DE3919851C1 - Zieleinrichtung für Lenkflugkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zieleinrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten gattungsbestimmenden Merkmalen.

Bei derartigen Systemen werden im allgemeinen die Lenkflugkörper über einen nachgeschleppten Draht oder eine nachgeschleppte Nachrichtenfaser mit Steuerinformationen versorgt, die aus einem meist opto-elektronischen Zielverfolgungsgerät stammen. Der leuchtende Auspuff des Geschosses oder ein daran angebrachter Leuchtsatz wird von diesem Sensor erfaßt und die Ablage dieses Leuchtpunktes nach Betrag und Winkel von der geräteeigenen Zielachse festgestellt und in Steuersignale für den Lenkflugkörper umgesetzt. Die dazugehörigen Sichtmittel enthalten eine Zielmarke. Der Richtschütze versucht, diese während der gesamten Flugzeit des Lenkflugkörpers auf dem Ziel zu halten und ggf. Zielbewegungen nachzuführen. Nur wenn die Zielachse der Sichteinrichtung, markiert durch die eben erwähnte Zielmarke, mit der Zielachse der erwähnten Lenkeinrichtung übereinstimmt, kann getroffen werden. Die Genauigkeit dieser Übereinstimmung ist damit entscheidend für die Wirksamkeit des gesamten Waffensystems überhaupt.

In modernen Zieleinrichtungen für derartige Waffensysteme werden häufig mehrere verschiedene Sichtgeräte gleichzeitig oder abwechselnd eingesetzt. Einem Tagsichtkanal wird für die Nacht und ggf. auch für schwierige Sichtverhältnisse bei Tag (Nebel, Dunst) ein zusätzlicher Wärmebildsensor hinzugefügt, um eine Tag- und Nachtverwendbarkeit des Waffensystems möglich zu machen.

Es ergibt sich daraus zwangsläufig die Notwendigkeit, daß auch die durch die Zielmarke dieser Geräte dargestellte Zielachse mit der Zielachse des Lenksystems übereinstimmt. Die Ausrichtung der verschiedenen Zielachsen auf denselben Zielpunkt wird üblicherweise als Achsharmonisierung bezeichnet.

Um Deckungsgleichheit aller Zielachsen sämtlicher Ziel- und Sichgerätesensoren möglich zu machen, sind die verschiedensten technischen Lösungen bekannt. Zu diesem Zweck wird entweder aus einem gemeinsamen Zielmarkenprojektor (Kollimator) in einer komplizierten optischen Anordnung allen Sensoren eine gemeinsame Zielachsenrichtung zugeführt. Sie dient dann entweder direkt als Zielmarke oder wird zur Justage von geräteintern erzeugten Zielmarken verwendet.

Verschiedene solcher Systeme sind in der deutschen Patentschrift DE 34 28 990 C2 angegeben und beschrieben.

Obwohl bei diesen Systemen die gemeinsame Zielachsenrichtung permanent zur Verfügung steht, muß die Einspiegelung während des eigentlichen Zielvorganges ausgeblendet werden, da es sonst zu Verwechslungen zwischen dem Zielmarkenbild und Bild des Lenkwaffenleuchtsatzes kommt. Während des Zielvorganges eintretende Dejustagen der Sichtgeräte zueinander werden also nicht erfaßt.

Bei einer alternativen Justiereinrichtung wird von Zeit zu Zeit eine optische Anordnung in den Strahlengang aller Sensoren eingeschwenkt, die dann eine Nachjustierung aller Sensorzielmarken erlaubt. Dies ist weniger aufwendig und ergibt eine höhere Freiheit bezüglich der räumlichen Anordnung der Sensoren, hat aber den grundsätzlichen Nachteil, daß zwischen diesen Justagevorgängen Veränderungen der Ziellinienlagen nicht erfaßt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zieleinrichtung zu schaffen, bei der die Zielmarkenlage der Sichtgeräte auch während der Flugzeit des Lenkflugkörpers mit der Zielachse der Lenkeinrichtung harmonisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Zieleinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich aus den Merkmalen des Unteranspruchs 2.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das Bild des Leuchtsatzes oder des Auspuffs der Lenkwaffe selbst als Referenz für die Nachjustierung aller Sensoren zu verwenden. Die Lenkeinrichtung mit ihrem opto-elektronischen Sensor liefert permanent (bzw. in abfragbaren Intervallen) eine Information über die Relativlage zwischen dem Lenkflugkörperbild und der Zielachse dieses Sensors. Alle übrigen Sensoren liefern gleichzeitig ebenfalls jeweils ein Bild dieses Lenkflugkörpers und seines Leuchtsatzes. Unter der Voraussetzung, daß es sich auch bei diesen Sensoren um elektrooptische Systeme handelt, liegt dann ein entsprechendes, z. B. Fernsehausgangssignal vor, das durch eine elektronische Auswertung erlaubt, auch hier jeweils eine Information über Größe und Winkellage der Ablage des Lenkflugkörperbildes von der individuellen Zielachse des jeweiligen Sensors zu ermitteln. Durch elektronischen Vergleich der Werte der jeweiligen Sensoren mit dem allein wesentlichen, des den Lenkflugkörper steuernden Sensors, kann unschwer eine Korrekturgröße ermittelt werden, die zur entsprechenden Verschiebung des Zielmarkenbildes im jeweiligen Sichtgerät benutzt werden kann.

