DE3720014B3

DE3720014B3 - Flugkörper-Lenksystem

Info

Publication number: DE3720014B3
Application number: DE19873720014
Authority: DE
Inventors: Gilles Grenier; Jerome Maffert
Original assignee: Aerospatiale Matra
Current assignee: Aerospatiale Matra
Priority date: 1987-06-16
Filing date: 1987-06-16
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2007-06-17

Abstract

Lenksystem für einen Flugkörper (1) mit einem optischen System (8) zur Erzeugung von Abbildungen des Geländes, worin der Flugkörper sich fortbewegt, und einer am Flugkörper (1) starr angebrachten Gruppe (9) von fotoempfindlichen Elementen (10), welche die optischen Bilder aufnehmen, um sie unter Steuerung durch eine elektronische Auswerteeinrichtung (15) in elektrische Bilder umzusetzen, die in zeitlicher Abfolge aufgenommen und verglichen werden, wobei der Flugkörper (1) mit Einrichtungen (18) zur Steuerung seiner Flugbahn (2) versehen ist und die Steuerung des Geschosses so erfolgt, daß eine möglichst gute Übereinstimmung der verglichenen Bilder eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß:
– die Gruppe von fotoempfindlichen Elementen durch eine Matrix (9) von insbesondere in Zeilen und Spalten angeordneten fotoempfindlichen Elementen (10) gebildet ist, wobei diese Matrix (9) und das optische System (8) starr mit dem sich ohne Drehung um seine Achse fortbewegenden Flugkörper (1) verbunden sind,
– daß die elektronische Auswerteeinrichtung (15) die Aufnahme mehrerer aufeinanderfolgender...

Description

Die Erfindung betrifft ein Flugkörper-Lenksystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung ist insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, anwendbar auf Zielsuchsysteme von Flugkörpern oder Raketen für die Panzerabwehr oder dergleichen.

Bekanntlich sind gewisse Flugkörper bzw. Raketen dieser Art zur Lenkung gegen das Ziel, auf das sie abgefeuert wurden, mit einem Zielsuch-Lenksystem ausgestattet, dessen optisches System Abbildungen des Geländes erzeugen kann, in welchem sich der Flugkörper bewegt, mit einer Gruppe von fotoempfindlichen Elementen, welche die optischen Bilder aufnehmen und sie unter Steuerung elektronischer Auswerteeinrichtungen in elektrische Bilder umsetzen. Das optische System und die Gruppe von fotoempfindlichen Elementen sind in dem Flugkörper über eine Massenträgheits-Stabilisiervorrichtung in solcher Weise gelagert, daß die erhaltenen Bilder von hoher Qualität sind und eventuellen Bewegungen eines Ziels bezüglich festen Geländeelementen gefolgt werden kann. Der Flugkörper ist mit Einrichtungen zur Steuerung seiner Flugbahn versehen, beispielsweise mit einem aerodynamischen Leitwerk oder mit fluidstrahlgespeisten Düsenrohren, die in solcher Weise angesteuert werden, daß der Flugkörper in Abhängigkeit von der aus den Bildern bestimmten Zielposition gegen das Ziel gelenkt wird.

Derartige Lenksysteme sind aber mit dem Mangel behaftet, daß eine Massenträgheits-Stabilisiervorrichtung benötigt wird, die aufwendig und teuer ist. Dieser Mangel ist um so gravierender, als die Flugdauer bei solchen Flugkörpern oder Raketen relativ kurz ist und die von ihnen verfolgte Flugbahn nur relativ kleine Korrekturen erfahren muß, da diese Flugkörper oder Raketen bereits in Richtung gegen das Ziel abgefeuert werden.

Aus der DE 26 51 839 C2 ist bereits ein Flugkörper-Lenksystem bekannt, das mit einem starr am Flugkörper angebrachten optischen System zur Erzeugung von Abbildungen des Geländes versehen ist. Die in zeitlicher Abfolge aufgenommenen Abbildungen des Geländes werden mit einem Referenzbild verglichen. Die Steuerung des Geschosses erfolgt in solcher Weise, daß eine möglichst gute Übereinstimmung der aufgenommenen Bilder mit dem Referenzbild eintritt. Eine Massenträgheits-Stabilisierungsvorrichtung am Flugkörper ist bei diesem System entbehrlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstig zu verwirklichendes Lenksystem für Flugkörper oder Raketen, die sich ohne Drehung um ihre Achse fortbewegen, zur Verfügung zu stellen, wobei die Kürze der Flugdauer und die Anfangsorientierung der Flugbahn berücksichtigt werden sollen.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Lenksystem durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Erfindung kann eine kostenaufwendige und komplexe Massenträgheits-Stabilisiervorrichtung zumindest teilweise entfallen, da sie durch eine einfache programmgesteuerte Verarbeitung ersetzt wird, die von einem Prozessor ausgeführt werden kann.

Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems wird das optische System beim Abfeuern des Flugkörpers gegen ein speziell anvisiertes Ziel gerichtet, so daß der Flugkörper Bild für Bild automatisch gegen das Ziel gelenkt wird, bis es auf diesem auftrifft.

Gemäß einer anderen Ausführungsform, die besonders für die Zerstörung beweglicher Ziele geeignet ist, wird das optische System im Augenblick der Abfeuerung des Flugkörpers in die angenäherte Richtung eines angenommenen Zieles eingestellt, und die einen Prozessor bildenden elektronischen Mittel erfassen in den aufeinanderfolgenden Bildern eine Gruppe von Bildpunkten, deren Versetzung jeweils verschieden von der Versetzung der festen Geländeelemente ist, woraufhin der Flugkörper automatisch und Bild für Bild bis zum Auftreffen gegen das Objekt gelenkt wird, welches der genannten Gruppe von Bildpunkten entspricht.

Da nämlich das Ziel als bewegt angenommen wird, ist seine Abbildung in den aufeinanderfolgenden Bildern in einem anderen Maße versetzt als die Abbildung der umgebenden festen Geländeelemente. Mittels des erfindungsgemäßen Systems gelingt somit die Erfassung eines vermuteten Ziels durch Analyse der unterschiedlichen Versetzungen verschiedener Gesamtbildteile.

Es ist weiterhin ersichtlich, daß die elektronischen Mittel, welche einen Prozessor bilden, sowohl in den Flugkörper eingebaut als auch an fester Stelle angeordnet sein können, beispielsweise an der Abschußstelle, wenn sie über eine bidirektionale Verbindung auf elektromagnetischem oder optischem Wege mit den elektronischen Einrichtungen zur Auswertung der Matrix von fotoempfindlichen Elementen verbunden sind. Bei letztgenannter Ausführung gehen die den Prozessor bildenden Elektronikeinrichtungen nicht verloren, wodurch die Systemkosten weiter vermindert werden.

Damit der Flugkörper ein Ziel aus einer entfernten Stellung bis zum Auftreffen verfolgen kann, wenn das optische Bildfeld für die Gesamtheit der Flugdauer unzureichend ist, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, daß das optische System und die Matrix von fotoempfindlichen Elementen als einheitliche Baugruppe unter Steuerung durch die einen Prozessor bildenden elektronischen Mittel orientierbar sind, um die Orientierung der von dieser Baugruppe gebildeten optischen Achse kontinuierlich oder schrittweise zu verändern. Wenn eine Veränderung der Orientierung der optischen Achse zwischen zwei Bildaufnahmen auftritt, so berücksichtigen dies die den Prozessor bildenden elektronischen Mittel im Ergebnis des Bildervergleichs.

