DE3923489A1

DE3923489A1 - location imaging and missile guiding device - has receiver with several image sensors, operated in time parallel and liq. crystal allocated to respective sensor

Info

Publication number: DE3923489A1
Application number: DE19893923489
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Phys Kuffner; Alfred Dr Fendt; Konrad Dipl Ing Paur; Anton Dipl Phys Kaltenecker
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1989-07-15
Filing date: 1989-07-15
Publication date: 1991-01-24
Also published as: DE3923489C2

Abstract

To the missile is allocated an optical transmitter with a controlled modulator, an optical receiver with an objective lens, at least one image sensor, and an evaluator for received signals. The receiver has several image sensors, operated in a time-parallel. Each image sensor has an associated liq. crystal component. At a given time point and for a preset time period, the componenet is rendered photoconductive. The time point and period for the light from the scene impinging on CCDs is pref. controlled by the liq. crystal components, as a shutter. The liq. crystal components are rendered photoconductive sequentially, one after the other, for the same time period during which the scene is taken in the dark phase of the optical transmitter. ADVANTAGE - Simple system with reliable recognition of missiles etc.s

Description

Einrichtungen zur störsicheren optischen Erfassung von Signalen, die von einem Flugkörper an eine Basis gesandt werden, zwecks Ortung und ggfs. Lenken eines Flugkörpers sind bekannt. In der DE 25 33 679 B2 ist eine Einrichtung zur Signalübertragung zwischen einem Flugkörper und einer Basis beschrieben, wobei der Flugkörper einen geeignet gesteuerten Modu lator aufweist, um die zur Basis zu übertragenden Signale zu modulieren, während an der Basis ein abbildender Empfänger zum Empfang der modulier ten übertragenen Signale vorgesehen ist. Der Empfänger ist an eine Aus werteeinrichtung für die Signale angeschlossen, welche das modulierte Signal des Flugkörpers vom nichtmodulierten Signal des Hintergrundes ab trennt. Als Bildaufnahmeeinrichtung dient beispielsweise eine Fernseh kamera, deren Bild von einem Rechner verarbeitet wird. Zusätzlich zur Auswertung übernimmt der Rechner die Aufgabe der koordinatengerechten Aufbereitung des Bildes.Devices for interference-free optical detection of signals by a missile is sent to a base for the purpose of location and if necessary. Guiding a missile is known. DE 25 33 679 B2 is one Device for signal transmission between a missile and a Base described, the missile a suitably controlled mod lator in order to modulate the signals to be transmitted to the base, while at the base an imaging receiver for receiving the modulating th transmitted signals is provided. The recipient is off value device for the signals connected to the modulated Missile signal from the non-modulated background signal separates. A television, for example, serves as the image recording device camera whose image is processed by a computer. In addition to Evaluation, the computer takes on the task of coordinating Preparation of the picture.

Aus der DE 37 38 222 C1 ist ein Verfahren und Vorrichtung zur störsiche ren Ortung von Flugkörpern bekannt, wobei ein flächenhafter optischer Empfänger mit einem Detektor-Array zur Auswertung herangezogen wird.DE 37 38 222 C1 describes a method and device for interference Ren known missile location, with a planar optical Receiver with a detector array is used for evaluation.

