zu können, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Lasersender und dem Komparator eine die Winkellage des Lasersendestrahls messende Winkelmeßeinrichtung vorge sehen ist. Damit wird dem Komparator auch ein Signal über die Winkellage des Lasersendestrahls zugeführt.To the changes in the device according to the invention change of the laser beam due to atmospheric door Better determine, take into account and correct margins To be able to apply, it is advantageous if between Laser transmitter and the comparator an the angular position of the Angle measuring device measuring laser transmission beam see is. This also sends a signal to the comparator supplied via the angular position of the laser transmission beam.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird gewöhnlich in Ver bindung mit einem Visiergerät angewandt, insbesondere bei beweglichen Zielobjekten. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Durch führung des Verfahrens die Empfänger und der Lasersen der mit einem Visiergerät gekoppelt sind. Als Visierge rät wird zweckmäßigerweise ein Zielverfolgungsgerät vorgesehen, wobei hierfür z. B. ein Radar-, ein IR- oder ein Fernsehgerät verwendet werden kann.The method according to the invention is usually described in Ver binding applied with a sight, in particular with moving target objects. For this it is advisable if in a device according to the invention management of the process, the receivers and the lasers which are coupled with a sight. As a sight advisable is a tracking device provided, z. B. a radar, an IR or a TV can be used.

Eine Vereinfachung des Aufbaus einer Einrichtung wird dadurch erzielt, daß die Empfänger und der Lasersender auf einer gemeinsamen Grob-Plattform angeordnet sind, die vom Visiergerät gesteuert wird.Simplifying the establishment of a facility will achieved in that the receiver and the laser transmitter are arranged on a common rough platform, which is controlled by the sighting device.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand einer in der Zeichnung schematisch in der Art eines Blockschaltbildes aufgezeigten Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher be schrieben.The method according to the invention is described below one in the drawing schematically in the manner of a Block diagram shown embodiment of a Means for carrying out the method closer wrote.

Die Einrichtung weist einen Lasersender LS auf, der mit Hilfe eines Visiergerätes, z. B. eines Zielverfolgungsge rätes ZV, auf ein sich z. B. in Richtung des eingezeich neten Pfeiles 5 bewegendes Zielobjekt ZO gerichtet wird. Dort trifft der vom Lasersender LS ausgesandte Laser strahl 1 auf eine Stelle des Zielobjektes ZO. Diese Stelle A erwärmt sich nun und wird daher auch als Brennfleck bezeichnet. Die sich erwärmende Stelle A sendet nun thermische Strahlung 2 aus, die ihn von seiner "kälteren" Umgebung unterscheidet. Dabei än dert der dort entstehende Brennfleck infolge thermischer Trägheit der auf dem Zielobjekt erhitzten Masse seine Position auf dem Zielobjekt relativ langsam, während die Laserstrah lung 1 z. B. aufgrund atmosphärischer Turbulenzen oder Ungenauigkeiten des Zielverfolgungsgerätes von dem Brennfleck A weg zu einer Stelle B auswandert (Laser strahl 1 a). Um nun den Laserstrahl möglichst genau für eine bestimmte Zeit, nämlich für die zu einer Zerstö rung oder Beschädigung der verwundbaren Stelle A erfor derliche Einwirkungszeit auf den Brennfleck gerichtet zu halten, wird nun die thermische Strahlung des Brenn flecks an der Stelle A mit der Momentanlage der Laserstrahlung auf dem Zielobjekt verglichen, indem ein Vergleich der Winkel lage der Brennfleckstrahlung 2 und der von der Stelle B reflektierten Laserstrahlung 3 vorgenommen wird. Hier zu besitzt die Einrichtung bei diesem Ausführungsbei spiel zwei getrennte Empfänger E 1 und E 2 verschiedener Wellenlängenbereiche, d. h. der Empfänger E 1 für die thermische Strahlung 2 der erwärmten Stelle A ist mit einem IR-Sensor ausge stattet und der Empfänger E 2 für die reflektierte La serstrahlung 3 ist auf deren Wellenlänge abgestimmt. Die Empfänger E 1 und E 2 sind jeweils auf einer Platt form P 1 bzw. P 2 angeordnet und führen die in elektri sche Signale umgewandelte jeweilige Strahlung jeweils einem Winkelsensor W 1 bzw. W 2 zu. Die Ausgangssignale dieser beiden Winkelsensoren werden einem Komparator K zugeführt, welcher die Winkellage Δ bildet. Dieses Komparatorausgangssignal Δ, d. h. der Differenzwert, wird dem Lasersender LS zugeführt und steuert diesen so nach, daß das Δ zu Null geregelt wird. Hierzu sind auf den Lasersender einwirkende Nachsteuerungsmittel 4 vorgesehen, die als von dem Komparatorausgangssignal steuerbare Plattform ausgebildet oder als Richtmittel im optischen Pfad, z. B. in Form einer nachsteuerbaren adaptiven Optik oder eines Richtspiegels, eingefügt sind. Außerdem ist zwischen dem Lasersender LS und dem Komparator K noch eine Winkelmeßeinrichtung W 3 ange ornet, welche die Winkellage des abgestrahlten Laser strahls 1 mißt und dem Komparator zuführt. Damit erhält der Komparator K außer der Information über die Winkel lage der thermischen Strahlung 2 des Brennflecks an der Stelle A eine Information sowohl über die Winkellage des Ortes, der vom Laserstrahl ge troffen werden soll als auch über die Winkellage des jenigen Ortes, der vom Laserstrahl tatsächlich getroffen wurde und von dem der Laserstrahl reflektiert wird, al so eine Information über den Sende- und den Reflexions winkel des Laserstrahles. Bei der Bildung des Kompara torausgangssignals Δ wird daher auch der tatsächliche Sendewinkel berücksichtigt.The device has a laser transmitter LS , which with the aid of a sighting device, for. B. a Zielvergangsungsge advises ZV on a z. B. is directed in the direction of the arrow 5 arrowed moving target object ZO . There the laser beam 1 emitted by the laser transmitter LS hits a point of the target object ZO . This point A now heats up and is therefore also referred to as a focal spot. The warming point A now emits thermal radiation 2 , which distinguishes it from its "colder" environment. The focal spot there changes due to thermal inertia of the mass heated on the target object, its position on the target object relatively slowly, while the laser beam processing 1 z. B. due to atmospheric turbulence or inaccuracies of the tracking device from the focal point A to a point B emigrates (laser beam 1 a) . In order to keep the laser beam as precisely as possible for a certain time, namely for the necessary time to destroy or damage the vulnerable point A , the thermal radiation of the focal point is now at point A with the momentary system of the Laser radiation compared on the target object by making a comparison of the angular position of the focal spot radiation 2 and the laser radiation 3 reflected by the point B. Here too the device in this embodiment has two separate receivers E 1 and E 2 of different wavelength ranges, ie the receiver E 1 for the thermal radiation 2 of the heated point A is equipped with an IR sensor and the receiver E 2 for the reflected one Laser radiation 3 is tuned to its wavelength. The receivers E 1 and E 2 are each arranged on a platform P 1 or P 2 and feed the respective radiation converted into electrical signals to an angle sensor W 1 or W 2 . The output signals of these two angle sensors are fed to a comparator K , which forms the angular position Δ . This comparator output signal Δ , ie the difference value, is fed to the laser transmitter LS and adjusts it so that the Δ is regulated to zero. For this purpose, readjustment means 4 acting on the laser transmitter are provided, which are designed as a platform which can be controlled by the comparator output signal or as a directional means in the optical path, for. B. are inserted in the form of a readjustable adaptive optics or a directional mirror. In addition, an angle measuring device W 3 is arranged between the laser transmitter LS and the comparator K , which measures the angular position of the emitted laser beam 1 and supplies the comparator. Thus, the comparator K receives, in addition to the information about the angular position of the thermal radiation 2 of the focal spot at point A, information about both the angular position of the location to be hit by the laser beam and the angular position of that location from the laser beam was actually hit and from which the laser beam is reflected, so information about the transmission and reflection angle of the laser beam. The actual transmission angle is therefore also taken into account in the formation of the comparator output signal Δ .

