DE3602456A1 - Zielverfolgungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zielverfolgungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die gattungsgemäßen Einrichtungen, wie etwa aus der EP-OS 79 684 bekannt, weisen einen gegenüber der Längsachse des Lenkflugkörpers verschwenkbaren Suchkopf auf, um das Zielgebiet nach einem anzu­ steuernden Ziel absuchen und nach Zielauffassung eine etwaige Änderung der Zielablagerichtung bezüglich der Längsachse des Flugkörpers bestimmen zu können, so daß der Flugkörper nach den Regeln der Pro­ portionalnavigation auf Zielkollisionskurs gesteuert werden kann.

Der mechanische und elektromechanische Aufwand für einen gegenüber der Flugkörper-Längsachse verschwenkbaren Suchkopf ist allerdings überaus groß; dieser Aufwand kann die Hälfte der Gesamtkosten eines einfachen Lenkflugkörpers leicht erheblich übersteigen. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine preisgünstig erstellbare und dennoch funktionstüchtige Einrichtung gattungsgemäßer Art zu schaffen, die insbesondere zum Einsatz in technologisch einfach ausgestatteten Lenkflugkörpern geeignet ist, um deren Gesamtkosten entscheidend senken zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die gattungsgemäße Einrichtung gemäß dem Kennzeichen des An­ spruches 1 ausgelegt ist.

Nach dieser Lösung wird das Zielgebiet in herkömmlicher Weise spiral­ förmig zur Zielsuche und Zielverfolgung abgetastet, ohne hierfür eines verschwenkbaren Suchkopfes (oder eines rotierenden Flugkörpers mit geneigt eingebauter Sensorcharakteristik) zu bedürfen, da der strahlungsdurchlässige Fensterbereich, der sich aus der Überlappung der beiden Schlitzblendenscheiben ergibt, periodisch spiralförmig über die optisch wirksame Ebene der Linsenanordnung wandert und somit Energiestrahlen längs der Erzeugenden einer Kegelmantelfläche mit variablem Kegelöffnungswinkel über die Linsenanordnung auf den Detektor gebrochen werden. Aus der Momentanstellung des Fenster­ bereiches bei Aufnahme von Strahlungsenergie mittels des Detektors ergibt sich deshalb die momentane Ablagerichtung des anzugreifenden Zieles bezogen auf die Richtung der Längsachse des Lenkflugkörpers, woraus ohne weiteres in herkömmlicher Weise die Lenkinformation zur Steuerung des Lenkflugkörpers nach der Proportionalnavigation ableitbar ist.

Eine Anpassung des Such-Gesichtsfeldes an die Gegebenheiten der Zielannäherung ist einfach über eine Brennweiten-Variation der Linsen­ anordnung möglich. Ein kleineres Gesichtsfeld kann mit größerer Periodizität abgetastet werden, die durch eine Vergrößerung der Differenz der Drehgeschwindigkeiten der beiden Schlitzscheiben leicht realisierbar ist. Hierfür kann das Verhältnis der beiden Drehgeschwindig­ keiten unverändert beibehalten bleiben, also ein Getriebe mit konstantem Übersetzungsverhältnis Anwendung finden, indem einfach über den Antriebsmotor eine der beiden Getriebe-Ausgangsdrehzahlen verändert, beispielsweise die kleinere Drehzahl vergrößert wird; dem wegen des festen Übersetzungsverhältnisses des Getriebes dann die andere Drehzahl entsprechend folgt.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammen­ fassung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark vereinfacht skizzierten bevor­ zugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. Es zeigt:

Fig. 1 eine Zielverfolgungseinrichtung im Kopfbereich eines Lenkflugkörpers in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine Blenden-Scheibe mit linear-radialem Schlitz,

Fig. 3 eine Blenden-Scheibe mit spiralförmig verlaufendem Schlitz,

Fig. 4 eine Momentanstellung der beiden Schlitze nach Fig. 2 und Fig. 3, an ihrer Kreuzungsstelle einen Durchlaß- oder Fensterbereich definierend,

Fig. 5 einen Lenkflugkörper gemäß Fig. 1 mit großem Ziel­ such-Öffnungswinkel zwischen der Flugkörper-Längs­ achse und dem Strahlengang durch seine Linsenan­ ordnung und

Fig. 6 einen Lenkflugkörper gemäß Fig. 5, jedoch nach Zielauffassung mit kleinem Öffnungswinkel zur Vor­ halt-Zielverfolgungs-Steuerung (Proportionalnavi­ gation).

