DE4224292C1 - Verfahren zur Erkennung und Diskriminierung von Masken-, Halbmasken- und Schrägzielen unter Verwendung von optronischen Zündsensoren mit Dual-Gate-Pulslaufzeitmeßverfahren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung und Diskriminierung von Masken-, Halbmasken- und Schrägzielen unter Verwendung mehrkanaliger optronischer Abstands-Zündsensoren mit Dual-Gate-Pulslaufzeitmeßverfahren um ein Geschoß oder einen Flugkörper in einem vorgegebenen Abstand vom Ziel zu zünden sowie einen mehrkanaligen optronischen Zündsensor im Pulslaufzeitverfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5 zur Durchführung des Verfahrens.

Derartige Abstandzünder sind bekannt, wobei auch bereits Vorrichtungen vorgeschlagen wurden, um Störeinflüsse durch Streulicht, Rauschen oder Regentropfen auszuschalten, wodurch die ausgesandten Impulse reflektiert werden können und so ein Ziel vortäuschen, das nicht vorhanden ist.

Aus der EPA 335 132 ist ein optischer Abstandszünder bekannt, bei dem die Wahrscheinlichkeit, daß er auf Regentropfen oder kleinere Festkörper anspricht, dadurch verringert werden soll, daß mindestens zwei optische Sender vorgesehen sind, wobei zu jedem Sender ein optischer Empfänger angeordnet ist, mit beiden Empfängern der Zielabstand in mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden Messungen gleichzeitig gemessen wird und eine Zündung nur dann erfolgt, wenn beide Empfänger gleichzeitig ansprechen. Die Empfänger und die Sender sind bei diesem bekannten optischen Abstandszünder derart angeordnet, daß jeder Sendekegel eines ausgesandten Lichtstrahls den Empfangskegel des reflektierenden Lichtstrahls teilweise durchdringt, so daß ein Ziel nur dann als solches erkannt wird, wenn es sich einerseits im Sendekegel befindet, d. h., vom zugehörigen Sender angestrahlt wird und wenn es sich zugleich im Empfangskegel des zugehörigen Empfängers befindet, so daß das vom Ziel reflektierte Licht auf den Empfänger gelangt. Dabei sind die beiden Empfänger derart miteinander gekoppelt, daß ein Ziel nur dann erkannt werden kann, wenn es sich in den beiden Überlappungsbereichen zwischen jeweils einem Sendekegel und dem dazugehörigen Empfangskegel befindet.

Sowohl die US-PS 38 37 283 als auch die GB-OS 21 39 446 beschreiben Verfahren zur Abstandsmessung eines zu bekämpfenden Zieles, um in einem vorgegebenen Abstand einen Zünder auslösen zu können. Bei den darin beschriebenen Abstandsmeßverfahren mit mehrkanaligem Funktionsprinzip dient sowohl die Mehrkanaligkeit als auch die Verknüpfung der dabei entstehenden Signale zur Verbesserung der Messung des Abstandes des zu bekämpfenden Zieles.

Mit diesem bekannten optischen Abstandszünder ist es jedoch nicht möglich, Masken-, Halbmasken- oder Schrägziele voneinander zu unterscheiden. Maskenziele, etwa Buschwerke, sollen im Gegensatz zu durchgehenden, lediglich stark geneigten Flächen (Schrägziele) nicht bekämpft werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung und Diskriminierung von Masken-, Halbmasken- und Schrägzielen hoher Genauigkeit zu schaffen, bei dem insbesondere Maskenziele, wie z. B. Buschwerk, mit einem hohen Maß an Wahrscheinlichkeit erkannt werden, wobei die Zielstrukturen wesentlich kleiner als der Durchmesser des Sendeflecks sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Sender unterschiedliche Pulsfolgen aussenden und jedem Empfänger die vom Ziel remittierten Pulse eines jeden Senders zugeführt werden, und daß aus den Ausgangssignalen der Empfänger der Mittelwert und/oder das Differenzintegral und/oder das Korrelationsintegral gebildet werden, wobei Schrägziele daran erkannt werden, daß das Differenzintegral vor Erreichen des Auslöseabstands einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, Maskenziele daran erkannt werden, daß das Korrelationsintegral einen zweiten vorgegebenen Schwellwert unterschreitet und Halbmaskenziele daran erkannt werden, daß beide letztgenannte Kriterien zutreffen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zündsensor zwei Sender und zwei Empfänger aufweist, die um 180° versetzt zueinander zentralsymmetrisch am Geschoß angeordnet sind, so daß der Winkel zwischen Sender und Empfänger jeweils 90° beträgt und damit vier Sensorfelder unterschiedlicher Lage und Gesichtsfelder gebildet sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sowohl des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß die gesamte Sendeleistung zur Erkennung von Strukturen, die wesentlich kleiner sind als der Durchmesser des Sendeflecks, genutzt werden kann, und daß durch unterschiedliche Gesichtsfelder mehrerer Kanäle eine gesteigerte Auslösegenauigkeit für Schrägziele bei gleichzeitig verbessertem Signal-Rauschverhältnis erzielt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen die

Fig. 1a und Fig. 1b schematisch den Aufbau eines mehrkanaligen optronischen Zündsensors in verschiedenen Stellungen relativ zu einem Ziel;

Fig. 2a bis Fig. 2c die für die verschiedenen Zielarten und Annäherungssituationen typischen NF-Signale der einzelnen Kanäle sowie ihr jeweiliger Mittelwert und

Fig. 3a bis Fig. 3c analog die zur Zielbeurteilung gebildeten Signale.