Einzelheiten von Ausführungsbeispielen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Anwendung des Lenksystems auf eine Panzerabwehrrakete;
2 ein Übersichtsschema des Lenksystems;
3 und 4 eine Veranschaulichung der Arbeitsweise des Lenksystems nach 2; und
5 ein Blockschema einer Ausführungsform des Lenksystems.
In 1 ist schematisch eine Rakete 1 auf ihrer Flugbahn 2 gezeigt, nachdem sie von einer Abschußstelle 3 gegen ein Ziel 4 abgefeuert wurde. Das Ziel 4 bewegt sich in einem Gelände, wovon nur ein Baum 5 dargestellt ist.
In dem vorderen Teil 6 der Rakete 1 (2) sind hinter einer Haube 7 ein optisches System 8 und eine Matrix 9 aus fotoempfindlichen Elementen angeordnet. Diese Matrix arbeitet mit Ladungsverschiebung (CCD). Wie 4 zeigt, besteht die Matrix 9 aus einer großen Anzahl von fotoempfindlichen Elementen 10, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Sie ist für hohe Empfindlichkeit und kurze Integrationszeiten ausgelegt.
Das optische System 8 und die Matrix 9 sind miteinander starr verbunden, um einen einzigen Block 11 zu bilden, der seinerseits starr mit dem Flugkörper 1 verbunden ist. In 2 ist angenommen, daß der Block 11 um eine Horizontalachse 12 des Flugkörpers 1 unter der Wirkung eines Mechanismus 13 verdrehbar ist. Die optische Achse 14 des Blocks 11 ist somit einstellbar.
In üblicher Weise wird die Matrix 9 über eine Auswertevorrichtung 15 angesteuert. Diese ist über eine Verbindung 16 mit einem Prozessor 17 verbunden, der an Bord des Flugkörpers 1 oder auch an der Abschußstelle 3 angeordnet sein kann. Der Prozessor 17 wirkt einerseits auf das Lenkwerk 18 des Flugkörpers (Verbindungen 19) und andererseits auf den Einstellmechanismus 13 zur Einstellung des optischen Blocks 11 (Verbindung 20) ein.
Die Haube 7 ist durchlässig für die Strahlung bzw. Strahlungen, auf welche die Matrix 9 anspricht, so daß ein von dem Ziel 4 und dem umgebenden Gelände 5 ausgehendes Strahlenbündel 21 die Haube 7 durchquert, um durch das optische System 8 auf der Matrix 9 fokussiert zu werden.
Die Auswertevorrichtung 15 integriert unter Steuerung durch den Prozessor 17 die von den fotoempfindlichen Elementen 10 abgegebenen elektrischen Ladungen, um ein elektrisches Bild zu erzeugen, welches beispielsweise in der Auswertevorrichtung 15 gespeichert wird.
Die Aufnahme von zwei Bildern I1 und I2 (3) zu zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t1 und t2, wobei diese Bilder gespeichert und anschließend durch den Prozessor 17 verglichen werden, ermöglicht die Bestimmung der Versetzung, welche die optische Achse 14 und folglich der Flugkörper 1 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 erfahren hat. Der Prozessor 17 kann somit auf das Leitwerk 18 einwirken, um diese Versetzung zum Verschwinden zu bringen.
Zu beachten ist, daß die während des Zeitintervalls t2–t1 an den Bildern von festen Objekten (Baum 5) auftretende Versetzung d verschieden von der Versetzung e sein kann, die während desselben Zeitintervalls an Bildern von bewegten Objekten (Ziel 4) auftritt. Der Prozessor kann jedoch diese beiden Versetzungen bestimmen und somit die Lenkung der Rakete bzw. des Flugkörpers 1 durch Erkennen der Position des Zieles 4 ermöglichen.
Wegen der Verschiedenheit der Versetzungen d und e kann der Prozessor auch ein Ziel im Gelände erfassen, indem er erkennt, daß bestimmte Bildpunkte sich relativ zum Flugkörper oder zur Rakete schneller oder weniger schnell bewegen als das theoretisch feste Gelände.
Die Speicherung und das Vergleichen von aufeinanderfolgenden Bildern können auf charakteristische Punkte 22, 23 (beispielsweise helle Punkte) der beobachteten Objekte 4, 5 beschränkt werden.
Wie 4 zeigt, kann der Prozessor 17 in einem an der Matrix 9 festgelegten Koordinatensystem OX, OY leicht die Koordinaten der Elemente 10 bestimmen, die jeweils der Lage der Bilder (22.1 und 22.2 bzw. 23.1 und 23.2) desselben Objektpunktes 22 oder 23 in den Bildern I1 und I2 entsprechen. Diese Koordinaten entsprechen jeweils denen der Punkte 22.1, 22.2 sowie 23.1, 23.2, so daß die Versetzungen d und e bekannt sind.
Wenn die Orientierung der optischen Achse 14 durch den Mechanismus 13 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 verändert wurde, so berücksichtigt dies der Prozessor 17 bei der Berechnung von d und e.
Durch Verarbeitung mehrerer aufeinanderfolgender Bilder kann somit der Flugkörper bzw. die Rakete Schritt für Schritt gegen das Zeil 5 gelenkt werden.
Bei dem in 5 als Blockschema gezeigten erfindungsgemäßen System wird jedes Bild durch die Auswertevorrichtung 15 erfaßt und vor der darauffolgenden Aufnahme in einen Kurzzeitspeicher 24 überführt. Ein Komparator 25, welcher die Bilder aus der Auswertevorrichtung 15 und dem Speicher 24 empfängt, kann somit das von der Auswertevorrichtung 15 gelieferte Augenblicksbild mit dem vom Speicher 24 gelieferten unmittelbar vorausgehenden Bild vergleichen. Das Vergleichsergebnis wird für die Stabilisierung des Flugkörpers oder der Rakete 1 (bei 26) sowie für die Erfassung und Verfolgung des Zieles 4 (bei 27) verwertet. Die Vorrichtungen 26 und 27 sind mit einer Vorrichtung 28 zur Erzeugung von Lenkbefehlen für den Flugkörper 1 verbunden, wodurch das Leitwerk 18 angesteuert wird. Die Vorrichtungen 24 bis 28 sind in dem Prozessor 17 enthalten.

