DE3812984C1 - Continuously locating and guiding missile or aircraft - measuring laser radiation returned from on-board reflector using transceiver goniometer unit - Google Patents

Continuously locating and guiding missile or aircraft - measuring laser radiation returned from on-board reflector using transceiver goniometer unit

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DE3812984C1 DE19883812984 DE3812984A DE3812984C1 DE 3812984 C1 DE3812984 C1 DE 3812984C1 DE 19883812984 DE19883812984 DE 19883812984 DE 3812984 A DE3812984 A DE 3812984A DE 3812984 C1 DE3812984 C1 DE 3812984C1
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James Dipl.-Ing. Dr. 6921 Hoffenheim De Ruger
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BUECHTEMANN, WOLF, DR., 72074 TUEBINGEN, DE RUGER,
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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/66—Tracking systems using electromagnetic waves other than radio waves

Abstract

The missile or aircraft guidance method uses a pulsed laser transmitter and receiver combined with a goniometer, a retroreflector (4) being attached to the rear of the missile (3). The reflectred laser radiation is evaluated to determine the range and its deviation from the required flight path. A timing gate is programmed in dependence on the known missile velocity characteristic. The first echo signal within the timing gate is used to determine the position of the missile relative to the line of sight. The signals for one or more laser pulses in the distance range behind the missile are identified as fault signals and are eliminated from the evaluation. ADVANTAGE - Prevents false range and position indication from false reflections obtained from range between ground station and missile.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum fortlaufenden Orten und Lenken von mindestens einem Flugkörper oder Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for continuous location and Guiding at least one missile or vehicle according to the generic term of claim 1 and an arrangement for performing this method.

Aus der DE 32 09 867 A1 ist ein solches Verfahren bekannt, mit dem, ohne auf Heterodyn- bzw. Homodynempfänger angewiesen zu sein, die Störsicher­ heit verbessert wird. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß sich über die kontinuierliche Entfernungsmessung zwischen Bodenstation und Flugkörper eine Störung des Empfängers in der Bodenstation durch andere Impulse praktisch ausschließen läßt. Nähere Angaben darüber, durch welche konkreten technischen Maßnahmen dies erreicht wird, fehlen ebenso wie eine Vorsorge gegen Störsignale aus einer Position hinter dem interessierenden Flugobjekt. Auch ist die ganze Gerätekonzeption auf die Verwendung eines in der Rakete installierten Senders abgestellt, obgleich Retroreflektoren als bekannt vorausgesetzt werden.Such a method is known from DE 32 09 867 A1, with which, without to be dependent on heterodyne or homodyne receivers, the interference-proof is improved. In this context it is pointed out that the continuous distance measurement between the ground station and missiles interfere with the receiver in the ground station by others Practically excludes impulses. More information about which there are no concrete technical measures to achieve this, as is one Prevention of interference signals from a position behind the person of interest Flying object. Also, the whole device design is based on the use of one installed in the missile, although retroreflectors be assumed to be known.