Bei den bekannten Einrichtungen ist für die Auswertung der Bildinforma tion ein großer Aufwand erforderlich. Dies gilt auch für Anordnungen, die je zwei Bilder zur Bestimmung des Flugkörper-Ortes verarbeiten. Bei letzterem ist der Auswerteaufwand deshalb groß, weil je ein Bild einer Szene mit Flugkörper und ohne Flugkörper nacheinander aufgenommen werden und aufgrund der zeitlichen Verzögerung also bewegte Objekte auf ver schiedenen Stellen der beiden Bilder abgebildet werden. Diese Bewegungs verschiebung muß man zur Auswertung berücksichtigen. Hierzu ist eine in telligente Bildverarbeitungseinheit erforderlich, welche teuer ist.In the known devices is for the evaluation of the image information tion requires a lot of effort. This also applies to orders which each process two images to determine the missile location. At the latter requires a lot of evaluation because one image each Scene with missile and without missile can be recorded one after the other and because of the time delay, moving objects on ver different places of the two pictures are shown. This moving shift must be taken into account for evaluation. For this, an in intelligent image processing unit required, which is expensive.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein relativ einfaches Ortungs system und ggfs. Lenksystem für Flugkörper zu schaffen, das alle Anfor derungen an eine sichere Erkennung von Flugkörpern insbesondere stör sichere Erkennung erfüllt. The object of the present invention is a relatively simple location to create system and, if necessary, guidance system for missiles, which all requirements changes to reliable detection of missiles in particular disruptive reliable detection fulfilled.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Merkmale der Erfindung sind der Beschreibung und Zeichnung und den Ansprüchen zu entnehmen.This object is achieved by the specified in claim 1 Characteristics. Further features of the invention are the description and Drawing and refer to the claims.

Wesentliche Vorteile, die mit der Erfindung erreicht werden, sind:
Eine erhebliche Verbesserung der Störsicherheit, bzw. Störunterdrückung beim Abbilden einer Szene, insbesondere dadurch, daß sich ohne besondere Anforderungen an die Sensorelektronik zu stellen, sehr kurze Belich tungszeiten realisieren lassen (z.B. im Bereich von 100 µs und darun ter). Diese Zeit entspricht in etwa der kurzen optischen Sendezeit einer Blitzlampe, wodurch einerseits deren ganze Strahlung und andererseits wenig Störstrahlung detektiert wird.Significant advantages that are achieved with the invention are:
A significant improvement in interference immunity, or interference suppression when imaging a scene, in particular by the fact that very short exposure times can be achieved without making special demands on the sensor electronics (for example in the range of 100 μs and below). This time corresponds approximately to the short optical transmission time of a flash lamp, whereby on the one hand all of its radiation and on the other hand little interference radiation is detected.

Eine weitere Verbesserung der Störsicherheit, insbesondere dadurch, daß ein Bild mit Hintergrund und Flugkörper und ein Bild nur mit Hintergrund kurz hintereinander (< 100 µs) oder gleichzeitig gewonnen werden kann, so daß keine Bewegungsverschiebungen auftreten.A further improvement in interference immunity, in particular in that an image with a background and a missile and an image only with a background can be obtained in quick succession (<100 µs) or at the same time, so that no movement shifts occur.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen rein schematisch dargestellt. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the accompanying drawings shown purely schematically. Show it:

Fig. 1a ein Schema des Goniometers, FIG. 1a of the goniometer is a diagram

Fig. 1b ein abgewandeltes Schema des Goniometers, FIG. 1b shows a modified scheme of the goniometer,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm der Bildaufnahmen, Fig. 2 is a time chart of image recording,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Bildverarbeitung, Fig. 3 is a schematic representation of image processing,

Fig. 4 als Einzelheit einen Flüssigkristall-Baustein aus Fig. 1a und Fig. 1b, dort als Verschluß wirkend, Fig. 4 a detail of a liquid crystal module of FIG. 1a and FIG. 1b, there acting as a closure,

Fig. 5 die Filter gemäß Fig. 1b. Fig. 5, the filter according to Fig. 1b.