Erfindungsgemäß ergibt sich damit folgende Vorgehensweise:

• 1. Nach Abschuß des Lenkflugkörpers wird in auszuwählenden Intervallen die Ablage des Lenkflugkörperbildes von den jeweiligen individuellen Zielachsen der einzelnen Sichtgeräte- Sensoren ermittelt.
• 2. Der Ablagewert des den Lenkflugkörper steuernden Sensors wird als Referenz benutzt, um die jeweiligen individuellen Ablagewerte der anderen Sensoren damit zu vergleichen und entsprechende Abweichungssignale nach Betrag und Richtung zu ermitteln.
• 3. Diese Abweichungsinformationen werden dazu benutzt, um die Zielmarkenlage auf der Anzeige der zugehörigen Sichtsensoren entsprechend zu korrigieren.

Wenn man die Achsharmonisierung auf diese beschriebene Weise nach dem Abschuß des Lenkflugkörpers durchführt, ist eine Korrektur aller bis dahin erfolgten Zielachsenverlagerungen mit Sicherheit gewährleistet, gleich aus welcher Ursache und zu welchem Zeitpunkt sie eingetreten sind. Der jeweils das Geschoß lenkende Sensor bestimmt automatisch die Zielmarkenlage in allen Sichtsensoren. Da Veränderungen der Zielachsenlage im allgemeinen langsam vor sich gehen, genügt ein einmaliger Korrekturvorgang, er läßt sich aber nach Bedarf und Wunsch beliebig häufig während der Flugzeit wiederholen. Hierbei sind auch Mittelungen über mehrere Abfragewerte möglich, was die Zielgenauigkeit bei Dejustierungen aufgrund von Erschütterungen steigert. Eine möglichst genaue Vorjustierung aller Zielachsen ist nützlich, aber nicht notwendig, solange die Gesichtsfelder der einzelnen Sensoren einen ausreichend hohen Grad der Überdeckung haben. Dies ist bei den Größenordnungen, die im allgemeinen bei derartigen Systemen zu kompensieren sind, ohne jede Zweifel immer gewährleistet.

Bildanalyse-Rechner zur Ermittlung der Ablage in den Sicht- Sensoren sind bekannt, wobei dem Problem angepaßte Hardware- Schaltungen den Vorteil größerer Auswertegeschwindigkeit haben.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der schematischen Darstellung in der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Zieleinrichtung mit verschiedenen Sensoreinheiten auf einer gemeinsamen Plattform;

Fig. 1a die Flugbahn des Lenkflugkörpers aus der Sicht der Lenkeinrichtung;

Fig. 2 Funktionsteile des Zielmarkengenerators.

In Fig. 1 sind auf einer gemeinsamen Plattform 10 eine Lenkeinrichtung 11, eine erste Sichteinrichtung 12 und eine zweite Sichteinrichtung 13 in zueinander fester Ausrichtung befestigt.

Innerhalb der Lenkeinrichtung 11 wird der Leuchtansatz eines Lenkflugkörpers 14 mit Hilfe einer geeigneten Optik 15 als leuchtender Punkt auf einem Sensor 16 abgebildet. Die optische Achse dieser Anordnung bildet die Zielachse 17. Ihre Lage auf dem Sensor 16 wird durch die Nullpunktskoordinaten R₀, ϕ₀ bezeichnet. Die Sensorsignale werden einem Rechner 18 zugeführt, der die Ablagekoordinaten R, ϕ des Bildes des Lenkflugkörpers 14 bezogen auf die geräteeigenen Nullpunktskoordinaten R₀, ϕ₀ ermittelt.