Ein ähnliches Verfahren, jedoch ohne die zusätzlichen lmpulse zur Beseitigung von Empfängerstörungen, behandelt die GB 14 80 508. Hier wird eine Boden- Luft-Rakete behandelt, die unter Verwendung einer langen Folgefrequenz von etwa 10 Hz (Sp. 2, Z. 75) auf Störsicherheit verzichtet. Hinzu kommt, daß für Boden-Boden-Raketen die hier verwendeten Pulszahlen zu niedrig sind. Ferner ist aus der DE-PS 24 26 844 eine Beobachtungs- und Zielvorrichtung mit einem schnellpulsenden Riesenimpuls-Lasersender und einem getasteten Wärmebildempfänger für das Messen von Entfernungen und die leistungsfähige Wiedergabe eines passiven Wärmebildes unter Verwendung von Entfernungs­ toren bekannt. Darüber hinaus ist auch aus der US-PS 37 61 180 in gattungsgemäßem Zusammenhang eine solche Verwendung von Entfernungstoren bekannt.A similar procedure, but without the additional impulses for elimination GB 14 80 508 deals with receiver disturbances. Air missile handled using a long repetition rate of about 10 Hz (column 2, line 75) no interference immunity. In addition, that the pulse numbers used here are too low for surface-to-surface missiles. Furthermore, from DE-PS 24 26 844 an observation and target device with a fast pulsing giant pulse laser transmitter and a keyed Thermal image receiver for measuring distances and the powerful  Rendering a passive thermal image using distance gates known. It is also known from US Pat. No. 3,761,180 generic use such a use of distance gates known.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Gattung hinsichtlich seiner Störsicherheit noch inso­ weit zu verbessern, daß dieselbe - vom Flugkörper bzw. Fahrzeug aus ge­ sehen - möglichst nach allen Richtungen gewährleistet erscheint.The present invention has for its object the method of the type mentioned at the outset with regard to its interference immunity far to improve that the same - ge from the missile or vehicle see - appears guaranteed in all directions.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst. Durch dezidierte Angaben zu der Verwendungs­ art der Torschaltung und ihren Einsatz auf einem zuvor hinsichtlich Ent­ fernung und Winkelausbreitung exakt vorbereiteten Weg wird einmal ein Höchstmaß an Störsicherheit im Bereich zwischen interessierendem Objekt und Bodenstation erreicht. Eine zusätzliche Perfektionierung erhält man sodann dadurch, daß in diese Maßnahmen auch noch mehr oder weniger alle übrigen Bereiche um und insbesondere hinter der jeweils augenblicklichen Position des interessierenden Objektes mit einbezogen werden. This object is achieved by the characterizing part of claim 1 Features listed solved. Through dedicated information on the usage type of gate circuit and its use on a previously with regard to Ent distance and angular spread exactly prepared path is once Maximum level of interference immunity in the area between the object of interest and ground station reached. You get additional perfection then by the fact that in these measures more or less everyone other areas around and especially behind the current one Position of the object of interest.  

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die in den einzelnen Figuren einander entsprechenden Teile dieselben Bezugszahlen aufweisen. Es zeigtIn the following, the invention will be explained in more detail using exemplary embodiments explained, the corresponding in the individual figures Parts have the same reference numbers. It shows

Fig. 1 ein Prinzipschaubild des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1 is a schematic diagram of the inventive method,

Fig. 2 das Blockschema mit Positionssensor auf der Abschuß- bzw. Startseite. Fig. 2 shows the block diagram with position sensor on the launch or start page.

Der gepulste Lasersender und der zugehörige Laserempfänger sind in Fig. 1 mit einem Goniometer kombiniert und zu einer Laser-Sender/Empfänger/ Goniometer-Einheit 1 zusammengefaßt. Der Lasersender sendet Strahlung 2 mit einer Divergenz ψs in Richtung Flugkörper 3. Bei einem anderen Aus­ führungsbeispiel kann anstelle des Flugkörpers auch ein Fahrzeug vorge­ sehen sein, ohne daß dies einer gesonderten Zeichnung bedarf. Am Flug­ körper oder Fahrzeug ist ein Tripelspiegel als Retroreflektor 4 instal­ liert, der einen Teil der Strahlung mit Winkel ψretr in Richtung Laser-/ Sender/Empfänger/Goniometer-Einheit 1 reflektiert, die dort auf einen Detektor gelangt. Insofern ist dies bereits Gegenstand der älteren Patent­ anmeldung P 37 43 572.6.The pulsed laser transmitter and the associated laser receiver are combined in FIG. 1 with a goniometer and combined to form a laser transmitter / receiver / goniometer unit 1 . The laser transmitter sends radiation 2 with a divergence ψ s in the direction of the missile 3 . In another exemplary embodiment, instead of the missile, a vehicle can also be seen without requiring a separate drawing. On the flight body or vehicle, a triple mirror is installed as a retroreflector 4, which reflects part of the radiation with an angle ψ retr in the direction of the laser / transmitter / receiver / goniometer unit 1 , which reaches a detector there. In this respect, this is already the subject of the earlier patent application P 37 43 572.6.

Gemäß Fig. 2 wird der Lasersender 5 von dem Pulsfolgegeber 6 gepulst. Für Sende- und Empfangskanal werden dabei in der gezeichneten Version vorzugsweise gemeinsam Pupillen in Form eines Zooms oder einer umschalt­ baren Aufweiteoptik 7 verwendet. Referring to FIG. 2, the laser transmitter is pulsed 5 from the pulse sequence generator 6. Pupils in the form of a zoom or a switchable widening optics 7 are preferably used together for transmit and receive channels in the drawn version.