Embodiment

Ein Schema des Goniometers ist in Fig. 1a dargestellt: Durch ein Objek tiv 1 wird die Szene mit dem Flugkörper (Fig. 3) auf die photoempfind lichen Flächen der beiden CCD′s 2 und 3 abgebildet, wobei der Strahl durch einen Teilerwürfel 4 in zwei Teile A und B aufgespalten wird. Die CCD′s 2, 3 (ladungsgekoppelte Halbleitervorrichtung) werden zeitlich pa rallel betrieben. Zwischen den CCD′s 2, 3 und dem Teilerwürfel 4 sind Flüssigkristall-Bausteine (= LC-Module) 5 und 6 angebracht. Diese LC-Mo dule können durch elektrische Ansteuerung hell-dunkel schalten. Sie be stimmen den Zeitpunkt und die Zeitdauer, in der Licht von der Szene auf die CCD′s trifft. Für die Bildgewinnung werden mit Hilfe des Verstärkers 7 beide CCD′s auf Integration geschaltet, wobei beide LC-Module zunächst im Dunkelzustand gehalten werden. Für die Dauer eines Blitzes vom op tischen Sender im Flugkörper (z. B. eine modulierte Xenon-Lampe) wird dann das LC-Modul 1 auf Transmission geschaltet. Unmittelbar nach dem Zurückschalten auf Dunkel wird dann das LC-Modul 2 für die gleiche Zeit auf Transmission geschaltet, so daß die Szene ohne Xenon-Lampe aufgenom men wird. In Fig. 1b sind zwischen Strahlteiler 4 und LC-Modul 5, 6 je weils ein Filter I, II eingeschaltet.A diagram of the goniometer is shown in Fig. 1a: By an objective 1 , the scene with the missile ( Fig. 3) is imaged on the photosensitive surfaces of the two CCD's 2 and 3 , the beam through a divider cube 4 in two parts A and B is split. The CCD's 2 , 3 (charge-coupled semiconductor device) are operated in parallel at the same time. Between the CCD's 2 , 3 and the divider 4 , liquid crystal modules (= LC modules) 5 and 6 are attached. These LC modules can switch light-dark through electrical control. They determine the point in time and the length of time in which light from the scene hits the CCD's. For image acquisition, both CCDs are switched to integration with the aid of amplifier 7 , with both LC modules initially being kept in the dark state. The LC module 1 is then switched to transmission for the duration of a flash of light from the optical transmitter in the missile (e.g. a modulated xenon lamp). Immediately after switching back to dark, the LC module 2 is then switched to transmission for the same time, so that the scene is recorded without a xenon lamp. In Fig. 1b, a filter I, II are each switched on between beam splitter 4 and LC module 5 , 6 .

Die zeitliche Abfolge der Bildgewinnung ist schematisch in Fig. 2 darge stellt. Die Signalverläufe von oben und unten:The time sequence of image acquisition is shown schematically in Fig. 2 Darge. The waveforms from above and below:

a) Xenon lamp switched on as direction finder 3 D µs,
b) the CCD's 2 and 3 are simultaneously turned on but longer,
c) the LC module 5 at the same time,
d) the LC module 6 ∼25 µs later,
e) the CCD 2 is combined with the LC module 5 ,
f) the CCD 3 combined with the LC module 6 .

Die Belichtungszeit wird bei beiden CCD′s 2, 3 über die Integrationszeit geregelt. Auf diese Art werden zwei Bilder gewonnen, von denen eines den Peiler, das andere nur die Szene enthält. Die Weiterverarbeitung der beiden Bilder erfolgt wie oben beschrieben. The exposure time is regulated in both CCDs 2 , 3 via the integration time. In this way, two images are obtained, one of which contains the direction finder, the other only the scene. The two images are further processed as described above.

In Fig. 3 ist von oben nach unten ersichtlich:In Fig. 3 is seen from top to bottom:

a) the scene with missile FK, with scattered light e.g. from the sun, with Interferers such as B. extraneous light sources or influences,
b) in Figure A, the CCD 2 is combined with the LC module 5 , the measured light intensity curve correlating with the scene image above, depending on the location,
c) in Figure B, the CCD 3 combined with LC module 6 correlated with the corresponding light intensity curve,
d) the difference image of A and B results in a peak that can be reliably recognized, which allows the location of the missile (trouble-free).

In Fig. 4 ist ein Flüssigkristall-Baustein (LC-Modul 5, 6) im einzelnen dargestellt.In FIG. 4 is a liquid crystal device (LCD module 5, 6), shown in detail.

