DE3444473C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erkennung von Seezielen für ein niedrig fliegendes Fluggerät mit Hilfe eines optischen Entfernungs­ messers mit einem in Flugrichtung schräg nach unten gerichteten, gebün­ delten Meßstrahl.

Die Erkennung und Lokalisierung von kleineren Seezielen von einem hori­ zontal in geringer Höhe über der Wasseroberfläche fliegenden Fluggerät, wobei es sich hierbei ebensogut um einen Flugkörper wie um ein bemanntes Flugzeug handeln kann, wird in bekannter Art, wie beispielsweise in der US-PS 43 25 066 beschrieben, mit Hilfe seitlich und/oder vorwärts su­ chenden Radaranlagen oder auch mit Laserstrahlen durchgeführt. Bei hohem Wellengang sind kleinere Seeziele mit derartigen Geräten nur noch dann aufzuspüren, wenn diese sich auf dem Rücken der Wellenberge befinden. Es besteht damit das Risiko, ein sich in einem Wellental befindendes Ziel zu überfliegen, ohne daß gewünschte Bekämpfungsmaßnahmen zum passenden Zeitpunkt eingeleitet worden sind.

Aus der DE 32 25 474 A1 ist ein in Flugrichtung schräg nach unten mes­ sendes und in einem großen Entfernungsbereich mit hoher Auflösung ar­ beitendes Verfahren zur Zielerkennung bekanntgeworden, welches anhand der Impulsform der reflektierten Meßstrahlen zu erkennen vermag, ob es sich um eine Reflexion von einer horizontalen oder von einer vertikalen Zielfläche handelt. Mit einem solchen Meßverfahren würden bei der Detek­ tion von Seezielen jede steile Wellenflanke als Ziel identifiziert wer­ den, so daß eine sinnvolle Unterscheidung zwischen Zielen und Störgrößen nicht gewährleistet ist. Außerdem muß bei diesem Verfahren der zur Mes­ sung verwendte Laserstrahl senkrecht zur Flugrichtung um einen bestimm­ ten Winkel mit Hilfe einer Scaneinrichtung geschwenkt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Er­ kennung kleiner Seeziele bei hohem Wellengang zu schaffen, die mit hoher Sicherheit besonders in Wellentälern befindliche Ziele von Störgrößen, wie beispielsweise der Struktur der Wellenkämme, zu unterscheiden vermag.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Meßeinrichtung mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen gemäß des Hauptanspruches gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen bezüglich der Auswerteschaltung er­ gibt sich aus den Merkmalen des Unteranspruches.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Beispiel einer Auswerteschaltung für eine Einrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2a einen Flugweg eines mit der Einrichtung ausgerüsteten Fluggerä­ tes über zwei Ziele und die sich dabei ergebenen Meßstrahlen;

Fig. 2b die sich aus den Meßstrahlen in Fig. 2a ergebenden, in willkür­ lich gewähltem Amplitudenmaßstab dargestellten Entfernungsmeß­ signale;

Fig. 2c und 2d die daraus entstehenden Ausgangssignale der Filter in der Auswerteschaltung.

In der Fig. 2a ist ein Flugkörper 1 dargestellt, der unter Beibehaltung einer niedrigen Flughöhe einen etwa horizontalen Flugkurs 2 über der schematisiert gezeichneten Meeresoberfläche M mit hohem Seegang einhält. Der Flugkörper 1 enthält einen optischen Entfernungsmesser EM, dessen Meßstrahl S um den Winkel β zur Flugrichtung 2 nach unten geneigt ist. Der Entfernungsmesser EM wird, wie in der Auswerteschaltung 3 in Fig. 1 dargestellt, von einem Taktgeber TAKT angesteuert und führt somit längs seines Flugweges 2 periodisch Messungen durch. Die daraus erhaltenen Entfernungsmeßwerte sind ein Maß für die Laufzeiten der reflektierten Meßstrahlen S vom Flugkörper auf die durch den hohen Seegang modulierte Meeresoberfläche M und die möglicherweise vorhandenen Ziele Z.

Die Fig. 2b zeigt in willkürlich gewähltem Amplitudenmaßstab die zeit­ lich nacheinander erhaltenen Entfernungssignale, die in der Fig. 1 als Ausgangssignale 10 des Entfernungsmessers EM auftreten und in den Halte­ speicher HSO geleitet werden. Dessen Ausgangssignal 11, das die Signal­ form einer Treppenkurve aufweist, durchläuft anschließend die beiden parallel geschalteten Filter F 1 und F 2, die unterschiedliche Zeitkon­ stanten aufweisen. Die Filter F 1 und F 2 sind als Tiefpässe ausgelegt, deren Grenzfrequenzen sich etwa um den Faktor 2,5 unterscheiden. Die Ausgangssignale 12 und 13 sind in den Fig. 2c und 2d dargestellt. Diese Signale werden nun im Takt des Taktgebers TAKT abwechselnd in zwei Speicher eingespeist. Beim Filter F 1 sind dies die Haltespeicher HS 10 und HS 11, beim Filter F 2 die Haltespeicher HS 20 und HS 21. Somit enthält jeweils ein Speicher pro Filter den aktuellen Ausgangswert, während der andere den vorherigen Ausgangswert aufweist. Die nachgeschalteten Sub­ trahierer SUB 1 und SUB 2 ermitteln dann jeweils die Differenz zwischen den in HS 10 und HS 11 beziehungsweise HS 20 und HS 21 gespeicherten Werten.