Auf dem optischen Weg vom Lasersender 5 zur Aufweiteoptik 7 passiert die lineare Strahlung den Duplexer 8, der als Polarisationsweiche mit Brewster­ platte und λ/4-Plättchen oder als zeitabhängiger optischer Schalter ausge­ bildet sein kann. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel (ohne Zeichnung) können anstelle des Duplexers 8 auch getrennte optische Kanäle für Sender und Empfänger verwendet werden. Anschließend kann die Strahlung mittels Zoom oder Aufweiteoptik 7 auf die gewünschte Strahldivergenz γs gebracht werden. Zum Zweck der Optimierung des Signals und der Minimierung der Entdeckbar­ keit läßt sich die Aufweiteoptik 7 über eine Zoomsteuerung 9 als Funktion der Entfernung zum Flugkörper bzw. Fahrzeug 3 einstellen.On the optical path from the laser transmitter 5 to the expansion optics 7 , the linear radiation passes through the duplexer 8 , which can be formed as a polarization switch with Brewster plate and λ / 4 plate or as a time-dependent optical switch. In another exemplary embodiment (without drawing), separate optical channels for the transmitter and receiver can also be used instead of the duplexer 8 . The radiation can then be brought to the desired beam divergence γ s by means of zoom or widening optics 7 . For the purpose of optimization of the signal and minimize the discoverable ness, the optical expansion of the distance to the missile or vehicle 3 7 can be adjusted via a zoom controller 9 as a function.

Vom Retroreflektor 4 reflektierte Sendestrahlung gelangt auf die in Fig. 2 als Goniometer/Detektor 10 bezeichnete Baueinheit. Hier werden die Laser­ strahlungsimpulse in elektrische Signale umgewandelt und gelangen über den Vorverstärker 11 auf die steuerbare Torschaltung 12. Nur diejenigen Signale, die in ein Zeittor der Torschaltung hineinfallen, werden auch an die Aus­ werteelektronik 13 weitergeleitet.Transmitting radiation reflected by the retroreflector 4 reaches the structural unit designated as a goniometer / detector 10 in FIG. 2. Here, the laser radiation pulses are converted into electrical signals and reach the controllable gate circuit 12 via the preamplifier 11 . Only those signals that fall into a time gate of the gate circuit are also forwarded to the evaluation electronics 13 .

Vom Augenblick des Abschießens des Flugkörpers bzw. Startens des Fahr­ zeuges 3 läuft die Zeitprogrammsteuerung 14 für die Torschaltung 12 und setzt ein Zeittor oder mehrere Zeittore entsprechend der jeweiligen Ent­ fernung. Die elektrischen Impulse, die durch die Torschaltung 12 gelangen, dienen auch als Stop-Signale für einen Zähler in der Zeitprogrammsteuerung 14, der von jedem Lasersendeimpuls 15 neu gestartet wird. Die vom Zähler getaktete Laufzeit des Laserimpulses zum Retroreflektor 4 und zurück wird der Programmsteuerung eingegeben, so daß mit Hilfe der gemessenen Ent­ fernung - zum Zweck einer hohen Störsicherheit - die Steuerung der Tor­ schaltung 12 und insbesondere die Länge des Zeittors optimiert werden kann.From the moment the missile is fired or the vehicle 3 is started, the time program controller 14 runs for the gate circuit 12 and sets a time gate or multiple time gates corresponding to the respective distance. The electrical pulses that pass through the gate circuit 12 also serve as stop signals for a counter in the time program controller 14 , which is restarted by each laser transmission pulse 15 . The running time of the counter clocked by the laser pulse to the retroreflector 4 and back is entered into the program control so that the control of the gate circuit 12 and in particular the length of the time gate can be optimized with the aid of the measured distance - for the purpose of high interference immunity.

Am Ausgang der Torschaltung 12 werden die Signale von der Auswerteelektronik 13 bearbeitet, um anschließend die Ablagekoordinaten von Flugkörper bzw. Fahrzeug 3 gegenüber der Visierlinie per Draht, Lichtleitfasern oder Funk zu koorigieren. Die Ablagesignale können dem Laserstrahl auch über die Kodierungseinheit 16 durch Pulsmodulation aufgeprägt werden. At the output of the gate circuit 12 , the signals are processed by the evaluation electronics 13 in order to then coordinate the storage coordinates of the missile or vehicle 3 with respect to the line of sight by wire, optical fibers or radio. The storage signals can also be impressed on the laser beam via the coding unit 16 by pulse modulation.

