DE3835883C2 - Verfahren zur Zielerkennung für Flugkörper mit einem Suchkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zielerkennung für Flugkörper mit einem Suchkopf, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist.

Derartige Verfahren sind an sich bekannt und können in sogenannten Suchzündergeschossen zur Anwendung kommen (vgl. z. B. Flume, "Artilleriemunition: Bessere Wirkung im Ziel", Wehrtechnik 1985, Seiten 112 bis 120). Die Suchzündergeschosse werden üblicherweise über dem Ziel­ gebiet aus einem Trägergeschoß ausgestoßen und sinken an einem Fallschirm rotierend zur Erde. Durch die Rotation der Geschosse wird das Zielgebiet abgetastet. Bei Er­ kennen eines Zieles wird eine projektilbildende Ladung gezündet, die das Ziel dann zerstört.

Zur Zielerkennung wird u. a. die geometrische Abmessung des Zieles benutzt. Ziele, die vorgegebene Maße über­ bzw. unterschreiten, werden als Falschziel identifiziert und ausgeschlossen.

Die Ausdehnung eines Zieles in X-Richtung ergibt sich aus der Zahl der Detektorelemente N, die ein der Targettempera­ tur entsprechendes Ausgangssignal aufweisen. Die räumliche Ausdehnung ergibt sich aus dem vorgegebenen Abbildungs­ maßstab und berücksichtigt den Öffnungswinkel ϕα eines Elementes der Detektorzeile sowie den Abstand R zwischen Flugkörper und Ziel gemäß der Beziehung

X = N·R·ϕα (1).

Zur Ermittlung der Ausdehnung des Zieles in Abtastrich­ tung Y wird die Zeit T ermittelt, während der der Suchkopf das Ziel bei einer Umdrehung abtastet. Es gilt dann

Y = T·V_SC (2)

mit

V_SC = ω·R·sinϕ

wobei ω = Winkelgeschwindigkeit des Geschosses
R = Abstand zwischen Geschoß und Ziel,
ϕ = Winkel zwischen Drehachse und Symmetrieachse des Flugkörpers
bedeuten.

Bei den bekannten Anordnungen wird der Wert ω·sinϕ als konstant angenommen.

Unter realen Bedingungen sind sowohl ω als auch ϕ zeitlich nicht konstant.

Insbesondere durch aerodynamische Einflüsse oder nicht vollständiges Aufklappen des die Rotation des Suchzünders bewirkenden Autorotationsfallschirmes erfolgt eine Ver­ minderung der Winkelgeschwindigkeit ω oder auch eine Pendelbewegung des Systems, die zu Schwankungen von ϕ führt. Als Konsequenzen davon ergeben sich kleinere Drehraten bzw. Scangeschwindigkeiten V_SC. Das Ziel erscheint größer als es in Wirklichkeit ist. Ähnliches gilt für Abweichungen von ϕ. Die Signatur erscheint bei größeren Pendelbewegungen des Suchzünders durch Änderungen von ϕ während des Suchvorganges in Y-Rich­ tung verzerrt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren der eingangs erwähnten Art so weiterzuentwickeln, daß entsprechende Verzerrungen des abgetasteten Zieles in Y-Richtung möglichst gering sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche offenbaren besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe von Figuren näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Suchzündergeschoß beim Abscannen des Bodens nach Zielen;

Fig. 2 den schrittweisen Ablauf zur Ermittlung der geometrischen Zieldaten;

Fig. 3 ein Suchzündergeschoß mit einem im Schwerpunkt angeordneten Beschleunigungssensor;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Beschleuni­ gungssensors gem. Fig. 2;

Fig. 5 ein Suchzündergeschoß mit am Rand angeordnetem Beschleunigungssensor;

Fig. 6 den in Fig. 4 verwendeten Beschleunigungssensor; und

Fig. 7 eine Schaltung zur Auswertung der Sensorsignale.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Flugkörper und mit 11 dessen Schwerpunkt bezeichnet. Der Flugkörper 10 dreht sich um die Drehachse 12, welche mit der Symmetrieachse 13 des Flugkörpers 10 einen Winkeln einschließt, so daß die Symmetrieachse 13 auf dem Boden eine Abtastbahn 14 beschreibt.

Der Flugkörper 10 enthält eine in Fig. 1 nicht dargestell­ te Abbildungsoptik, die im wesentlichen aus einer Infra­ rotdetektorzeile besteht. Diese Abbildungsoptik des Such­ zündergeschosses 10 erfaßt einen Bereich 15 am Boden, der der Projektion der Detektorzeile (auch Footprint genannt) entspricht. Schematisch wurden acht Pixel entsprechend der Anzahl an Elementen der Detektorzeile eingezeichnet.

