DE3421141A1 - Flugkoerper-identifikationssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugkörper-Identi­ fikationssystem mit einem Markierungsstrahler zur Steuerung des Flugkörpers von einer Bodenlenkanlage aus, wobei zur Identifizierung wellenlängenabhängige CCD-Sensoren für mehrere Wellenlängenbereiche verwen­ det werden.

Durch die DE-OS 31 24 716 ist eine Anordnung zur mehr­ spektralen Abbildung von Zielen bekanntgeworden, bei dem eine Optik auf einem ladungsgekoppelten Halblei­ terelement die Zielpunkte abbildet und jedes dieser Halbleiterelemente mit einer Vielzahl von Einzeldetek­ toren ausgestattet ist, die jeweils in zwei Teilberei­ che zusammengefaßt sind, die für unterschiedliche Wel­ lenlängen empfindlich sind, wobei die Ausgangssignale jedes Einzeldetektors einer Ladungstransferschaltung (CCD-Bereich) zugeführt werden. Alle bisher bekannten Flugkörper-Identifikationssysteme verwenden als Mar­ kierungslichtquelle sogenannte Glühstrahler, die abge­ sehen von der Begrenzung der Reichweite und der star­ ken Erwärmung im Heckteil des Flugkörpers auch den Nachteil haben, daß keine Identifizierbarkeit gegen andere Störlichtquellen gegeben ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrun­ de, ein Flugkörper-Identifikationssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem nicht nur eine Störstrahlunterdrückung in einfacher und zuverlässi­ ger Weise ermöglicht wird, sondern auch gleichzeitig eine Kodierungserkennung geschaffen ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 niedergelegten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert und in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 den Aufbau des Markierungsstrahlers im Flugkör­ per,

Fig. 2 das Flugkörper-Ortungssystem mit Spektral- und Zeit-Identifikation in einem Blockschaltbild.

Die in Fig. 1 gezeigte schematische Darstellung eines Flugkörpers 10, der von einer Bodenlenkanlage 20 ge­ steuert wird, weist eine von einem Zeitcodegenerator 16 und einem Blitzimpulsgenerator 15 gesteuerte Licht­ quelle 11 auf, die als sogenannte Xenon- oder Kryp­ ton-Kurzbogen-Entladungslampe ausgebildet ist, d. h. eine Edelgas-Hochdrucklampe (bevorzugt Kurzbogen), die gepulst betrieben wird. Bei diesen Lampen wird et­ wa die Hälfte der gesamten emittierten Strahlung als Linienstrahlung abgegeben, die beispielsweise bei Xe­ non-Lampen im Bereich zwischen ca. 820 bis 840 nm und ca. 880 bis 900 nm liegt und bei Bedarf die Strahlung im sichtbaren Bereich durch zusätzliche Adsorptions­ filter eliminiert wird. Das Licht dieser Lampe wird nun beispielsweise mit Hilfe eines aus einem Hohlspie­ gel 12 und einer Linse 13 bestehenden optischen Sy­ stems gebündelt und in einem kleinen Raumwinkel ϕ - dem Abstrahlwinkel - zur Flugkörper-Bodenlenkanlage 20 abgestrahlt.

Der Abstrahlwinkel ist entweder fest oder er ändert sich nach einer vorgegebenen Funktion abhängig von der Flugkörper-Entfernung zur Erzielung größerer Flug­ körper-Reichweiten. Das optische System zur Bündelung ist entweder starr im Flugkörper angeordnet oder es entfaltet sich während dessen Fluges. Die Lichtab­ strahlung erfolgt nun

• a) gepulst mit konstanter mittlerer Strahlungslei­ stung,
• b) gepulst mit konstanter mittlerer Impulsrate, je­ doch mit flugkörperentfernungsabhängiger Impulslei­ stung,
• c) gepulst mit konstanter mittlerer Impulsleistung, jedoch mit flugkörperentfernungsabhängiger Impuls­ rate.

Um nun die Identifizierung des Flugkörpers unter ei­ ner Vielzahl von verschiedenen Lichtquellen absolut sicher zu gewährleisten, sind einzeln oder in Kombi­ nation, eine spektrale und eine zeitliche Identifika­ tion in der Bodenlenkanlage 20 vorgesehen.

Im Gegensatz zu den Glühstrahlern (Planck′sche Strah­ ler), wie beispielsweise das Sonnenlicht, brennendes Material, Leuchtsätze etc., die im Wellenlängenbe­ reich zwischen 800 bis 900 nm nur eine geringfügige Abhängigkeit der Emission von der Wellenlänge zeigen, besitzt die Strahlung einer Edelgas-Hochdrucklampe - hier im Beispiel eine Xenon-Kurzbogenlampe 11 - ei­ ne Strahlung, deren Hauptmaxima bei ca. 820 nm und 880 nm liegen und ein starkes Minimum bei ca. 850 nm aufweist. Bei der spektralen Identifikation wird die Strahlung I _max der Lichtquellen im Wellenlängenbe­ reich eines der beiden Hauptmaxima und die Strahlung I _min im Bereich des Minimums bestimmt. Durch eine ein­ fache Auswertearithmetik-Differenz-, Quotientenbil­ dung etc., läßt sich ein Objekt mit Xenon-Strahlung also leicht und zuverlässig von Objekten Planck′scher Strahlung trennen bzw. unterscheiden, es ist also ei­ ne einwandfreie spektrale Identifikation erreicht.