Ein am Flugkörper bzw. Fahrzeug 3 installierter Empfänger 4′ registriert diese Signale und wertet sie zur Erzeugung von Steuersignalen für die Korrektur der Flugbahn aus. Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf nur ein gelenktes Objekt. Grundsätzlich können mit diesem Verfahren auch mehrere Objekte gelenkt werden.A receiver 4 'installed on the missile or vehicle 3 ' registers these signals and evaluates them to generate control signals for the correction of the trajectory. The present description refers to only one controlled object. In principle, several objects can also be steered with this method.

Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel gelangen die reflek­ tierten Laserimpulse 3′ im Empfangskanal auf das Goniometer 10 und werden dort mittels einer Abbildungsoptik auf eine Modulatorscheibe, z. B. ein sogenanntes Reticle, abgebildet, die sodann dem Empfangssignal eine ortsabhängige Modulation aufprägt. Mit einer der Modulatorscheibe nachge­ schalteten Sammeloptik gelangt die Strahlung auf den Detektor, wo sie auf optoelektronischem Weg in elektrische Signale umgewandelt wird. Der nun folgende Signalverlauf über Vorverstärker 11 etc. entspricht demje­ nigen von Fig. 2. In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbei­ spiel werden die reflektierten Laserimpulse auf einen positionsempfind­ lichen Detektor geführt. Beispiele für einen solchen Detektor sind ein Vierquadrantendetektor, ein zweidimensionales Detektormosaik, zwei senk­ recht zueinander aufgestellte Detektorzeilen. Auch die Version mit einem Einzelelement mit vier elektrischen Anschlüssen ist möglich, bei der die Spannung an den jeweiligen Anschlüssen eine Funktion der Lage der abge­ bildeten Laserstrahlung ist.In an embodiment, not shown, the reflected laser pulses 3 'arrive in the receiving channel on the goniometer 10 and are there by means of imaging optics on a modulator disc, for. B. a so-called reticle, which then imprints a location-dependent modulation on the received signal. With a collection optics connected downstream of the modulator disc, the radiation reaches the detector, where it is converted into electrical signals by optoelectronic means. The following signal curve via preamplifier 11 etc. corresponds to that of FIG. 2. In another embodiment, not shown, the reflected laser pulses are guided to a position-sensitive detector. Examples of such a detector are a four-quadrant detector, a two-dimensional detector mosaic, two detector lines set up perpendicular to one another. The version with a single element with four electrical connections is also possible, in which the voltage at the respective connections is a function of the position of the laser radiation imaged.

Es ist mit diesem Verfahren unter Umgehung der Torschaltung 11 auch mög­ lich, Signale von einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Laserimpulsen aus Entfernungsbereichen hinter dem jeweiligen Entfernungsbereich des Flugkörpers bzw. Fahrzeugs 3 auszuwerten. Signale, die aus dem falschen Entfernungsbereich kommen und/oder die die falsche Geschwindigkeit impli­ zieren (Auswertung sukzessiver Pulse), werden als Störsignale erkannt. Der entsprechende Entfernungsbereich kann dann bezüglich der Bestimmung der Position von Flugkörper bzw. Fahrzeug ausgeblendet werden.With this method, bypassing the gate circuit 11, it is also possible to evaluate signals from one or more successive laser pulses from distance ranges behind the respective distance range of the missile or vehicle 3 . Signals that come from the wrong distance range and / or that imply the wrong speed (evaluation of successive pulses) are recognized as interference signals. The corresponding distance range can then be hidden with respect to the determination of the position of the missile or vehicle.

Claims (5)