Schraffiert dargestellt ist ebenfalls das Ziel 20. Dieses umfaßt beispielsweise drei Pixel in X-Richtung während des Abtastvorganges.

Wie bereits eingangs erwähnt, werden zur Zielerkennung die geometrischen Abmessungen des Ziels in X- und Y-Rich­ tung benutzt. Die Abmessungen in X-Richtung ergeben sich aus der Zahl der Detektorelemente N, die ein der Target­ temperatur entsprechendes Ausgangssignal aufweisen. Die räumliche Ausdehnung ergibt sich aus dem vorgegebenen Abbildungsmaßstab und berücksichtigt den Öffnungswinkel δα eines Elementes der Detektorzeile sowie die Ent­ fernung R, so daß X mit Hilfe von Gleichung (1) bestimmt werden kann.

Die Angaben in Y-Richtung werden mit Hilfe von Gleichung (2) ermittelt, wobei erfindungsgemäß die Scangeschwindig­ keit V_SC nicht als konstant angenommen wird. Vielmehr wird die Scangeschwindigkeit während des Abtastvorganges fortlaufend ermittelt und die genaue Ausdehnung des Zieles in Y-Richtung berechnet. Dabei können alternativ verschiedene Verfahren zur Anwendung kommen: Im einfach­ sten Fall wird ϕ weiterhin als konstant angenommen und lediglich die Winkelgeschwindigkeit ω gemessen. Es kann aber auch sowohl ϕ wie ω gemessen werden und die Aus­ dehnung in Y-Richtung ermittelt werden.

Im folgenden wird der Ablauf eines Verfahrens mit Hilfe von Fig. 2 näher erläutert, bei dem jeweils ω als auch die Änderung δϕ von ϕ ermittelt wird:

Aus den gemessenen Werten für N, T (vgl. Block 100) und R (Block 101) sowie den vorgegebenen Werten für δϕ, ω und ϕ wird zunächst das Bild in X- und Y-Richtung in einem Speicher aufgebaut (Block 102). Beim Verfahren nach dem Stand der Technik wird damit die Signaturgewinnung abge­ schlossen.

Erfindungsgemäß wird nun eine Korrektur der Y-Werte durchgeführt (gestricheltes Feld 103). Hierzu wird zu­ nächst die Radialbeschleunigung br des Flugkörpers mit einem Beschleunigungssensor gemessen (Block 104) und daraus die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit ist mit Hilfe der Beziehung

ω_ist = (br/r)^1/2 (3)

ermittelt, wobei r den Abstand zwischen der Drehachse (12) und dem Ort des Beschleunigungssensors bedeutet. An­ schließend wird eine erste Korrektur des Y-Wertes durch­ geführt, indem der als konstant angenommene Wert ω_soll durch Gl. (3) ersetzt wird, so daß der korrigierte Wert Y′ folgt.

Y′ = T·R·ω_ist·sin (ϕ_soll)

Zur Korrektur der Lage bzw. der Änderung des Winkels durch Pendelbewegungen werden mit Hilfe eines weiteren Beschleunigungssensors, die jeweiligen Beschleunigungs­ schwankungen δϕ gemessen (Block 106). Aus den Werten δϕ können dann die entsprechenden Werte für δϕ mit Hilfe der Beziehung

δϕ = arccos (δ b/b_soll) (4)

bestimmt werden, wobei b_soll der dem vorgegebenen Winkel ϕ_o entsprechende Beschleunigungswert in Richtung der Drehachse (12) ist. Anschließend erfolgt dann die zweite Korrektur des ursprünglichen Y-Wertes (Block 107):

Y′′ = T·R·ω_ist·sin (ϕ_o + δϕ)

Als Ausgabe ergeben sich dann scangeschwindigkeits- und lagekorrigierte IR-Signaturwerte (Block 108).

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen den prinzipiellen Aufbau eines Beschleunigungssensors 16 im Flugkörper 10 zur Bestim­ mung der Lage bzw. Abweichung der Drehachse relativ zur Richtung der Erdbeschleunigung g. Der Lage- bzw. Be­ schleunigungssensor 16 wird hierzu vorzugsweise im Schwer­ punkt 11 des Flugkörpers 10 angebracht. Bei Benutzung eines Festkörperbeschleunigungssensors, der auf der Ver­ biegung eines Kantilevers 17 zur Bestimmung der Erdbeschleu­ nigung beruht, wird der Sensor 16 so angebracht, daß der Kantilever 17 senkrecht zur Richtung von g ausgerichtet ist und in dieser Lage den maximalen Wert der Erdbeschleuni­ gung anzeigt. Abweichungen der resultierenden ermittelten Beschleunigung δb von b_soll lassen dann auf eine ab­ weichende Lage der Drehachse 12 des Suchzünders im Raum 25 schließen und lassen sich mit Hilfe von Gleichung (4) berechnen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel zur Be­ stimmung der Radialbeschleunigung br. Ein Beschleunigungs­ sensor 18 wird außerhalb der Drehachse 12 in einem festen Abstand r montiert, derart, daß die auftretende Radial­ beschleunigung br senkrecht zur Drehachse 12 gerichtet ist und nur diese Komponente registriert wird.

