DE3816053C1

DE3816053C1 -

Info

Publication number: DE3816053C1
Application number: DE19883816053
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 8221 Kienberg De Knauer; Gunther Dr. 8012 Ottobrunn De Sepp
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1988-05-11
Filing date: 1988-05-11
Publication date: 1989-12-07
Also published as: SE8900747L; GB2219167B; GB8910109D0; GB2219167A; SE8900747D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Höhenmesser für tieffliegende Flugkörper FK, wie beispielsweise Submunitionsbehälter, die mit einem Flugführungssystem und einem Inertial-Navigationssystem ausgerüstet sind.

Flugführungs- und Laserleitstrahlsysteme sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt, wie beispielsweise aus den US-PS 23 50 820 und 36 15 135. Weiterhin ist es aus der CH 6 64 022 A5 bekannt, bei einem elektrooptischen Entfernungsmesser eine Strahlablenkung mittels drehen der Keile durchzuführen.

Die Flugführung von Flugzeugen und Flugkörpern erfordert die wetterunab hängige Messung der aktuellen Flughöhe. Wegen der auch bei Schlechtwet terbedingungen hohen Transmission der Atmosphäre für Radarwellen verwen det der Stand der Technik in der Regel Radarhöhenmesser. Laserstrahlung wird dagegen durch Nebel und Wolken stark geschwächt, so daß Laserent fernungsmesser vom Stand der Technik bisher als ungeeignet für eine Höhenmesserverwendung angesehen worden sind.

Nebel und Wolken sind die wichtigsten Ursachen für die Dämpfung von Laserstrahlung mit Wellenlängen des nahen IR, wie sie bei Halbleiterla sern auftreten. Regen, Schnee und Hagel spielen hier nur eine unterge ordnete Rolle. Die Dämpfung des Laserstrahls kann dabei aus der meteo rologischen Sichtweite im Nebel bzw. in einer Wolke abgeleitet werden. Nun ist aber zur Abschätzung wetterbedingter Ausfallraten eines "Laser höhenmessers", die Möglichkeit gegeben die regionalen Wetterstatistiken bezüglich Bodennebel und Wolkenuntergrenze heranzuziehen. Diese zeigen nun an, daß in Mitteleuropa in 98 von 100 Stunden die Sichtweite bei Bodennebel größer als ca. 200 m ist und daß eine Sichtweite von nur 50 m höchstens in einer von 100 Stunden erreicht oder unterschritten wird.

Diese vorstehenden Überlegungen lassen entgegen der allgemeinen Ansicht des Standes der Technik den Schluß zu, daß Laserentfernungsmesser für tieffliegende Submunitionsbehälter (Dispenser) als Höhenmesser mit absolut ausreichender Zuverlässigkeit einsatzfähig sind, da bei den hier erforderlichen geringen Meßreichweiten die Dämpfung der Laserstrahlung auch bei Schlechtwetter und Nebel nicht zu groß wird. Ausfälle eines solchen Laserhöhenmessers treten nur bei extrem schlechten Sichtverhält nissen auf und sind jedoch - wie die Statistiken zeigen - hinreichend selten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Höhenmesser für tieffliegende Flugkörper zu schaffen, der nicht mehr störbar und ortbar ist und dennoch auch bei natürlichem Nebel und schlechten Sicht verhältnissen bis zu einem hohen Grade funktionstüchtig ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 oder 2 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispie le erläutert und in den Figuren der Zeichnung skizziert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schemabild eines Laserhöhenmessers mit Umlenkspiegel und drehbarer Keilplatte zur Bündelablenkung für den Geländefolge flug,

Fig. 2 ein Schemabild eines Laserhöhenmessers mit Umlenkspiegel zur Rollkompensation,

Fig. 3 ein Schemabild einer Anordnung von Einzel-Laserhöhenmesser an der Unterseite des Flugkörpers mit starrer Blickrichtung und von der Flugkörperheckseite aus gesehen,

Fig. 3a ein Schemabild der Anordnung gemäß Fig. 3 von der Flugkörper längsseite aus gesehen,

Fig. 4 eine Schemaskizze des Höhenmeßverfahrens mit mehreren unbewegli chen Laserhöhenmesser und deren Taststrahlen in schematischer Darstellung,

Fig. 5 ein Diagramm über den Zusammenhang zwischen Sichtweite V und erforderlicher Laser-Sendeleistung P _L bei einer Höhe von 200 m und reduzierter S/N-Anforderung von 20 dB,

Fig. 6 ein Diagramm über den Zusammenhang zwischen Meßentfernung R und Sichtweite V bei einer Sendeleistung von 30 mW und S/N = 28 dB.

