DE3643975C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für Flugkörper, die mindestens eine Infrarotstrahlungsquelle aufweisen, mit einer Abbildungsoptik und einem Detektor in Form einer Videokamera für Infrarotstrahlung, deren Signal zur Steuerung des Flugkörpers verwendet wird, wobei eine Diskriminatorschaltung zur Aussonderung und Auswertung in der Intensität sich verkleinernder Bildelemente vorgesehen ist.

Bei einem bekannten Lenksystem für Raketen ist am hinteren Teil der Rakete ein Strahlkörper angeordnet, der z. B. durch die austretenden Treibgase erhitzt wird und dadurch im Infrarotstrahlungsbereich strahlt. Diese Strahlung wird mit einer Abbildungsoptik auf einen Detektor geworfen, so daß der momentane Ort der Infrarotstrahlungsquelle und damit des Flugkörpers festgestellt werden kann. Dieser momentane Ort des Flugkörpers bzw. genauer gesagt seine momentane Richtung wird mit der Zielrichtung verglichen; bei Abweichungen wird die Rakete dann so gesteuert, daß die Abweichung von der Ziel­ richtung minimiert wird, so daß der Flugkörper auf diese Weise auf das Ziel gesteuert werden kann.

Dieses Lenksystem hat den Nachteil, daß es leicht durch andere Infrarotstrahlungsquellen gestört oder unwirksam gemacht wer­ den kann. Solche anderen Infrarotstrahlungsquellen sind z. B. Brände im Zielgebiet, die wesentlich mehr Infrarotstrahlung abgeben können als der Flugkörper selbst. Auch das Ziel kann durch Abschießen von sogenannten Decoys, d. h. störenden Infrarotquellen, das Lenksystem stören.

Um diese Probleme zu verringern, ist es bekannt, bei einem vorbekannten Lenksystem eine Diskriminatorschaltung zur Aussonderung und Auswertung in der Intensität sich verkleinernder Bildelemente vorzusehen (DE 32 11 354 C2). Da sich der Flugkörper von seiner Abschlußstelle entfernt, werden die Intensität der von ihm ausgesandten Infrarotsignal am Abschußort immer schwächer empfangen, während normale Störstrahlung immer ungefähr die gleiche Intensität hat. Durch die Diskriminatorschaltung kann dabei die im wesentlichen konstante oder sich doch zumindest in der Intensität nicht regelmäßig verringernde Störstrahlung ausgeschaltet werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein noch wirksameres und zuverlässigeres Lenksystem zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das System eine Speichereinrichtung für ein Bild der Kamera, Vergleichseinrichtungen für verschiedene Bilder der Kamera, einen Strahlenteiler und mehr als eine Detektoranordnung aufweist, wobei die verschiedenen Detektoranordnungen unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten haben, und daß die mindestens eine weitere Detektoranordnung eine positionsauflösende Diode ist.

Einerseits wird erfindungsgemäß im Vergleich zum Stand der Technik (DE 32 11 354 C2) mit unterschiedlichen technischen Mitteln gearbeitet. Darin erschöpft sich die Erfindung aber nicht. Es ist nämlich zusätzlich noch eine Messung in einem anderen Spektralbereich vorgesehen, die dabei mit Hilfe einer positionsempfindlichen Diode durchgeführt wird. Durch die Messung in zwei Spektralbereichen wird eine größere Sicherheit gegen Auftreten von Fehlern erreicht. Die zweite Meßanordnung ist dabei besonders kostengünstig, da hier keine Fernsehkamera, sondern eine positionsempfindliche Diode verwendet wird. Diese hat noch den zusätzlichen Vorteil, besonders zuverlässig, kostengünstig und klein zu sein und nicht so leicht beschädigt werden zu können wie eine Fernsehkamera. Obwohl nur verhältnismäßig wenig zusätzlicher Aufwand getrieben werden muß, erhält man so eine wesentlich bessere Verfolgung des Flugkörpers.