Claims

1. A method for accurately positioning a beam of a laser transmitter directed at a location of a target object, characterized in that both the angular position of the laser radiation ( 3 ) reflected by the target object (ZO) and the win cell position of the thermal radiation ( 2 ), which the made by the laser beam (1) and heated point (a) emits the target object (ZO), is measured and obtained by a comparison of these two angular positions, a deviation signal (Δ), which readjusts the Lasersen of (LS) and the laser beam (1) holds on the heated point (A) of the target object (ZO) .

2. The method according to claim 1, characterized in that the angular bearing of the thermal radiation ( 2 ) of the heated point (A) and the object (ZO) reflected laser radiation ( 3 ) via a receiver (E 1 , E 2 ) of an angle sensor (W 1 , W 2 ) is measured that the output signal of the angle sensor ( W 1 , W 2 ) is fed to a comparator (K) and that its output signal ( Δ ) is fed to the laser transmitter (LS) .

3. A device for performing the method according to claim 1, characterized in that a common receiver with a filter for separating the two radiation regions is provided for the thermal radiation ( 2 ) and for the reflected laser radiation ( 3 ).

4. Apparatus for performing the method according to claim 3, characterized in that two separate receivers (E 1 , E 2 ) of different wavelength ranges are provided for the thermal radiation ( 2 ) and for the reflected laser radiation ( 3 ).

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the receivers (E 1 , E 2 ) on a platform (P 1 , P 2 ) are arranged.

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the La sersender (LS) is arranged on a signal from the comparator output ( Δ ) controllable platform.

7. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that as a directional means for readjustment of the laser transmitter (LS) a readjustable optics, for. B. an adaptive optic is inserted into the optical path.

8. Device according to one of claims 3 to 7, characterized in that between the laser transmitter (LS) and the comparator (K) an the angular position of the laser transmission beam ( 1 ) measuring angle measuring device (W 3 ) is provided.

9. Device according to one of claims 3 to 8, characterized in that the receiver (E 1 , E 2 ) and the laser transmitter (LS) are coupled with a sight device.

10. The device according to claim 9, characterized in that a target tracking device (ZV) is provided as a sighting device.

11. The device according to claim 9 or 10, characterized in that the receiver (E 1 , E 2 ) and the laser transmitter (LS) are arranged on a common coarse platform, which is controlled by the sighting device (ZV) ge.