1. Verfahren zum fortlaufenden Orten und Lenken von mindestens einem Flugkörper oder Flugzeug, der bzw. das von einer Laser-Sender/ Empfänger/Goniometer-Einheit im Wellenlängenbereich von UV bis in den Bereich von 15 µm gelenkt am anderen Ende einer von ihr be­ darfsweise herstellbaren gepulsten Laserstrahl-Verbindung fliegt bzw. fährt, wobei mittels der von einem bordseitigen Retroreflektor reflektierten Laserstrahlung die Entfernung nach dem Pulslaufzeitver­ fahren und die Ablage des zu lenkenden Objekts von der Sollflugbahn bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) für die Optimierung des Signals und die Minimierung der Entdeckbar­ keit die Divergenz ϕs des Lasersendestrahls (2) der Entfernung des Objekts (3) und dessen Flugbahn an die Laserachse angepaßt werden,
  • b) mit dem bekannten Verlauf der Objektgeschwindigkeit das Setzen eines Zeittores programmiert und durch Messen der Entfernung laufend optimiert wird,
  • c) mit jeweiIs dem ersten Echo innerhalb des Zeittores die Ablage des Objektes (3) gegenüber der Visierlinie bestimmt wird und
  • d) Signale von einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Laserimpulsen aus Entfernungsbereichen hinter der jeweiligen Position des Objekts (3) ausgewertet und solche aus einem falschen Entfernungsbereich und/oder eine falsche Geschwindigkeit implizierende Signale als Störsignale erkannt und ausgeblendet werden.
1. A method for continuously locating and guiding at least one missile or aircraft which is directed by a laser transmitter / receiver / goniometer unit in the wavelength range from UV to the range of 15 µm at the other end of one of them, if necessary producible pulsed laser beam connection flies or travels, by means of the laser radiation reflected from an on-board retroreflector, the distance after the pulse transit time ver and the storage of the object to be steered are determined from the target trajectory, characterized in that
  • a) for the optimization of the signal and the minimization of the detectability, the divergence ϕ s of the laser transmission beam ( 2 ), the distance of the object ( 3 ) and its trajectory are adapted to the laser axis,
  • b) the setting of a time gate is programmed with the known course of the object speed and continuously optimized by measuring the distance,
  • c) the placement of the object ( 3 ) relative to the line of sight is determined with the first echo within the time gate and
  • d) signals from one or more successive laser pulses from distance areas behind the respective position of the object ( 3 ) are evaluated and signals from an incorrect distance area and / or an incorrect speed are recognized and suppressed as interference signals.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablage von Flugkörper bzw. Fahrzeug (3) (in Azimuth und Elevation) durch eine ortsabhängige Modulation - z. B. mittels eines Recticles - bestimmt und die abgebildete StrahIung auf einen in der Modulations­ ebene angeordneten Detektor (10) gelenkt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the storage of the missile or vehicle ( 3 ) (in azimuth and elevation) by a location-dependent modulation - z. B. by means of a recticle - and the radiation shown is directed onto a detector ( 10 ) arranged in the modulation plane. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Flugkörpern bzw. Fahrzeugen (3) zu deren Lenkung unterschiedliche Kodierungen verwendet werden.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that different codes are used to steer several missiles or vehicles ( 3 ). 4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die gepulste Strahlung (2) des Lasersenders (5) über einen Duplexer (8) und eine Aufweiteoptik (7) auf den Retroreflektor (4) und von hier auf umgekehrtem Weg über die Aufweiteoptik (7) und den Duplexer (8) auf einen Vierquadrantendetektor gelenkt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • a) der Vierquadrantendetektor durch ein Reticlegoniometer austausch­ bar ist,
  • b) die opto-elektronisch umgewandelten Signale über eine programmge­ steuerte Torschaltung (12) in die Auswerteelektronik (13) sowie - als Stop-Signale - auf einen Zähler gelangen und
  • c) der Zähler über die Zeitprogrammsteuerung (14) die Länge des Zeit­ tores optimiert.
4. Arrangement for performing the method according to claim 1, wherein the pulsed radiation ( 2 ) of the laser transmitter ( 5 ) via a duplexer ( 8 ) and an expansion optics ( 7 ) on the retroreflector ( 4 ) and from here in the opposite way via the expansion optics ( 7 ) and the duplexer ( 8 ) is directed to a four-quadrant detector, characterized in that
  • a) the four-quadrant detector can be replaced by a reticle goniometer,
  • b) the opto-electronically converted signals via a programmable gate circuit ( 12 ) in the evaluation electronics ( 13 ) and - as stop signals - get to a counter and
  • c) the counter on the time program control ( 14 ) optimizes the length of the time gate.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (13) über eine Kodierungseinheit (16) und einen Pulsfolgegeber (6) die Pulsfolgemodulation des Lasersenders (5) steuert.5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the evaluation electronics ( 13 ) via a coding unit ( 16 ) and a pulse train encoder ( 6 ) controls the pulse train modulation of the laser transmitter ( 5 ).
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