Bei dem erfindungsgemäßen Lenksystem werden laufend zwei in gewissen zeitlichen Abständen aufgenommene Bilder der Videokamera oder Matrix-CCD-Kamera verglichen. Dabei wird entweder ein Bild in der Speichereinrichtung mit einem Bild der Kamera verglichen, oder es werden nacheinander mehrere Bilder der Kamera der Speichereinrichtung zugeführt, die dort dann verglichen werden können. Bildelemente, die Bränden oder Decoys entsprechen, haben dabei die Eigenschaft, daß ihre Intensität mehr oder weniger konstant bleibt bzw. sogar anwächst. Diese Bildelemente werden dann von der Diskri­ minatorschaltung nicht mehr weiterverarbeitet. Nur die Bildpunkte, deren Intensität abnimmt, werden von der Diskriminatorschaltung ausgewählt und ausgewertet und zur Steuerung des Flugkörpers verwendet. Auf diese Weise kann mit verhältnismäßig einfachen Mitteln eine zuverlässige Steuerung bewirkt werden.

Die Erfindung zeichnet sich weiter dadurch aus, daß das Lenksystem einen Strahlenteiler und mehr als eine Detektoranordnung aufweist, wobei die verschiedenen Detektoranordnungen unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten haben.

Auf diese Weise wird die Lenkung noch wesentlich verbessert. Das Infrarotstrahlungsspektrum des Flugkörpers bzw. seiner Infrarotstrahlungsquelle ist bekannt. Mißt man nun die Strahlung in zwei verschiedenen spektralen Empfindlichkeitsbereichen mit unterschiedlichen Detektoranordnungen, so kann auf noch wirksamere Weise das Infrarotstrahlungssignal des Flugkörpers von sonstigen störenden Infrarotstrahlungen ausgesondert werden. Die verschiedenen spektrahlen Empfindlichkeiten können auch mit einem breitbandigen Detektor und wechselnd in den Strahlengang gebrachten Filtern mit unterschiedlichen Durchlaßbereichen erhalten werden.

Die mindestens eine weitere Detektoranordnung ist dabei als positionsauflösende Diode ausgebildet, die einen einfacheren Aufbau hat als die Matrix einer Matrix-CCD-Kamera. Dabei kann insbesondere das mit der positionsauflösenden Diode erfaßte Bildfeld kleiner sein als das mit der Matrix-CCD- Kamera erfaßte. So könnte z. B. die Matrix-CCD-Kamera ein Bildfeld von 5 bis 8° aufweisen, während die positionsauflösende Diode ein Bildfeld von 1 bis 2° aufweist. Mit einem Schwellenschalter können Bildbereiche von der Auswertung ausgenommen werden, in denen sich die Strahlungsintensität erhöht (heller werdender Decoy oder aufflackernder Brand).

Aus ähnlichen Gründen wie oben wird dabei zur weiteren Erhöhung der Zuverlässigkeit des Lenksystems bevorzugt, wenn mehr als eine positionsauflösende Diode vorgesehen ist, wobei jede positionsauflösende Diode eine andere spektrale Empfindlichkeit hat.

Es kann nicht völlig ausgeschlossen werden, daß auch die Intensität einer anderen Infrarotstrahlungsquelle während der Flugzeit des Flugkörpers abnimmt, z. B. ein schnell ausbren­ nendes Decoy. Wenn man dies verhindern will, kann erfindungs­ gemäß bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vor­ gesehen werden, daß das Lenksystem eine Meß- und/oder Speichereinrichtung für Funktionen aufweist, die mit dem Abstand fallende Intensitäten mißt und/oder wiedergibt. In diesem Falle kann mit Hilfe der Diskriminatorschaltung noch ein Vergleich der Intensität der Bildelemente, deren Inten­ sität abfällt, mit den Funktionswerten durchgeführt werden. Nur die Bildelemente, deren Intensität entsprechend einem sich entfernenden Flugkörper abfallen, werden dann für die Lenkung des Flugkörpers weiterverarbeitet.

Wenn die positionsauflösenden Dioden ein kleineres Bildfeld als die Matrix-CCD-Kamera haben, kann zweckmäßigerweise vorgesehen werden, daß die positionsauflösenden Dioden dem Infrarotstrahlungssignal des Flugkörpers nachführbar sind.