Ein Lenkflugkörper 1 gemäß Fig. 1 weist einen starren Suchkopf 2 auf. In diesem ist ein Detektor 3 angeordnet, der zur Umwandlung von Energie in einem bestimmten Strahlungsspektrum, vorzugsweise von Infrarot-Energie, in elektrische Signale ausgelegt ist. In Flug­ richtung vor dem Detektor 3 ist eine Linsenanordnung 4 mit unter­ schiedlich einstellbarer Brennweite (sogenannte Zoom-Linsenanordnung) konzentrisch mit dem Flugkörper 1 und dem Detektor 3 angeordnet. Die Brennweite kann über eine Stelleinrichtung (nicht dargestellt) stufenlos veränderbar vorgesehen sein; grundsätzlich genügt aber auch eine diskontinuierliche Verstellbarkeit zwischen bestimmten Brennweiten und sogar eine Umschaltmöglichkeit zwischen nur zwei definierten Brennweiten.

In Flugrichtung vor der Linsenanordnung 4 sind voreinander zwei Blenden-Scheiben 5, 6 angeordnet, die um die gemeinsame Achse 7 des Flugkörpers 1, der Linsenanordnung 4 und des Detektors 3 verdrehbar gelagert sind. Für den Drehantrieb sind die Blendenscheibe 5 im dargestellten Beispielsfalle über eine Welle 8 und die andere Blenden­ scheibe 6 über eine damit koaxiale Hohlwelle 10 mit einem Getriebe 9 verbunden, welches seinerseits mittels eines Motors 11 angetrieben wird. Die Wellen 8 bzw. 10 und damit die Scheiben 5 bzw. 6 werden mit unterschiedlichen Drehzahlen n 5, n 6 (also mit einer Drehzahl­ differenz n 5-n 6=dn) angetrieben (wobei grundsätzlich eine der Drehzahlen n auch den Wert Null aufweisen könnte).

Die Scheiben 5, 6 weisen zueinander unterschiedliche nicht-konzentrisch verlaufende strahlungsdurchlässige Bereiche mit (in achsparalleler Sicht) einer gegenseitigen Kreuzungsstelle dieser Bereiche auf. Im dargestellten Beispielsfalle weist die Blendenscheibe 5 einen linear radial verlaufenden Schlitz 12 (Fig. 2) und die andere Blenden­ scheibe 6 einen spiralförmig, sich fast über 360° erstreckend ver­ laufenden Schlitz 13 (Fig. 3) auf.

Die Schlitz-Kreuzung wird nachstehend als strahlungsdurchlässiger Fensterbereich 14 bezeichnet. Aufgrund der Drehzahldifferenz dn der Blendenscheiben 5, 6 wandert der Fensterbereich 14 über der wirk­ samen Fläche der Linsenanordnung 4 periodisch peripher und radial, wobei die Periodizität T dieser Wanderbewegung dem Kehrwert der Drehzahldifferenz dn und die radiale Richtung (von innen nach außen oder von außen nach innen) dem Vorzeichen dieser Drehzahldifferenz dn entspricht. Der Fensterbereich 14 springt also jeweils am Ende einer radialen Auswanderung mit der Periodizität T wieder an den Anfang der radialen Bewegung; wie sich aus der Darstellung der Fig. 4 ableiten läßt.

Der momentane Sichtlinienwinkel S für vom Detektor 3 aufgenommene Strahlungsenergie ergibt sich aus der momentan eingestellten Brenn­ weite der Linsenanordnung 4 und aus der momentanen Position des Fensterbereichs 14. Bei vom Detektor 3 aufgenommener Strahlungs­ energie 15 liefert dieser an eine Nachführ-Steuerungseinrichtung 16 ein Signal, das darin zusammen mit einer Brennweiteninformation 17 und einer Winkelinformation 18 zu einem Stellsignal für Steuerungs­ elemente, z.B. aerodynamische Ruder, für die Proportionalnavigation des Lenkflugkörpers 1 verarbeitet wird, wie es aus der Kollisions­ kursnavigation als solches bekannt ist.

Befindet sich im Sichtlinienwinkel S (Fig. 1) gerade ein strahlendes Ziel, dann fällt dessen Strahlungsenergie 15 durch den Fensterbereich 14, umgelenkt in der Linsenanordnung 4, auf den Detektor 3. Aus der z.B. am Getriebe 9 über Winkelkodierer 19 erfaßbaren Drehwinkel- Momentanstellung der beiden Blendenscheiben 5, 6 ergibt sich demnach die Information 18 und aus einem Zoom-Stellungsdetektor 20 die Infor­ mation 17 über diesen momentanen Sichtlinienwinkel S zum erfaßten Ziel.

Beim Weiterdrehen der Blendenscheiben 5, 6 wandert der Fensterbereich 14 und damit der Sichtlinienwinkel S zwar wieder aus der Momentan­ richtung zum Ziel heraus. Nach etwa einer Periode T, innerhalb derer der Lenkflugkörper 1 (Fig. 5) eine gewisse Strecke in Richtung auf das Ziel Z zurückgelegt hat, wird dieses Ziel Z aber erneut durch den Fensterbereich 14 erfaßt, nämlich unter gegebenenfalls nun ver­ ändertem Sichtlinienwinkel S 3 aufgrund aus der Kollisionskurspeilung ausgewandertem Ziel Z. Gegen diese Sichtlinienwinkeländerung wird der Lenkflugkörper 1 nachgesteuert, bis schließlich konstante Peilung erreicht ist.