Der in Fig. 1a dargestellte schematische Aufbau eines mehrkanaligen optronischen Zündsensors zeigt eine Anordnung aus zwei Sendern 1 und 2 und zwei Empfängern 1′ und 2′, die zentral symmetrisch um 180° versetzt zueinander derart auf dem Geschoß angeordnet sind, daß der Winkel zwischen einem Sender und zwei benachbarten Empfängern 90° beträgt, wobei die beiden Sender 1 und 2 in einer Ebene angeordnet sind, die im wesentlichen mit der Senkrechten zusammenfällt; bei der in Fig. 1b gezeigten Darstellung sind die Sender 1 und 2 in einer Ebene angeordnet, die mit der Senkrechten einen Winkel von etwa 45° einschließt. Die Relativstellung von Sendern und Empfängern zueinander ist dabei unverändert.

Durch die gewählte Zentralsymmetrie lassen sich Signale ableiten, die unabhängig von der azimutalen Orientierung des Zieles zum Geschoß sind. Insgesamt bilden die beiden Sender 1, 2 und die beiden Empfänger 1′, 2′ vier Sensorkanäle mit Gesichtsfeldern unterschiedlicher Lage, deren Daten sonst gleich sind. Eine mögliche Unterscheidung der beiden Sender voneinander kann dadurch erfolgen, daß ihre Pulse abwechselnd abgesandt werden, so daß der optronische Zündsensor und die nachgeordnete, nicht dargestellte Schaltung vier unterschiedliche NF-Signale liefert. Dabei muß zwischen den Situationen gemäß Fig. 1a und Fig. 1b unterschieden werden, da das Geschoß um seine Längsachse rollen bzw. das Ziel verschieden orientiert sein kann.

Die Algorithmen zur Auswertung der vier Sensorsignale werden so gewählt, daß die Verarbeitung sowohl analog als auch digital unter Einsatz eines Mikroprozessors erfolgen kann.

Eine dem Mittelwert der einzelnen Signale proportionale Größe kann vorteilhaft durch einfache Addition gebildet werden, wobei ihr Nulldurchgang das Zündsignal auslöst und die Zeit, während sie eine vorgegebene Schwelle überschreitet, zur näherungsweisen Bestimmung der Zielremission verwandt werden kann. Durch die symmetrische Sensorkonfiguration führt die Mittelwertbildung zur Unabhängigkeit des Nulldurchgangs von der Zielneigung. Ein weiterer Vorteil ist die damit verbundene Verbesserung des Rauschabstands.

Durch Kombination von vier NF-Signalen können ferner sechs verschiedene Differenzen gebildet werden, wobei deren Absolutwerte addiert und aufintegriert werden. Da bei ungeneigten Zielen und auch bei Maskenzielen keine oder nur geringe Unterschiede zwischen den NF-Signalen auftreten, kann so eine Schrägzieldetektion realisiert werden, indem ein Differenzintegral erzeugt wird.

Zur Bildung eines Korrelationsintegrals ist es notwendig, die NF-Signale zunächst zu differenzieren. Digital kann dies durch einfache Differenzbildung zwischen aufeinanderfolgenden Meßwerten geschehen. Nur das Vorzeichen des so erhaltenen Werts wird weiterverarbeitet, und zwar wird es mit dem unmittelbar vorher auf gleiche Weise ermittelten Vorzeichen multipliziert. Dieser Vorgang entspricht in etwa einer Autokorrelation der ersten Ableitung des NF-Signals. Man erhält einen Wert von -1, 0 oder +1, der bei Maskenzielen, die einen charakteristischen "Ripple" auf der Signaldarstellung hervorrufen, dauernd wechselt. Ziele, die einen glatten Signalverlauf verursachen, führen hingegen die meiste Zeit zu einem Wert von +1, unabhängig von der eigentlichen Signalform, die von Kanal zu Kanal bei Schrägzielen durchaus unterschiedlich sein kann.

Im folgenden Verarbeitungsschritt werden die Werte aus jeweils zwei Kanälen, die durch einen gemeinsamen Empfänger verarbeitet worden sind, miteinander multipliziert. Die Folge sind bei Maskenzielen noch häufigere Vorzeichenwechsel, ansonsten hingegen weiterhin meist der Wert +1. Die so erhaltenen Signale für beide Empfänger werden im letzten Schritt addiert und während der Zielannäherung aufintegriert.

