DE4108798A1 - Zielsteuergeraet - Google Patents

Description

Das Zielsteuergerät besteht im wesentlichen aus einer Farbkamera mit einem CCD-Chip, einem nachgeschalteten Schwarz-Weiß-Monitor, einer aus Linearscannern gebildeten fadenkreuzähnlichen Abtastmatrix und einer aus mehreren Microprozessoren aufgebauten Steuereinheit.

Das von der Farbkamera aufgenommene Bild wird derart auf dem Monitor dargestellt, daß die drei Grundfarben nacheinander freigegeben werden und bei jeder Freigabe der Kontrastunterschied innerhalb der Scannerpixel zwischengespeichert wird. Dabei ist es möglich, daß ein Microprozessor eine Zoomeinrichtung so lange aktiviert, bis das Ziel von mindestens zwei gegenüberliegenden Linearscannerchips erfaßt wird. Bei einer kreisähnlichen Anordnung der Linearscanner auf dem Monitor bewirkt eine Zielverschiebung z. B. durch Eigenbewegung des Gerätes oder Bewegung des Zieles eine Verschiebung der Hell-Dunkel-Information innerhalb der Linearscanner. Ein Microprozessor ermittelt diese Verschiebung und richtet das Zielsteuergerät nach, wenn z. B. die Verschiebeinformation an X- und Y-Motore weitergegeben wird.

Dabei ist es unwesentlich, ob sich das Zielsteuergerät oder das Ziel selbst bewegt. Durch Einsatz von mehreren Microprozessoren für die Zielerfassung, Zielauswertung, Nachsteuerung gegen die Abdrift, Zielbewegung und weiteren Steuerfunktionen für Zündverzögerung usw. wird eine Echtzeitfunktion von Zieldaten und Steuerinformationen erreicht, die eine extrem geringe Zielabweichung möglich macht.

Eine solche Zielansteuerung ist bisher nicht bekannt. Eine Infrarot-Zielansteuerung, die bei ballistischen Flugkörpern angewandt wird, kann nur Ziele anfliegen, deren wesentliches Merkmal in einer mehr oder weniger hohen Temperaturdifferenz zu ihrer Umgebung besteht. Die meisten Zielsteueranlagen arbeiten mit der technisch sehr aufwendigen und teuren RADAR-Erkennung, wobei die Zielgenauigkeit bei Unterschreitung einer Mindestentfernung sich drastisch verschlechtert. Dieses RADAR-Zielsteuergerät benötigt für die Zielnachführung im letzten Ansteuerbereich einen sehr schnell reagierenden Rechner, der in der Lage ist, Zielkorrekturen nach Ausfall der RADAR-Erfassung durchzuführen.

Durch die oben beschriebene Erfindung ist es möglich, Ziele bis in den Grenzbereich der optischen Erfassung anzusteuern bei absolut hochpräziser Treffgenauigkeit. Durch Montage eines Restlichtverstärkers, der wahlweise zugeschaltet wird, wird das Gerät für Tag- und Nachtanwendung einsetzbar. Die Anwendungsmöglichkeiten des Zielsteuergerätes sind lediglich von der maximalen optischen Auflösung her begrenzt. Der Einsatz eignet sich für Robotersteuerung ebenso wie für die Landesverteidigung mit Raketensystemen und Bombensteuerung.

Durch die Verwendung von in Großserie hergestellten Bauteilen wird ein Preis-Leistungsverhältnis erreicht, das ganz erheblich über den bisherigen Verfahren liegt.

Dabei stellt es kein Problem dar, in der Landesverteidigung eine RADAR-Erfassung mit der optischen Zielansteuerung so zu kombinieren, daß eine RADAR-Anlage ein anfliegendes Ziel lokalisiert und Richtungskoordinaten an die Abschußvorrichtung weiterleitet. Sobald das Ziel optisch erfaßt ist, kann die Abschußfreigabe automatisch erfolgen.

Weiterhin ist eine optische Erfassung denkbar, indem der Scannerrechner so programmiert ist, daß Kontrastunterschiede innerhalb jedes einzelnen Linearscanners als mögliches Ziel erkannt werden, dieses Ziel in die Bildschirmmitte gerichtet und mittels der Zoomsteuerung so stark vergrößert wird, daß eine Zielnachführung erfolgen kann. Nach einwandfreier Zielerkennung wird das Raketensystem freigegeben.