Die Schwellwertschalter SW 1 und SW 2 liefern an ihren jeweiligen Ausgän­ gen 16, 17 den logischen Wert "1", falls am zugehörigen Eingang ein Differenzsignal 14, 15 anliegt, dessen Absolutbetrag den eingestellten Schwellwert übersteigt, sonst den logischen Wert "0". Die Schwellwerte der Schwellwertschalter SW 1 und SW 2 können, angepaßt an die Zeitkonstan­ ten des jeweils zugehörigen Filters, individuell gewählt werden.

In den Fig. 2c und 2d sind diejenigen Sprünge in den Ausgangssignalen der Filter F 1 und F 2, die die jeweils eingestellten Schwellwerte über­ schreiten, durch Pfeile mit dem Symbol X gekennzeichnet. Man erkennt, daß jeweils nach dem Überstreichen des Meßstrahles S über eines der Zielobjekte Z - und nur dann - bei genau einem der gefilterten Signale die Differenzschwelle überschritten wird. Daher vereinfacht sich die Verknüpfung der Ausgänge der Schwellwertschalter SW 1 und SW 2 auf ein einfaches EXOR-Gatter. Die Orte, an denen ein Zielerkennungssignal AUS auftritt, sind in der Fig. 2 durch Dreiecke ∇ markiert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach der Erfindung kann eine feinere Differenzierung bei der Auswertung der Entfernungsmessersignale dadurch erreicht werden, daß parallel eine größere Anzahl von Filtern dem Haltespeicher HSO nachgeschaltet werden, an deren Ausgängen wie­ derum, wie bereits beschrieben, Subtrahierer und Schwellwertschalter an­ geschlossen sind, deren Ausgänge in einer Bewertungslogik zu einem Ziel­ erkennungssignal AUS zusammengefaßt werden.

Die Signalfilter haben jeweils unterschiedliche Charakteristiken, wobei allen gemeinsam ist, daß die durch Wellengänge verschiedener Art hervor­ gerufenen Schwankungen des Entfernungsmeßsignals im Durchlaßbereich lie­ gen. Höherfrequente Entfernungsschwankungen, die von Zielobjekten her­ rühren, werden von den Filtern teilweise unterdrückt. Die den Filtern nachgeschalteten Subtrahierer vergleichen im Takt der Abtastfrequenz des Taktgebers TAKT die aufeinanderfolgenden Werte des Meßsignals, die in den Haltespeichern als aufeinanderfolgende Werte der gefilterten Signale festgehalten sind, miteinander und geben den Absolutbetrag der Differenz an den jeweiligen Schwellwertschalter weiter. Übersteigt dieser Betrag den an der betreffenden Schwelle eingestellten Wert, so liefert der Schwellwertschalter beispielsweise den logischen Wert "1" an die Bewer­ tungslogik. Die Bewertungslogik ist so gestaltet, daß sie bei Anliegen von zu vielen und auch von zu wenigen Schwellensignalen kein Ausgangs­ signal erzeugt, in den dazwischen liegenden Fällen jedoch ein Ausgangs­ signal bereitstellt. Zu viele "1"-Werte am Eingang der Bewertungslogik bedeuten im obigen Beispiel das Überfliegen eines Wellenkammes, zu weni­ ge eine wenig strukturierte Oberfläche. Die dazwischen liegenden Fälle werden als gesuchtes Zielobjekt interpretiert.

Abschließend werden die Unterschiede zum Stand der Technik zusammenge­ faßt:

Der optische Entfernungsmesser weist einen scharf gebündelten Meßstrahl auf, dessen Richtung zu der Hauptachse des Fluggerätes einen konstanten Winkel einschließt und im Gegensatz zum üblichen Radar keine azimutalen Schwenkbewegungen ausführt und auch nicht, wie bei einem Höhenmesser, etwa senkrecht nach unten gerichtet ist. Pro Meßtakt fällt also nur ein einziger Meßwert an.