Neben der Abschätzung der Zielremission über die Zeit, während der das NF-Signal einen bestimmten Schwellwert überschreitet, stehen bei mehrkanaligen Zündsensoren noch zwei weitere Kriterien zur Verfügung. Es liegt nahe, auch das Differenz- und das Korrelationsintegral abhängig vom Überschreiten eines Schwellwertes in eine Ja/Nein-Entscheidung zu überführen, wobei drei unabhängige Ja/Nein-Entscheidungen die Unterscheidung von 2³ = 8 verschiedenen Situationen ermöglichen. Die beigefügte Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Maßnahmen, die in jedem Fall getroffen werden können. Der Schwellwert für die hohe Remission kann bei einem mehrkanaligen Zündsensor höher gelegt werden als bei einem einkanaligen, da Schrägziele erkannt werden, und der hier auftretende Remissionsabfall somit nicht mehr berücksichtigt werden muß (die angegebenen Bit-Kombinationen 011 und 111 führen beide zu einem Zündsignal).

Die Auswertung der einzelnen Signale ist jedoch nicht auf die Unterscheidung von nur zwei Zuständen beschränkt. Führt man statt einem Schwellwert zwei Schwellwerte ein, ergeben sich 27 verschiedene Kombinationen.

In Fig. 2a bis 2c sind die für die verschiedenen Zielarten typischen NF-Signale der einzelnen Kanäle sowie ihr jeweiliger Mittelwert zusammengestellt. Die Abszisse der Diagramme gibt dabei die Zielentfernung in Metern an und die Ordinate den Signalpegel in willkürlichen Einheiten. Man erkennt, daß bei Maskenzielen signifikant geringere Unterschiede zwischen den einzelnen Kanälen auftreten als bei Schrägzielen. Auch der für Maskenziele charakteristische "Ripple" ist gut zu erkennen.

Bei Maskenzielen, die nur teilweise in das Gesichtsfeld ragen (Halbmasken), treten Signaldifferenzen auf, obwohl das Ziel an sich nicht geneigt ist, so daß hier unter besonders ungünstigen Umständen fälschlicherweise ein Schrägziel detektiert werden kann.

Fig. 3a bis 3c zeigen analog die zur Zielbeurteilung gebildeten Signale. Man erkennt, daß nur beim Schrägziel sowohl das Differenz- als auch das Korrelationsintegral im Auslöseabstand von 0,8 m einen Schwellwert von 50 mV überschreiten. Macht man das Zündsignal davon abhängig, so löst der Zündsensor in der Tat nur bei Schrägzielen aus. Das Maskenziel hingegen könnte noch eine wesentlich höhere Remission aufweisen, ohne zur Auslösung zu führen. Sie könnte sogar die Grenzremission für ungeneigte Ziele überschreiten, da die Signale dann immer noch nicht korreliert wären.

Claims (5)

1. Verfahren zur Erkennung und Diskriminierung von Masken-, Halbmasken- und Schrägzielen unter Verwendung mehrkanaliger optronischer Abstands-Zündsensoren mit Dual- Gate-Pulslaufzeitmeßverfahren, um ein Geschoß oder einen Flugkörper in einem vorgegebenen Abstand vom Ziel zu zünden, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Sender unterschiedliche Pulsfolgen aussenden und jedem Empfänger die vom Ziel remittierten Pulse eines jeden Senders zugeführt werden, und daß aus den Ausgangssignalen der Empfänger der Mittelwert und/oder das Differenzintegral und/oder das Korrelationsintegral gebildet werden, wobei Schrägziele daran erkannt werden, daß das Differenzintegral vor Erreichen des Auslöseabstands einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, Maskenziele daran erkannt werden, daß das Korrelationsintegral einen zweiten vorgegebenen Schwellwert unterschreitet und Halbmaskenziele daran erkannt werden, daß beide letztgenannte Kriterien zutreffen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Zündsensor mit mehreren Sendern und mehreren Empfängern verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch Addition der Ausgangssignale der Empfänger ein Mittelwertsignal erhalten wird, dessen Nulldurchgang das Zündsignal auslöst, und dessen Zeitdauer oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes zur Bestimmung der Zielremission verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Zündsensor mit mehreren Sendern und mehreren Empfängern verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch Subtraktion der Ausgangssignale der Empfänger Differenzen gebildet werden, deren Absolutwerte addiert und integriert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Zündsensor mit mehreren Sendern und mehreren Empfängern verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Empfänger differenziert werden, und daß das Vorzeichen des so erhaltenen Wertes mit demjenigen des unmittelbar vorausgehenden, ebenfalls durch Differenzieren erhaltenen Wertes multipliziert wird, entsprechend einer Autokorrelation der ersten Ableitung der Ausgangssignale, daß die von je einem Sender abgebenen und von einem Empfänger stammenden Werte miteinander multipliziert werden, und daß die so erhaltenen Signale für beide Empfänger addiert und auf integriert werden.

5. Mehrkanaliger optronischer Zündsensor im Pulslaufzeitverfahren zum Zünden eines Geschosses in einem vorgegebenen Abstand vom Ziel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündsensor zwei Sender und zwei Empfänger aufweist, die um 180° versetzt zueinander zentralsymmetrisch am Geschoß angeordnet sind, so daß der Winkel zwischen Sendern und Empfängern jeweils 90° beträgt und damit vier Sensorfelder unterschiedlicher Lage und Gesichtsfelder gebildet sind.