In Fig. 1a ist die Flugbahn 19 des Lenkflugkörpers 14 aus der Sicht des Sensors 16 dargestellt. Die Zielachse 17 wird durch die Nullpunktskoordinaten R₀, ϕ₀ repräsentiert. Das Bild des Lenkflugkörpers 14 erscheint als Leuchtpunkt 20 mit den Koordinaten R, ϕ in senkrechter Projektion auf die Zielachse 17. Die Annäherung der Flugbahn des Lenkflugkörpers an die Zielachse 17 hat in der Regel einen spiralförmigen Verlauf, so daß die Beschreibung der Ablage in Polarkoordinaten zweckmäßig ist. Selbstverständlich kann auch ein kartesisches Koordinatensystem gewählt werden.

Die von dem Rechner ermittelten Ablagekoordinaten R, ϕ dienen einerseits als Steuersignale für die Flugbahn des Lenkflugkörpers 14 und werden über eine Antenne 21 an seine Lenkeinrichtung gesendet. Andererseits werden sie auch den Zielmarkengeneratoren 22, 23 als Referenzsignale zugeführt.

Als erste Sichteinrichtung 12 ist eine Fernsehkamera (TV) für die Tagsicht vorgesehen. Die Sichtachse 24 der Fernsehkamera wird auf dem zugehörigen Monitor 25 durch eine Zielmarke 26 dargestellt. Ihr werden die Nullpunktskoordinaten R₀, ϕ₀ (TV) zugeordnet.

Bei der Montage der Sichteinrichtung 12 auf der Plattform 10 wird die Sichtachse 24 in bekannter Weise mit Hilfe eines Kollimatorsystems auf denselben Zielpunkt ausgerichtet wie die Zielachse 17, so daß in beiden Systemen die Abbildungskoordinaten des im Unendlichen liegenden Zielpunktes mit den geräteeigenen Nullpunktskoordinaten zusammenfallen. Da bei herkömmlichen Zieleinrichtungen die Darstellung der Zielmarke 26 an die geräteeigenen Nullpunktskoordinaten gekoppelt ist, muß diese Justierung regelmäßig kontrolliert und gegebenenfalls korrigiert werden, um bei Ausrichtung der Zielmarke 26 auf ein Zielobjekt 27 gewährleisten zu können, daß die von der Lenkeinrichtung ausgehenden Steuersignale den Lenkflugkörper auf dasselbe Zielobjekt richten.

Erfindungsgemäß ist jetzt ein Zielmarkengenerator 22 vorgesehen, der anhand der Fig. 2 näher beschrieben wird. Ein Speicher 28 enthält die geräteeigenen Nullpunktskoordinaten R₀, ϕ₀ (TV). In einen Bildanalyse-Rechner 29 werden die bilddarstellenden TV-Signale eingegeben und aus diesen die Bildkoordinaten des Leuchtpunktes 20 herausgesucht. Unter Berücksichtigung der ebenfalls in den Rechner 29 eingegebenen Nullpunktskoordinaten werden die Ablagekoordinaten R, ϕ (TV) des Leuchtpunktes 20 in Bezug auf die geräteeigenen Nullpunktskoordinaten bestimmt. In einen nachfolgenden Vergleicher 30 werden zusätzlich die Ablagekoordinaten R, ϕ der Lenkeinrichtung eingegeben, so daß eine eventuelle Abweichung zwischen den beiden Ablagekoordinaten festgestellt werden kann.

Die Abweichung wird dann in einem nachfolgenden Korrigierer 31 dazu benutzt, korrigierte Werte R₀′, ϕ₀′ (TV) für die Nullpunktskoordinaten zu erzeugen und an dieser Stelle auf dem Monitor 25 die Zielmarke 26 zu generieren. Die Darstellung des Zielobjektes im Fernsehbild und der Zielmarke auf dem Monitor erfolgen unabhängig voneinander in einer gegenseitigen Relativlage, die der auf dem Sensor 16 der Lenkeinrichtung entspricht. Dieses Ziel wird in gleicher Weise erreicht, wenn das in der Baueinheit 30 ermittelte Abweichungssignal statt zur Verschiebung der geräteeigenen Nullpunktskoordinaten zur Verschiebung des gesamten Fernsehbildes relativ zur Zielmarkendarstellung verwendet wird. Auch diese Variante soll im beantragten Schutzumfang liegen.