Zwischen zwei als Polarisator wirkenden Deckplatten aus Glas ist das Flüssigkeitskristall rundum dicht eingeschlossen durch die Verbindungs elemente (in Fig. 4 als Balken rechts und links sichtbar). Es ist elek trisch ansteuerbar mit Hilfe zwischen paralleler Elektroden, die je ei ner Deckplatte zugeordnet sind (von einander gekreuzt angeordnet).Between two glass cover plates acting as a polarizer, the liquid crystal is tightly enclosed all around by the connecting elements (visible in FIG. 4 as bars on the right and left). It can be controlled electrically with the aid of parallel electrodes which are each assigned to a cover plate (arranged in a crossed manner).

Beim Ansteuern des Flüssigkristalls über die Elektroden mit elektrischem Strom richten sich die Kristalle in bekannter Weise aus und können für die Zwecke der Erfindung benutzt werden. LC-Module und CCD-Module sind im Handel erhältlich.When driving the liquid crystal over the electrodes with electrical The crystals align themselves in a known manner and can be used for the purposes of the invention are used. LC modules and CCD modules are available in the stores.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich erst durch die erfindungsgemäße Anordnung und Schaltung der Module sowohl optisch als auch elektrisch wie in Fig. 1a dargestellt.The advantages of the invention result only from the arrangement and switching of the modules according to the invention, both optically and electrically, as shown in FIG. 1a.

Weiter verbessert werden kann die störsichere Erkennung mit Filtern I und II gemäß Fig. 5. The interference-free detection with filters I and II according to FIG. 5 can be further improved.

Nach dem Ende der Belichtung werden die beiden Bildinhalte der CCD′s 2, 3 parallel ausgelesen und in einem Differenzverstärker 7 direkt subtra hiert. Aus dem Differenzbild wird der Flugkörper geortet.After the end of exposure, the two image contents of the CCDs 2 are read out in parallel and 3 hiert subtra directly in a differential amplifier. 7 The missile is located from the difference image.

Für eine eindimensionale Szene ist die Bildverarbeitung vereinfacht in Fig. 3 dargestellt.For a one-dimensional scene, the image processing is shown in simplified form in FIG. 3.

Die Gewinnung eines Bildes mit der Xenon-Peil-Lampe und eines Bildes nur der Szene kann auch gem. Fig. 1b mittels An- oder Aufbringen von geeig neten Filtern I und II (Schichten) an oder auf die Ausgangsflächen des Teilerwürfels unterstützt werden. Eine Filterschicht wird an die spek trale Emission der Xenon-Peil-Lampe angepaßt, die andere Schicht setzt ein Transmissionsfenster in einem Bereich, in dem die Lampe wenig oder nicht emittiert. Je enger die beiden Spektralbereiche nebeneinander lie gen, desto besser ist dann die Separation des Hintergrundes bei der Aus wertung (vgl. Fig. 5).The acquisition of an image with the Xenon Peil lamp and an image of only the scene can also be done Fig. 1b are supported by attaching or applying suitable filters I and II (layers) to or on the starting surfaces of the divider cube. A filter layer is adapted to the spectral emission of the xenon Peil lamp, the other layer sets a transmission window in an area in which the lamp emits little or not. The closer the two spectral ranges are to each other, the better the separation of the background in the evaluation (see Fig. 5).

Claims

1. Device for imaging locations and, if necessary, steering of missiles, the missile being assigned an optical transmitter with a controlled modulator, an optical receiver, with a lens, at least one image sensor and an evaluation device for the received signals, characterized in that that the receiver has at least two image sensors that are operated in parallel in time, that a liquid crystal module is assigned to the respective image sensor and that this module is switched by electrical control at a specific time and for a specific period of time in a light-transmissive state.

2. Device according to claim 1, characterized in that the Time and duration of the light from the scene to the CCD's occurs, is controlled by the liquid crystal devices (Ver Enough).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that for the duration of a transmission pulse, a first liquid crystal stall module is switched to light transmission and immediately after switching back a second liquid crystal module for the the same time is switched to light transmission, which the scene in the Dark phase of the optical transmitter records.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that after the exposure the image contents of both as imaging sensors acting CCD's read out in parallel and an off value device are compared to locate the missile.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that in addition at least two filters with difference Lichen spectral ranges are assigned to the respective image sensor.