Bei der zeitlichen Identifikation sieht die Erfindung vor, daß der Flugkörper 10 von der Bodenlenkanlage 20 lediglich von einer elektronischen Kamera verfolgt wird. In der gezeichneten Ausführungsform wird diese Kamera durch CCD-Flächenarrays dargestellt, deren Pho­ tosensoren eine Integrationszeit pro Bild aufweisen, die groß gegen die Blitzzeit des Flugkörper-Markie­ rungsstrahlers ist. Typische Werte für die Integra­ tionszeit liegen bei 40 msec und für die Blitzzeit bei 1 msec. Um nun den Flugkörper sicher zu verfolgen ist es erforderlich, daß pro Bild mindestens ein Lichtblitz registriert wird, wobei es zunächst zur Bilderzeugung gleichgültig ist, wann dieser Licht­ blitz registriert wird, beispielsweise zu Beginn, in der Mitte oder gegen Ende der Integrationszeit. Die­ ser Freiheitsgrad wird nun beim zeitlichen Identifi­ kationsverfahren ausgenützt, wobei der Flugkörper 10 zu beliebig vorprogrammierten Zeitpunkten Lichtblitze aussendet. Dieser Zeitcode ist sowohl dem Flugkörper als auch der Bodenlenkanlage 20 bekannt, d. h. in ih­ nen gespeichert. In der Bodenlenkanlage 20 wird je­ weils nur das Licht innerhalb der schmalen Zeitfen­ ster der Breiten von den Sensoren 26, 27, 28 regi­ striert. Die Zeitfenster werden entweder mit mechani­ schen Mitteln - beispielsweise Blenden - oder elektro­ nischen Mitteln - wie beispielsweise elektronischen Verschlüssen in Form von gepulst betriebenen Bildver­ stärkern oder Flüssigkristall-Blenden - realisiert.

Zur eindeutigen Identifikation des Flugkörpers ist es daher nur mehr erforderlich, in der Bodenlenkanla­ ge 20 zu überprüfen, ob das von einer Lichtquelle emittierte Licht zu den vereinbarten Zeitpunkten ge­ mäß des Zeitcodes aufgetreten ist oder auch zwischen den definierten Zeitfenstern. Im ersten Fall handelt es sich um den gesuchten Flugkörper, im letzteren um eine Störlichtquelle.

Die Fig. 2 der Zeichnung zeigt nun ein Ausführungs­ beispiel einer Bodenlenkanlage für den Flugkörper, deren Ortungssystem als Spektral- und Zeit-Identifika­ tionssystem ausgebildet ist. Wie vorstehend schon aus­ geführt, liefert eine Xenon-Kurzbogen-Entladungslampe 11 im Flugkörper 10 Lichtblitze 21 im Takt des Zeit­ codegenerators 16. Die Entladungslampe 11 ist zwi­ schen einem Hohlspiegel 12 und einer Linse 13 gela­ gert, wodurch der Lichtblitz 21 gebündelt wird (Ab­ strahlwinkel ϕ). Eine Positioniereinheit 14 verändert diesen Abstrahlwinkel in Abhängigkeit von der Flug­ körper-Lenkanlagenentfernung. Beim Abschuß eines Flug­ körpers werden die Zeitcodegeneratoren 16 des Flugkör­ pers 29 und der Bodenlenkanlage 20 synchronisiert.

Mit Hilfe der Eingangsoptik 22 der Bodenlenkanlage 20 wird das Gebiet, in dem sich der Flugkörper 10 be­ wegt, samt allen Störlichtquellen auf drei Sensoren 26, 27, 28 gleichzeitig abgebildet. Diese Sensoren bestehen in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel aus einem Bildverstärker (Microkanalplatte MCP) mit daran angekoppeltem CCD-Sensor. Die MCP hat dabei nur die Funktion eines schnellen optischen Verschlusses. Durch Anlegen einer Spannung aus den MCP-Treibern 30, 31 werden die MCP funktionsfähig gemacht, während das angekoppelte CCD-Glied die innerhalb dieser Zeit auf die MCP fallende Lichtstrahlung 21 registriert.

Den Filtern 24 und 25 sind Strahlteiler 23 a, b, c zugeordnet. Hierbei ist das Filter 24 im Spektralbe­ reich der Strahlungsmaxima der Blitzlicht-Linienstrah­ lung 21 durchlässig und zeigt bei anderen Strahlungen eine hohe Absorption. Das Filter 25 ist so gewählt, daß der eine hohe Durchlässigkeit im Bereich des Emis­ sionsminimums zwischen den Emissionsmaxima der Blitz­ lichtlampenstrahlung 21 hat, während es in den übri­ gen Fällen undurchlässig ist.