Claims

Lenksystem für einen Flugkörper (1) mit einem optischen System (8) zur Erzeugung von Abbildungen des Geländes, worin der Flugkörper sich fortbewegt, und einer am Flugkörper (1) starr angebrachten Gruppe (9) von fotoempfindlichen Elementen (10), welche die optischen Bilder aufnehmen, um sie unter Steuerung durch eine elektronische Auswerteeinrichtung (15) in elektrische Bilder umzusetzen, die in zeitlicher Abfolge aufgenommen und verglichen werden, wobei der Flugkörper (1) mit Einrichtungen (18) zur Steuerung seiner Flugbahn (2) versehen ist und die Steuerung des Geschosses so erfolgt, daß eine möglichst gute Übereinstimmung der verglichenen Bilder eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß: – die Gruppe von fotoempfindlichen Elementen durch eine Matrix (9) von insbesondere in Zeilen und Spalten angeordneten fotoempfindlichen Elementen (10) gebildet ist, wobei diese Matrix (9) und das optische System (8) starr mit dem sich ohne Drehung um seine Achse fortbewegenden Flugkörper (1) verbunden sind, – daß die elektronische Auswerteeinrichtung (15) die Aufnahme mehrerer aufeinanderfolgender Bilder durch die Matrix (9) von fotoempfindlichen Elementen (10) steuert und – daß ferner elektronische Mittel vorgesehen sind, die einen Prozessor (17) bilden und die relative Lage jedes elektrischen Augenblicksbildes auf der Matrix (9) bezüglich des unmittelbar vorausgehenden Bildes bestimmen, um die Einrichtung (18) zur Lenkung der Flugbahn des Flugkörpers so anzusteuern, daß eine Überlagerung des jeweiligen Augenblicksbildes mit dem unmittelbar vorausgehenden Bild angestrebt wird.
Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (8) im Zeitpunkt der Abfeuerung des Flugkörpers (1) gegen ein speziell anvisiertes Ziel gerichtet wird, so daß der Flugkörper Bild für Bild automatisch und bis zum Auftreffen gegen dieses Ziel (4) gelenkt wird.
Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (8) im Zeitpunkt der Abfeuerung des Flugkörpers (1) in die angenäherte Richtung eines angenommenen Zieles (4) gerichtet wird und die einen Prozessor (17) bildenden elektronischen Mittel in den aufeinanderfolgenden Bildern eine Gruppe von Punkten erfassen, deren Versetzung jeweils verschieden von der Versetzung ist, welche den festen Geländeteilen entspricht, woraufhin der Flugkörper automatisch und Bild für Bild bis zum Auftreffen gegen das Objekt gelenkt wird, welches der genannten Gruppe von Bildpunkten entspricht.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Prozessor (17) bildenden elektronischen Mittel an Bord des Flugkörpers (1) angeordnet sind.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Prozessor (17) bildenden elektronischen Mittel an einer festen Stelle (3) angeordnet sind und mit der elektronischen Auswerteeinrichtung (15) zur Auswertung der Matrix (9) über eine bidirektionale Verbindung (16) verbunden sind.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (8) und die Matrix (9) von fotoempfindlichen Elementen (10) als ein einziger Block (11) unter Steuerung durch die einen Prozessor (17) bildenden elektronischen Mittel einstellbar sind.