Die Meßschaltung detektiert Seeziele auch bei hohem Wellengang. Hier­ unter soll verstanden werden, daß die vom Fluggerät abgewandten Wellen­ flanken eine größere Neigung gegenüber der Horizontalen aufweisen als der Meßstrahl. In diesem Fall weist der Verlauf der periodisch anfallen­ den Entfernungswerte eine Sägezahnform auf (linker Teil von Fig. 2b), wobei die Entfernungssprünge jeweils beim Überstreichen eines Wellen­ kammes beim Auftreffen auf der Flanke der nächsten Welle entstehen. Zu­ sätzlich treten Entfernungssprünge beim Überstreichen des Zieles auf, jedoch sind diese, insbesondere wenn sich das Ziel zwischen zwei Wellen­ kämmen befindet und ein Direkttreffer nicht erzielt werden kann, von ge­ ringerer Höhe als die obengenannten. Da der vom Sensor wahrgenommene Abstand der Wellenkämme besonders in Abhängigkeit von der jeweiligen Flugrichtung des Fluggerätes stark schwanken kann, wird zweckmäßigerwei­ se eine Mehrkanalanordnung verwendet, wobei jeder Kanal ein Tiefpaßfil­ ter mit individueller Zeitkonstante und eine der Zeitkonstanten jeweils angepaßte nachfolgende Schwelle aufweist. Die Verwendung von Tiefpaßfil­ tern bezweckt einerseits die Unterdrückung von Störungen, wie zum Bei­ spiel Spritzwasser, andererseits auch eine Gewichtung der wahrgenommenen Entfernungssprünge in Abhängigkeit von den jeweiligen Zeitkonstanten, wodurch schließlich durch logische Verknüpfung Zielobjekte von Wellen­ kämmen unterschieden werden können.

Die aus dieser erfindungsgemäßen Einrichtung resultierenden Vorteile bestehen darin, daß eine Einrichtung zur Erkennung von kleineren See­ zielen bei hohem Wellengang geschaffen wurde, die eine sichere Unter­ scheidung zwischen Wellenkämmen und gesuchten Zielobjekten ermöglicht und die bei Bedarf auch den sonstigen Zielsuch- und Sensoreinrichtungen eines Fluggerätes zugeschaltet werden kann.

Claims (2)

1. Einrichtung zur Erkennung von Seezielen für ein niedrig fliegen­ des Fluggerät mit Hilfe eines optischen Entfernungsmessers mit einem in Flugrichtung schräg nach unten gerichteten, gebündelten Meßstrahl, da­ durch gekennzeichnet, daß im Fluggerät (1) ein an sich bekannter optischer Entfernungsmesser (EM) so angeordnet ist, daß dessen gebündelter Meßstrahl (S) um einen bestimmten Winkel (ß) zur Flugrich­ tung (2) fest nach unten gerichtet ist, und daß das Ausgangssignal (10) des vom Taktgeber (TAKT) angesteuerten optischen Entfernungsmessers (EM) zu einem Haltespeicher (HSO) geleitet wird, dessen Ausgangssignale (11) gleichzeitig auf die Eingänge eines ersten und eines zweiten Filters (F 1, F 2), die verschiedene Zeitkonstanten aufweisen, geführt werden, deren Ausgangssignale (12, 13) im Takt des Taktgebers (TAKT) jeweils alternierend auf einen ersten und einen zweiten Haltespeicher (HS 10), HS 11 bzw. HS 20, HS 21) geschaltet werden, wobei einerseits die Ausgangs­ signale der Haltespeicher (HS 10, HS 11) des ersten Filters (F 1) voneinan­ der im ersten Subtrahierer (SUB 1) abgezogen und über einen ersten ein- stellbaren Schwellwertschalter (SW 1) auf den einen Eingang eines Zwei­ fach-EXOR-Gliedes (EXOR) geführt werden und andererseits die Ausgangs­ signale der Haltespeicher (HS 20, HS 21) des zweiten Filters (F 2) vonein­ ander im zweiten Subtrahierer (SUB 2) abgezogen und über einen zweiten einstellbaren Schwellwertschalter (SW 2) auf den zweiten Eingang des Zweifach-EXOR-Gliedes (EXOR) geführt werden, dessen Ausgangssignal (AUS) zur Auslösung weiterer Funktionen verwendbar ist, und wobei der vom Taktgeber (TAKT) erzeugte und über ein Zeitverzögerungsglied (Δ t) ge­ führte Takt (18) zur Ansteuerung der beiden Subtrahierer (SUB 1, SUB 2), der beiden Schwellwertschalter (SW 1, SW 2) und des Zweifach-EXOR- Gliedes (EXOR) dient.

2. Einrichtung zur Erkennung von Seezielen nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (11) des Haltespeichers (HSO) auf eine Vielzahl von parallel geschalteten Filtern (F 1, . . . Fn), die unterschiedliche Zeitkonstanten aufweisen, geschaltet werden, wobei die Ausgänge der Filter (F 1, . . . Fn) wiederum über jeweils zwei parallele Haltespeicher, deren Ausgangssignale voneinander sub­ trahiert werden, auf Schwellwertschalter geführt werden, deren Ausgänge miteinander verknüpft werden.