Bei einem Beschleunigungssensor, der auf der Verbiegung eines Kantilevers 19 beruht, wird der Beschleunigungs­ sensor so angebracht, daß der Kantilever 19 parallel zur Drehachse 12 gerichtet ist. Die Winkelgeschwindigkeit wird dann mit Hilfe Gleichung (3) berechnet.

Fig. 7 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer Aus­ werteelektronik 30.

Dabei gelangen die Signale der Beschleunigungssensoren 16 und 18 über AD-Wandler 31 und 32 zu einem Mikrocomputer (µC) 33, der die Winkelgeschwindigkeiten ω, die Lage­ abweichungen δϕ und die Abmessungen X, Y′′ des abgeta­ steten Zieles ermittelt und mit vorgegebenen Werten vergleicht. Über eine Leitung 34 werden dann ggf. Zünd­ signale an eine nicht dargestellte Zündvorrichtung gegeben.

Um etwaige Abweichungen durch Temperaturänderungen zu berücksichtigen, wird die Temperatur in der Nähe der Beschleunigungssensoren 16 und 18 mittels eines Thermo­ elementes 35 gemessen und über einen Verstärker 36 und einen AD-Wandler 37 dem Mikrocomputer 33 zugeführt, so daß eine Datenkorrektur der Beschleunigungswerte br und δb erfolgen kann.

Claims (6)

1. Verfahren zur Zielerkennung für Flugkörper (10) mit einem Suchkopf, wobei der Flugkörper (10) während des Sinkfluges rotiert und das Gelände nach möglichen Zielen (20) abtastet, indem die geometrischen Abmes­ sungen möglicher Ziele (20) in Richtung der Abtast­ bahn (Y-Richtung) (14) und in Richtung senkrecht zur Abtastbahn (X-Richtung) unter Berücksichtigung des Abstandes r zwischen Flugkörper (10) und möglichem Ziel (20) ermittelt und mit entsprechend gespeicher­ ten Werten verglichen werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Winkelgeschwin­ digkeit ω_ist des Flugkörpers (10) während des Abtastvorganges fortlaufend ermittelt wird und aus diesen Werten Bildkorrekturwerte berechnet werden, mit denen eine Korrektur der geometrischen Abmes­ sungen des möglichen Zieles in Y-Richtung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeit ω_ist durch Messung der Radialbeschleunigung (br) und mit Hilfe folgender Beziehung ω_ist = (br/r)^1/2ermittelt wird, wobei r den Abstand zwischen Drehachse (12) und Ort des Sensors (18) bedeutet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Win­ kelgeschwindigkeit ω_ist des Flugkörpers (10) auch der Winkel ϕ zwischen Drehachse (12) und Symmetrieachse (13) des Flugkörpers (10) während des Abtastvorganges fortlaufend ermittelt und aus diesen Werten Bildkorrek­ turwerte berechnet werden, mit denen eine Korrektur der geometrischen Abmessungen des möglichen Zieles (20) in Y-Richtung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Winkelgeschwindigkeit ω_ist des Flugkörpers (10) auch die Winkeländerungen δϕ gegenüber einem vorgegebenen konstanten Winkel ϕ_o zwischen Drehachse (12) und Symmetrieachse (13) des Flugkörpers (10) während des Abtastvorganges fortlaufend ermittelt und aus diesen Werten Bildkorrekturwerte berechnet werden, mit denen eine Korrektur der geometrischen Abmessungen des möglichen Zieles (20) in Y-Richtung erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel δϕ durch Messung der Beschleunigungsänderungen δ6 in Richtung der Drehachse (1) des Flugkörpers (10) und mit Hilfe der folgenden Beziehung δϕ = arccos (δ b/b_soll)ermittelt wird, wobei b_soll der dem vorgegebenen Winkel ϕ_o entsprechende Beschleunigungswert in Rich­ tung der Drehachse (12) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschleunigungs­ sensoren Festkörperbeschleunigungsmesser verwendet werden.