Mit der Darstellung des Monitorbildes 25 in Fig. 1 soll der Korrektureffekt angedeutet werden. Das Zielobjekt 27 liegt im Zentrum des Monitorbildes und es ist davon auszugehen, daß der die Zieleinrichtung bedienende Richtschütze die Zielmarke 26 durch Verschwenken der Plattform 10 auf dieses Objekt ausgerichtet hatte. Eine zwischenzeitlich eingetretene Dejustierung der Sichteinrichtung wurde von dem System des Zielmarkengenerators 22 erfaßt, so daß die Zielmarke jetzt neben dem Zielobjekt liegt. Durch Nachführen der Plattform 10 werden Zielobjekt 27 und Zielmarkte 26 wieder zur Deckung gebracht. Da die Lenkeinrichtung 11 ebenfalls fest mit der Plattform 10 verbunden ist, ergibt sich hier zwangsläufig ein veränderter Wert für die Ablage des Lenkflugkörpers 14 von der Zielachse 17, die mit Hilfe des Rechners 18 und Senders 21 zu einer korrigierten Flugbahn führt. Diese ist dann wieder auf das im Sichtfeld des Monitors 25 anvisierte Zielobjekt gerichtet.

Die Flugzeit des Lenkflugkörpers 14 beträgt typischerweise 15-20 Sekunden. Die Ermittlung der Ablagekoordinaten des Leuchtpunktes 20 im Sichtfeld des Monitors 25 läßt sich in weniger als 1 Sekunde durchführen. Die für eine genaue Zielsteuerung notwendige Übereinstimmung zwischen Zielachse 17 und Sichtachse 24 ist daher permanent gewährleistet.

Als zweite Sichteinrichtung 13 für die Nachtsicht und bei schlechten Wetterverhältnissen ist ein Wärmebildsensor vorgesehen. Dieser arbeitet in gleicher Weise wie das vorbeschriebene Tagsichtgerät. Die beispielhaft gewählte Monitordarstellung zeigt, daß hier zwischen der Zielachse 17 und der Sichtachse 32, dargestellt durch die Zielmarke 33 im Monitor 34 des Wärmebildgerätes keine Dejustierung besteht. Die Steuerung der Lenkeinrichtung anhand der Darstellung des Zielobjektes auf dem Monitor des Wärmebildgerätes führt den Lenkflugkörper also auf das Zielobjekt.

Claims (3)

1. Zieleinrichtung bestehend aus:

• - einer opto-elektronischen Lenkeinrichtung (11) zur Steuerung eines Lenkflugkörpers (14) entlang einer Zielachse (17), wobei
  • - der Lenkeinrichtung (11) ein Rechner (18) zur Ermittlung der Ablagekoordinaten des Lenkflugkörpers (14) von der Zielachse (17) zugeordnet ist, und
• - mindestens einer opto-elektronischen Sichteinrichtung (12, 13) zur Ausrichtung einer Zielmarke (26, 33) auf ein Zielobjekt (27), wobei
  • - die optischen Achsen (17, 24, 32) der Lenk- und Sichteinrichtung (11, 12, 13) auf denselben Zielpunkt vorjustiert sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Sichteinrichtung (12, 13) ein Zielmarkengenerator (22, 23) zur Einblendung einer Zielmarke (26, 33) in das Sichtfeld (25, 34) zugeordnet ist, wobei
  • - die Ablagekoordinaten der Zielmarke (26, 33) relativ zur Darstellung des Lenkflugkörpers (20) im Sichtfeld mit den in der Lenkeinrichtung (11) ermittelten Ablagekoordinaten übereinstimmen.

2. Zieleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zielmarkengenerator (22, 23) als Baueinheiten zugeordnet sind:

• - ein Speicher (28) für die bei der Vorjustierung ermittelten Nullpunktskoordinaten der Zielmarke,
• - ein Bildanalyse-Rechner (29) zur Ermittlung der Ablagekoordinaten des im Sichtfeld beobachteten Lenkflugkörpers zu den Nullpunktskoordinaten der Zielmarke,
• - ein Vergleicher (30) zur Ermittlung einer Abweichung zwischen den Ablagekoordinaten des Lenkflugkörpers von der Zielachse und der Ablage der Nullpunktskoordinaten der Zielmarke und
• - ein Korrigierer (31) zur Berücksichtigung der Abweichung bei der Darstellung der Zielmarke im Sichtfeld des Sichtgerätes.