Vom MCP-Driver 31 werden zu den Zeitpunkten t _i der erwarteten Lichtblitze nur die MCP-CCD-Sensoren 27 und 28 eingeschaltet, der Sensor 26 jedoch ausgeschal­ tet. In den Zeitintervallen, in denen keine Lichtblit­ ze vom Flugkörper zu erwarten sind, ist es umgekehrt, da ist der Sensor 26 eingeschaltet und 27, 28 ausge­ schaltet. Alle drei Sensoren 26, 27, 28 werden paral­ lel ausgelesen und deren Signale verstärkt und zur Flugkörper-Identifikation verarbeitet, beispielsweise logarithmiert. Hierzu dient die Auswerteinheit 40, die in einem Blockschaltbild schematisch skizziert ist. Handelt es sich nun bei einem registrierten Lichtpunkt um den Flugkörper 10, dann gilt für das Ausgangssignal am Subtrahierer 1 B-A»0 und im Fall eines Planck′schen Störstrahlers B-A≅0. Der Diskri­ minator 1 erzeugt ein digitales Ausgangssignal und zwar "1" für die Flugkörperstrahlung und "0" für Planck′sche Strahlung.

Um nun den Flugkörper sicher von fremder Xenon-Stör­ strahlung zu unterscheiden, erzeugt der Substrahierer 2 ein Ausgangssignal A-B, wobei folgende Beziehung gilt:

A-B≅0wenn Strahlung außerhalb der de­ finierten Zeitintervalle regi­ stiert wurde, A-B«0für den Flugkörper

Der Diskriminator 2 erzeugt ein digitales Ausgangssi­ gnal und zwar "1" für den Flugkörper bei korrektem Zeitcode und "0" bei Störstrahlung bzw. bei inkorrek­ tem Zeitcode.

Mit Hilfe des UND-Gatters und des Video-Schalters wird aus dem Bild des MCP-CCD-Sensors 27 ein Videosignal zur Weiterverarbeitung erzeugt, bei dem alle Lichtquel­ len, die nicht im vereinbarten Zeitcode gesendet haben und deren Strahlung nicht der spektralen Charakteri­ stik der Blitzlichtstrahlung entsprachen, ausgeblen­ det. Damit ist ein Höchstmaß an Störsicherheit zur Flugkörper-Identifizierung erreicht und dies bei größ­ ter Flugkörper-Reichweite und mit geringstem Energie­ verbrauch des Flugkörper-Markierungsstrahlers.

Die Anzahl der Sensoren 26, 27, 28 kann nun auf einen einzigen Sensor reduziert werden, wenn ein solcher ent­ sprechend der Patentanmeldung 31 19 184.3 verwendet wird und die Aufnahme der Bilder in den beiden Spek­ tralbereichen im Zeitmultiplexverfahren durchgeführt wird, wobei für das jeweilige Bild ein digitaler Bildspeicher verwendet wird.

Claims (7)

1. Flugkörper-Identifikationssystem mit einem Mar­ kierungsstrahler zur Steuerung des Flugkörpers von ei­ ner Bodenlenkanlage aus, wobei zur Identifizierung wellenlängenabhängige CCD-Sensoren für mehrere Wellen­ längenbereiche verwendet werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Flugkörper-Markie­ rungsstrahler mit einer Edelgas-Hochdrucklampe (11) versehen ist, die von einem Zeitcodegenerator (29) programm- bzw. zeitgesteuerte Lichtblitze (21) über ein optisches System zur Lichtbündelung (12, 13, 14) abstrahlt und deren Spektrum und/oder zeitcodiertes Eintreffen in der Bodenlenkanlage (20) zur eindeuti­ gen Identifikation des Flugkörpers (10) dient.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Flugkörper-Verfolgung in der Bodenlenkanlage (20) eine elektronische Kamera (CCD-Flächenarray) angeordnet ist, deren Photosenso­ ren eine Integrationszeit pro Bild aufweisen, die groß gegen die Blitzzeit des Flugkörper-Markierungs­ strahlers ist.

3. System nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Edelgas-Hoch­ drucklampe (11) eine Xenon-Kurzbogen-Entladungslampe verwendet wird.

4. System nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System zur Lichtbündelung aus einem Hohlspiegel (12) und ei­ ner Linse (13) sowie einer Positioniereinheit (14) be­ steht.

5. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Identifikation in der Bodenlenkanlage (20) der Eingangsoptik (22) drei aus einem Bildverstärker und einem daran angekoppelten CCD-Sensor gebildete Emp­ fangssensoren (26, 27, 28) zugeordnet sind.

6. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Identifikation in der Bodenlenkanlage (20) der Eingangsoptik ein im Spektralbereich der Strahlungsma­ xima der Blitzlampen-Linienstrahlung durchlässiger Filter (24) und ein im Bereich des zwischen den Emis­ sionsmaxima liegenden Emissionsminimums durchlässiger Filter (25) zugeordnet ist.

7. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flugkörper-Identifikation in der Bodenlenkanlage (20) die Bildverstärker als elektrooptische Verschlüs­ se verwendet werden, die zeitsynchron zu den pro­ gramm- bzw. zeitgesteuerten Lichtblitzen des Flugkör­ pers geöffnet bzw. geschlossen werden.