Die kritische Flugphase eines Dispensers oder Lenkflugkörpers ist der Geländefolge- bzw. Endanflug in ca. 50 m Höhe. Zumindest bis auf diese Entfernung ist ein Laserentfernungsmesser LEM als Laserhöhenmesser LHM einsetzbar, wenn er so dimensioniert wird, daß er in dieser Flughöhe und bei starkem Nebel mit Sichtweiten um 50 m gerade noch die erforderliche Meßgenauigkeit erreicht. Größere Flughöhen ohne entsprechend bessere Sicht führen jedoch zu Meßausfall. Wie die vorerwähnten Statistiken jedoch zeigen, liegt eine mögliche Ausfallrate unter 2%.

Der vorgeschlagene Laserhöhenmesser LHM ist gegen hochenergetische Radarstörstrahlung immun. Störlaser können den LHM höchstens kurzzeitig solange blenden, wie ihre Störstrahlung während des Flugkörper-Überflu ges in das extrem kleine LHM-Gesichtsfeld fällt. Ein permanente Zerstö rung der LHM-Optik durch Hochenergielaser ist auf diesem Flugkörper- bzw. Dispenser-Scenario nicht zu erwarten, so daß Funktionsstörungen der Flugkörperhöhenhaltung durch Störstrahler praktisch als ausgeschlossen angesehen werden können.

Um nun immer die Höhe über Grund zu messen, muß das enge Gesichtsfeld des LHM auch bei Rollbewegungen des Flugkörpers (Kurvenflug) senkrecht nach unten blicken können. Dies wird durch ein vom FK-Navigationssystem gesteuertes Schwenken des LHM 1 bzw. eines Umlenkspiegels Sp gewährlei stet. Für die Geräteauslegung werden folgende Faktoren angesetzt:

Als Meßbereich werden für die Start- und Endphase ca. 200 m angesetzt und für die Flugphase 50 m. Die Meßgenauigkeit liegt unter 1 m und die Blickrichtung der LHM geht einerseits lotrecht nach unten und soll auch bei Rollbewegungen des FK um ±75° gehalten werden. In weiterer Ausle gung wird eine Blickrichtung schräg nach vorne unter einem Winkel von 45° bis 60° durch den LHM 2 geschaffen, der einen Quasi-Konturenflug ermöglicht. Als Abtastrate des Bodens sind ca. 10 Hz ausreichend.

Von diesen Faktoren ausgehend sieht die Erfindung vor, daß die LHM-Emp fangsoptik 10 ein Cassegrain-Spiegelteleskop kurzer Bauweise ist in das der Halbleiterlaser 11 mit einem Mikroskopobjektiv 12 den Laserstrahl in das sogenannte "tote" Zentrum der Optik 10 einspiegelt. Um trotz der kleinen Abmessungen eine ausreichende Leistungsbilanz zu erhalten, müssen Sende- und Empfangsgesichtsfeld auf einige mrad beschränkt bleiben. Eine Weitwinkelerfassung von ±75° ist infolge der Rollbewegun gen des FK nicht statisch realisierbar, sondern nur mit Hilfe eines durch einen Antrieb 16 nachgesteuerten Ablenkspiegels Sp, der unter einer 45°-Neigung auf der horizontal angeordneten Achse 15 der Verstell einheit bzw. des Antriebs 15 angeordnet ist. Wie die Fig. 2 veranschau licht, trifft der Taststrahl des LHM horizontal auf den Spiegel Sp und wird rechtwinklig nach unten oder je nach Spiegelstellung zur Seite abgelenkt.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Empfangsoptik gezeigt, mit der umschaltbare Blickrichtungen schräg nach vorn ermöglicht werden und dadurch auf den kompletten LHM 2 verzichtet werden kann. Hier wird zwischen Optik 10 und Spiegel Sp eine drehbare Keilplatte 17 angeordnet, die den Taststrahl wahlweise auf den Spiegel Sp oder daran vorbei lenkt. Hierzu sind Drehungen der Keilplatte 17 um 180° erforderlich, die von einem Antrieb (nicht gezeichnet) vorgenommen werden. Die Sende-Empfangs einheit muß in diesem Falle - wie in der Figur gezeigt - leicht angewin kelt eingebaut werden, damit die Bündelablenkung durch das Prisma 14 in beide Richtungen wirksam werden kann. Hierzu reicht eine einzelne Keilplatte aus.