Zweckmäßigerweise sind noch Einrichtungen zum Verfolgen des Infrarotsignals des Flugkörpers durch Extrapolation während Zeiten vorgesehen, während der das Signal durch lokale starke Infrarotstrahlungsquellen überstrahlt ist.

Bewegt sich dann der Flugkörper im Bildfeld mit einer gewissen Winkelgeschwindigkeit in das Bild einer stärkeren Infrarot­ strahlungsquelle, in der die Infrarotstrahlung des Flugkörpers nicht mehr detektiert werden kann, so kann auf diese Weise vorhergesagt werden, wo und zu welchem Zeitpunkt sich das Bild der Infrarotstrahlungsquelle des Flugkörpers befindet, wenn es diesen überstrahlten Bereich wieder verläßt. Auf diese Weise kann das Wiederauffinden des Flugkörpers nach einem solchen Durchgang erleichtert werden.

Die Erfindung zeichnet sich nicht nur durch ein Lenksystem für Flugkörper aus, sondern auch durch ein Verfahren zur Lenkung von Flugkörpern, wie es in den Unteransprüchen beansprucht wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeich­ nung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform und

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren ist ein Objektiv 1 gezeigt, mit dem das Bild einer nicht gezeigten Infrarotstrahlungsquelle eines nicht gezeigten Flugkörpers auf die Matrix 2 einer Matrix-CCD-Kamera abgebildet wird. Diese Matrix ist mit Spaltenansteuerungen 3 und Zeilenansteuerungen 4 versehen, über die ein Bild in einen Speicher 5 überführt wird. Mit Hilfe einer Vergleicherein­ richtung 6 kann dann über entsprechende Leitungen ein vorher in der Speichereinrichtung 5 gespeichertes früheres Bild mit dem gegenwärtigen Bild der Matrix-CCD-Kamera 1, 2 verglichen werden. Dabei wird man zweckmäßigerweise aber so vorgehen, daß nacheinander mehrere Bilder der Matrix 2 in den Speicher 5 überführt werden und dort dann mit Hilfe der Vergleichsein­ richtung 6 verglichen werden. Nicht mehr benötigte Bilder können dann jeweils im Speicher 5 wieder durch neuere überschrieben werden.

Die Vergleichseinrichtung 6 ist mit einer Diskriminatorschal­ tung 7 verbunden, mit der nur die Bildpunkte ausgewählt und weiterverarbeitet werden, deren Intensität sich mit der Zeit verringert. Nur diese Signale werden dann für die nicht gezeigte Lenkung des Flugkörpers verwendet.

Bei den gezeigten Ausführungsformen ist noch eine weitere Speichereinrichtung 8 gezeigt, in der mindestens eine Funktion gespeichert ist, die eine mit dem Abstand fallende Intensität wiedergeben. Signale, deren Intensität nach Feststellung der Einrichtungen 6 und 7 abfällt, können dann durch die Ver­ gleichsschaltung 6 mit einem Intensitätsabfall verglichen werden, der in der Speichereinheit 8 gespeichert ist. Auf diese Weise können störende Signale eliminiert werden, deren Intensität aus anderen Gründen ebenfalls mit der Zeit abnimmt.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist zusätzlich ein Strahlenteiler 9 vorgesehen, über den gleichzeitig ein Bild über einen Chopper 10 zu einer positionsauflösenden Diode 11 geführt wird. Auch das Signal der positionsauflösen­ den Diode 11 wird dann in den Speicher 5 übergeführt und mit Hilfe der Vergleichseinrichtung 6 und der Diskriminatorschal­ tung 7 ausgewertet, um so sicherer den Fall auszuschalten, daß ein falsches Signal verfolgt und für die Lenkung verwendet wird. Dabei kann die positionsauflösende Diode 11 ein kleineres Bildfeld haben als die Matrix 2; in diesem Falle kann die positionsauflösende Diode 11 durch nicht gezeigte Einrichtungen den Bildelementen nachgeführt werden, die dem Bild der Infrarotstrahlungsquelle des Flugkörpers entsprechen.