Insbesondere bevor ein Ziel Z erfaßt ist, wenn sich der Flugkörper 1 also noch in großem Abstand von der Ebene der Zielbewegung befindet, ist eine große Brennweite der Linsenanordnung 4 angebracht. Denn es ergibt sich dann ein großer maximaler Sichtlinienwinkel S 2 (siehe Fig. 5) und damit eine große in der Zielbewegungsebene spiralförmig abgesuchte Fläche. Bei großer Suchfläche, also langen Spiral-Wegen in der Zielgebietsebene, ist eine geringe Drehzahldifferenz dn zwischen der Bewegung der Blendenscheiben 5, 6 anzustreben, nämlich eine möglichst langsame Abtastbewegung des Fensterbereiches 14, die aber trotzdem noch eine lückenlose Zielgebietsabtastung innerhalb des größten erfaßten Radius bewirkt; andernfalls könnte die Signalverarbeitungs­ einrichtung durch die Fülle der Sensorinformationen überfordert werden.

Ist einmal ein Ziel Z in der Zielebene unter einem Sichtlinienwinkel S 3 (Fig. 5) erfaßt und der Lenkflugkörper 1 etwa in Richtung auf dieses Ziel Z eingesteuert (Fig. 6), dann kann die Brennweite der Linsenanordnung 4 auf einen kleineren Kegelöffnungswinkel der Sicht­ linien herabgesetzt werden, wodurch Fehlfunktionen aufgrund von Stör- und Scheinzielen abseits des erfaßten Zieles Z vermieden werden. Wegen der nun kleineren Abtastfläche im Zielgebiet kann die Frequenz f = l/T der Bewegung des Fensterbereiches 14 durch Vergrößerung der Drehzahldifferenz dn vergrößert werden. Das führt zu einer großen Informationsmenge über das rasch nacheinander erfaßte Zielobjekt und fördert somit die Möglichkeiten einer Zielobjektklassifizierung.

Gemäß den Regeln der Proportionalnavigation erfolgt eine Steuerung des Lenkflugkörpers 1, bis dieser periodisch eingenommene Sichtwinkel­ winkel S 5 zeitlich konstant ist, weil dann Kollisionskurs zum Ziel Z gegeben ist.

So ist mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung eine Bestimmung des jeweiligen Sichtlinienwinkels und damit im Inertialsystem der Sichtliniendrehgeschwindigkeit, also die Informationsgewinnung für die Kollisionskurssteuerung, nun ohne Einsatz eines rotierenden Lenkflugkörpers und ohne Einsatz eines teuren Nachführ-Suchkopfes ermöglicht, bei technisch einfachen Anpaßmöglichkeiten der Arbeits­ weise der Zielverfolgungseinrichtung an die Gegebenheiten der Ziel­ gebiets-Annäherung.

Claims (8)

1. Zielverfolgungseinrichtung im Suchkopf (2) eines Lenkflugkörpers (1) mit einem Detektor (3) hinter einer Linsenanordnung (4), dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang der Linsenanordnung (4) zwei mit unterschied­ lichen Drehzahlen (n 5, n 6) drehbare Scheiben (5, 6) angeordnet sind, die unterschiedlich exzentrisch verlaufende strahlungsdurch­ lässige Schlitze (12, 13) aufweisen.

2. Zielverfolgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Linsenanordnung (4) mit verstellbarer Brennweite vorge­ sehen ist.

3. Zielverfolgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß veränderliche Drehzahlen (n 5, n 6) vorgesehen sind.

4. Zielverfolgungseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Drehung der Scheiben (5, 6) ein Getriebe (9) mit festem Drehzahlverhältnis (n 5:n 6) vorgesehen ist.

5. Zielverfolgungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibe (5) mit im wesentlichen radial sich erstreckendem Schlitz (12) vorgesehen ist.

6. Zielverfolgungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibe (6) mit im wesentlichen über einen Bogen von 360° sich längs einer Spiralwindung erstreckendem Schlitz (13) vorgesehen ist.

7. Zielverfolgungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Winkelkodierer (19) für eine Information (18) über die Momentan­ stellung des Kreuzungsbereiches (Fensterbereich 14) der beiden Schlitze (12, 13) vorgesehen sind.

8. Zielverfolgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellungskodierer (20) zur Lieferung der Information (17) über die momentan eingestellte Brennweite einer Zoom-Linsen­ anordnung (4) vorgesehen ist.