Durch ein solches Verfahren ist es z. B. möglich, den von den USA entwickelten Stealt-Bomber bei wolkenlosem oder gering bewölktem Himmel zu erfassen und zu zerstören.

Eine Kombination von RADAR-optischer Zielerfassung und Zielanflug ist jedem bisher bekannten System überlegen. Gegenüber der jetzigen Leopard(II)-Zielsteuerung weist diese Erfindung bedeutende Vorteile auf, wobei es gleichgültig ist, ob sich das Ziel und/oder die Abschußvorrichtung mehr oder weniger schnell bewegt, weil die Zielgrenze lediglich von der Antriebsquantität und dem optischen Grenzbereich abhängt.

Die Zielsteuerung des Leopard(II) ist durch die vorliegende Erfindung überholt. Einmal wird die Zielbewegung während des Abschusses und des Projektilanfluges permanent korrigiert, so daß hundertprozentige Trefferquoten bis auf das Mehrfache der Schußentfernung des Leopard(II) möglich werden; weiterhin läßt sich die vorliegende Erfindung so preisgünstig herstellen, daß die Anschaffungskosten eines Leopard(II) in keiner Relation zu den Möglichkeiten dieses Zielgerätes stehen.

Durch die hochpräzise Zielgenauigkeit kann die eigentliche Sprengladung auf ein Minimum reduziert werden, was zu kleinerer Baugröße führt und mit der zwangsläufigen Gewichtsverringerung die Reichweite bei gleicher Treibladung erhöht.

Da die Zielsteuerung bis auf die Zoomeinrichtung vollelektronisch erfolgt, sind Beschleunigungen und Kurskorrekturen mit bisher nie erreichten Geschwindigkeiten realisierbar.

Ein weiterer bedeutender Vorteil liegt darin, daß durch die mögliche Reduzierung der Baugröße das System zu Land, in Wasser und Luft ohne Änderungen eingesetzt werden kann. Mit entsprechender Treibladung und Optik ließen sich im Bedarfsfall auch Satelliten zerstören.

Ein Großeinsatz dieser Zielsteuergeräte dürfte die Armeestruktur entscheidend beeinflussen. Zur Erweiterung der Sichtreichweite wird das System beispielsweise in einen Hubschrauber montiert.

Als Ziel eignet sich jedes optisch erfaßbare Objekt.

Zielsteuergerät

Die Funktion wird an Hand eines Ausführungsbeispiels wie folgt erklärt.

Es zeigt

Fig. 1 eine Funktionszusammenstellung eines kompletten Zielsteuergerätes;

Fig. 2 Monitorbildschirm mit der Anordnung der Linearscanner;

Fig. 3 Blockschaltbild der Ansteuerung und Adressierung zum Auslesen der Linearscannerinformation;

Fig. 4 Microprozessor für die Scannerdatenerfassung.

Fig. 1: Über die Kamera 4 wird ein Objekt wie bei jedem handelsüblichen Verfahren auf dem Monitor 6 dargestellt mit dem Unterschied, daß zur besseren Kontrasterfassung nur jeweils eine Grundfarbe über den Microprozessor 9 an den Schwarz-Weiß-Monitor 17 freigegeben wird. Ist das Ziel 24 in Fig. 2 andersfarbig als das Umfeld, so wird nur irgendeine Farbe dieses Zieles 24 als hell oder dunkel gegenüber dem ausgeblendeten Umfeld auf dem Bildschirm 17 dargestellt. Im Randbezirk 25 werden diese Hell-Dunkel-Unterschiede von der einzelnen lichtempfindlichen Pixel des Scanners 16 erfaßt und können über den Microprozessor 9 mit der dazugehörenden Adresse ausgelesen und zwischengespeichert werden.

Nach Abfrage der gesamten Scannermatrix 7 in die Rechnerlogik 20 in Fig. 3, kann der Rechner 9 eine eventuelle Adressenverschiebung zu der Hell-Dunkel-Information ermitteln und einen codierten Steuerbefehl an den Steuerrechner 10 weitergeben. Je nach Zielverschiebung werden über die Leistungssteuerung 11 die Motore 12, 13, 14 oder 15 aktiviert und z. B. ein Steuerruder (nicht eingezeichnet) in die erforderliche Position gefahren.

Die Batterien 5 und 8 sind beispielsweise für die Stromversorgung der Logik und der Leistungsendstufe vorgesehen. Ein Videosender 3 ermöglicht die optische Kontrolle des Monitorbildes 6 auf einem externen Bildschirm.

Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 sind 16 Linearscanner 16 so zu einer Matrix angeordnet, daß ein einmal erfaßtes Ziel 24 trotz Eigen- und Fremdbewegung niemals aus dem Scannerfeld 18 ganz herauswandern kann.

Der Microprozessor 9 in Fig. 3 steuert über den Speicherdecoder 19 in Fig. 3 jeweils einen Linearscanner an und aktiviert die Analogausgabe. Über den 8-Bit-Zwischenspeicher 22 wird die Pixeladresse angelegt und über die Analog-Digital-Bausteine 21 der Helligkeitswert in eine Binär-Information umgewandelt. Nach dieser Umwandlung wird der binäre Helligkeitswert in den Rechner 23 eingelesen und zwischengespeichert.

Nach dieser Abfrage wird der dem ersten Linearscanner gegenüberliegende Linearscanner nach dem obigen Schema abgefragt und auch dieser Binärwert eingelesen. Nach diesem Multiplexverfahren können alle Linearscanner z. B. im Uhrzeigersinn abgefragt werden. Nach jeder Doppelabfrage wird der Hell-Dunkel-Übergang nach dem jeweiligen Adressenstandort überprüft. Eine unterschiedliche Adresse bedeutet, daß vom Rechnerprogramm dann aus der gesendeten Binär-Information den Drehwinkel für die Stellmotore und die Drehrichtung ermittelt.

Erscheint das Ziel 24 zu klein auf dem Monitor 17, so steuert die Rechnereinheit 9 oder 10 so lange in die entsprechende Richtung, über eine Leistungsendstufe 11 den Zoommotor 2, bis mindestens zwei gegenüberliegende Linearscanner bis zur im Programm vorgegebenen Position überdeckt werden. Wird das Zielbild durch Annäherung größer, steuert ein Rechner den Zoommotor 2 entgegengesetzt.

Über diese Zielsteuerung hinaus ist der Rechner 9 in der Lage, einen Kontrastübergang von hell nach dunkel über mehrere Pixel so zu ermitteln, daß eine Kontrastoptik einen zusätzlichen Motor so ansteuert, daß der Hell-Dunkel-Übergang "härter" wird (nicht eingezeichnet!).

Bezugsziffernliste:

 1 Zoomoptik
 2 Zoommotor
 3 Videosender
 4 CCD-Kamera
 5 Batterie-Elektronik
 6 Schwarz-Weiß-Monitor
 7 Linearscannermatrix
 8 Batterie-Steuermotore
 9 Microprozessor - Scanner
10 Microprozessor - Steuerung
11 Leistungssteuerung - Motore
12 Motor X1
13 Motor X2
14 Motor Y1
15 Motor Y2
16 Linearscanner
17 Bildschirm
18 Zielfeld
19 Adreßansteuerung
21 Analog-Digitalwandler
22 Pixelabfrage
24 Zielobjekt
25 Kontrasteinstellung

Claims (7)

1.) Zielsteuergerät, bestehend aus einer Farbkamera, einem nachgeschalteten Schwarz-Weiß-Monitor und einer microprozessorgesteuerten fadenkreuzähnlichen Abtasteinheit, welche auf dem Monitor fest montiert ist.

2.) Zielsteuergerät nach Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, daß die fadenkreuzähnliche Abtasteinheit aus Linearscannern gebildet wird.

3.) Zielsteuergerät nach Anspruch 1.) und 2.), dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit aus mindestens 16 Linearscannern gebildet wird, wobei von einem Microprozessor jeweils 2 Linearscanner, die sich gegenüberliegen, abgetastet und verglichen werden.

4.) Zielsteuergerät nach Anspruch 2.), dadurch gekennzeichnet, daß der Microprozessor eine übergroße Zieldarstellung über eine Zoomeinrichtung nachsteuert.

5.) Zielsteuergerät nach Anspruch 2.), dadurch gekennzeichnet, daß bei Aktivierung der Zieleinrichtung die Microprozessorsteuerung die Zoomeinrichtung so lange verfährt, bis die Zielgröße die vorgegebene Abdeckung der Linearscanner erreicht.

6.) Zielsteuergerät nach Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, daß die Microprozessoreinheit die drei Grundfarben der Farbkamera nacheinander für den Schwarz-Weiß-Monitor freigibt, um den bestmöglichen Zielkontrast zu ermitteln.

7.) Zielsteuergerät nach Anspruch 3.), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerinformation der Linearscanner für die Ansteuerung von Stellmotoren angewandt werden kann.