Die Matrix 2 und die Diode 11 können dabei auch unterschied­ liche spektrale Empfindlichkeiten haben. Statt einer Diode 11 kann auch ein weiterer Strahlungsteiler in Verbindung mit zwei unterschiedlichen positionsauflösenden Dioden verwendet werden, die unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten haben. Die spektrale Empfindlichkeit der Matrix könnte z. B. im Bereich 0,8 bis 1,1 µ liegen, während die spektralen Empfindlichkeiten der fotoauflösenden Dioden bei 2,2 µ und 3,5 liegen könnten. Vorgesagtes läßt sich auch umgekehrt ein­ setzen, indem die spektralen Empfindlichkeiten für Matrix und Dioden vertauscht werden.

Claims (12)

1. Lenksystem für Flugkörper, die mindestens eine Infrarot­ strahlungsquelle aufweisen, mit einer Abbildungsoptik und einem Detektor in Form einer Videokamera für Infrarotstrahlung, deren Signal zur Steuerung des Flugkörpers verwendet wird, wobei eine Diskriminatorschaltung zur Aussonderung und Auswertung in der Intensität sich verkleinernder Bildelemente vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das System eine Speichereinrichtung (5) für ein Bild der Kamera (1, 2), Vergleichseinrichtungen (6) für verschiedene Bilder der Kamera (1, 2), einen Strahlenteiler (9) und mehr als eine Detektoranordnung (2, 11) aufweist, wobei die verschiedenen Detektoranordnungen unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten haben, und daß die mindestens eine weitere Detektoranordnung eine positionsauflösende Diode (11) ist.

2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Meß-Speichereinrichtung (8) für Funktionen aufweist, die mit dem Abstand fallende Intensität mißt und wiedergibt.

3. Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Matrix-CCD-Kamera (1, 2) aufweist.

4. Lenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der positionsauflösenden Diode (11) erfaßte Bildfeld kleiner ist als das mit der Matrix-CCD-Kamera erfaßte.

5. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als eine positionsauflösende Diode (11) vorgesehen ist, wobei jede positionsauflösende Diode (11) eine andere spektrale Empfindlichkeit hat.

6. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es Einrichtungen (7) zum Verfolgen des Infrarotsignals des Flugkörpers durch Extrapolation während Zeiten aufweist, während der das Signal durch lokale starke Infrarotstrahlungsquellen überstrahlt ist.

7. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die positionsauflösende Diode (11) dem Bild der Infrarotstrahlungsquelle des Flugkörpers nachführbar ist.

8. Verfahren zur Lenkung von Flugkörpern, die mindestens eine Infrarotstrahlungsquelle aufweisen, bei dem mit einer Abbildungsoptik die Infrarotstrahlung auf einen Detektor in Form einer Videokamera abgebildet wird und das Signal des Detektors zur Steuerung des Flugkörpers verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene zeitlich aufeinanderfolgende Bilder verglichen werden und die Bildelemente ausgewählt werden, deren Intensität sich mit der Zeit verkleinert, und daß mit verschiedenen Detektoranordnungen der Vergleich in unterschiedlichen Spektralbereichen durchgeführt wird, wobei mindestens eine positionsauflösende Diode als weitere Detektoranordnung verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der abfallenden Signale mit theoretischen Abfallskurven für die Intensität verglichen werden und nur die Signale zur Lenkung verwendet werden, deren Intensität sich entsprechend verkleinert.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine breitbandige Detektoranordnung, insbesondere mit einem Empfindlichkeitsbereich von 0,8-3,5 µ und eine Vielzahl abwechselnd in den Strahlengang gebrachter Filter mit unterschiedlichen Durchlässigkeitsbereichen verwendet wird, daß die Signale, die unterschiedlichen Filtern entsprechen, verglichen werden und so Störsignale von Nutzsignalen unterschieden werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Schwellschalter eine Erhöhung des Diodenstroms detektiert wird und der entsprechende Bereich von der weiteren Auswertung ausgeschlossen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß aus den detektierten und identifizierten Infrarotsignalen des Flugkörpers durch Extrapolation der Ort zu einem späteren Zeitpunkt extrapoliert wird, wenn sich das Signal durch lokale starke Infrarotstrahlungen hindurch bewegt, durch die es überstrahlt wird.