In den Fig. 3 und 3a ist ein Ausführungsbeispiel ohne bewegte Teile dargestellt. Hier sind 3 oder mehr komplette Sende-Empfangseinheiten bzw. LHM 1, LHM 2, LHM 3 starr auf bestimmte Blickrichtungen in einer FK-Kuppel 20 angeordnet. Hiermit werden aus den Entfernungsinformationen der einzelnen LHM sowie der Inertialinformation des künstlichen Hori zonts über trigometrische Umrechung die Flughöhe sowie die Gelände kontur ermittelt. Für die Signalverarbeitung sind zwei Versionen mög lich, einmal hat jeder Kanal seine eigene Entfernungsauswertung oder im anderen Fall ist eine einzige Auswerteinheit angeordnet und mit sequentiel ler Abfrage der einzelnen Kanäle. In beiden Fällen ist ein einfacher Rechner erforderlich, der die trigonometrischen Algorithmen bearbeitet, um die tatsächliche Flughöhe zu ermitteln.

In den Fig. 5 und 6 sind in Diagrammen die kritischen Zusammenhänge zwischen Sichtweite und erforderlicher Sendeleistung bzw. Reichweite veranschaulicht. Die geforderte Mindestsichtweite von 50 m für den Streckenflug in 50 m Höhe entspricht der von dichtem Nebel, wird also nur in Extremfällen - also bei künstlichem Nebel oder Rauch - unter schritten.

Claims

1. Höhenmesser für tieffliegende Flugkörper FK, wie beispielsweise Submunitionsbehälter, die mit einem Flugführungssystem und einem Iner tial-Navigationssystem ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Höhenmesser ein Laserhöhenmesser (LHM) verwendet wird, der aus einem AM/CW-Halbleiterlaser-Laserentfernungsmesser (LEM) gebildet ist, der auch bei Rollbewegungen des Flugkörpers ständig eine Messung nach unten gewährleistet, in dem der Laserhöhenmesser (LHM 1) oder ein seiner Optik zugeordneter Umlenkspiegel (Sp) schwenkbar angeordnet und von dem Inertial-Navigationssystem (INS) des Flugkörpers (FK) gesteuert wird.

2. Höhenmesser für tieffliegende Flugkörper FK, wie beispielweise Submunitionsbehälter, die mit einem Flugführungssystem und einem Iner tial-Navigationssystem ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Laserhöhenmesser (LHM 1, LHM 2, LHM 3) als komplette Sende/Emp fangseinheiten mit bestimmten starren Zielrichtungen zusammengefaßt sind und ihnen zur Bearbeitung der trigonometrischen Algorithmen bezüglich der tatsächlichen Flughöhe ein eigener Rechner zugeordnet ist.

3. Höhenmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als LHM-Empfangsoptik (10) ein Cassegrain-Spiegelteleskop kurzer Bauweise verwendet wird, in welches ein Halbleiterlaser (11) mit Mikros kopobjektiv (12) den Laserstrahl ins "tote" Zentrum der Optik (10) einspiegelt.

4. Höhenmesser nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der nachsteuerbare Umlenkspiegel (Sp) unter einer 45°-Neigung auf der horizontalen Achse (15) der Verstelleinheit (16) angeordnet ist.

5. Höhenmesser nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Empfangsoptik (10) und dem Spiegel (SP) eine drehbare Keilplatte (17) angeordnet ist.