DE4335070A1 - Bahnverfolgungssystem - Google Patents

Bahnverfolgungssystem

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Abstract

Ein System zur Bahnverfolgung eines Projektils benutzt einen Laserstrahl, dessen Abtastbewegung durch eine akusto-optische Zelle (3) bewirkt wird. Transponder (9) sind an der Rückseite des Projektils (8) angeordnet, um den Abtaststrahl zu empfangen und einen schmalen optischen Strahl nach dem am Boden befindlichen Empfänger zurückzusenden. DOLLAR A Auf den zurückübertragenen Strahl kann eine IFF-Information moduliert werden. Das System hat den Vorteil, daß es eine Zweiwege-Verbindung mit vergleichsweise einfachen Schaltungselementen bildet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Systeme zur Bahnverfolgung von Projektilen unter Benutzung optischer Mittel.
  • Beim Freisetzen von am Boden oder in der Luft gestarteten, geführten Flugkörpern, die beispielsweise ein in der Luft befindliches Ziel treffen sollen, ist es notwendig, die Position der Flugkörper relativ zum Ziel bis zum Treffen des Ziels zu verfolgen.
  • Es ist bekannt, einen Abtastlaserstrahl zu benutzen, um einen befreundeten Flugkörper zu bestrahlen und dadurch den Flugkörper zu verfolgen. So stellen z. B. in der GB-A-2 113 939 Empfänger an Bord eines Flugkörpers die Position des Flugkörpers relativ zu einem am Boden befindlichen Bahnverfolgungssystem fest, indem eine Modulation dekodiert wird, die dem Abtaststrahl überlagert wird. Dieses Verfahren erfordert eine komplizierte elektronische Schaltung, die an Bord des Flugkörpers mitgeführt werden muß, um die Modulation zu dekodieren. Ein weiterer Nachteil ist das Fehlen einer Kommunikationsverbindung vom Flugkörper zurück nach dem Bahnverfolgungssystem.
  • Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer Zweiwegeverbindung zwischen einer Bahnverfolgungsstation und einem befreundeten Flugkörper, wobei die Verbindung betriebssichere, vergleichsweise einfache Schaltungselemente benutzt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das Bahnverfolgungssystem folgende Teile:
    einen Sender und einen Empfänger, wobei der Sender Mittel aufweist, um einen optischen Abtaststrahl zur Zielbeleuchtung des Projektils zu erzeugen;
    mehrere Transponder, die auf dem Projektil angeordnet werden, wobei jeder Transponder ein Detektor/Emitter-Paar aufweist, um den Abtaststrahl zu empfangen und um einen weiteren optischen Strahl gemäß dem Empfang durch den Empfänger auszusenden.
  • Die Mittel zur Erzeugung eines optischen Abtaststrahles können einen Laser aufweisen, der mit einer mechanischen Abtasteinrichtung (wie z. B. in der europäischen Patentanmeldung 923 01 208) oder eine akusto-optische Ablenkzelle aufweisen.
  • Eine akusto-optische Ablenkzelle kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehten, das einem akusto-optischen Effekt ausgesetzt ist, d. h. das Licht wird durch akustische Wellen gebeugt. Ein Beispiel eines solchen Materials ist Tellurdioxid. Akustische Wellen werden gewöhnlich in die Zellen über einen piezoelektrischen Wandler eingekoppelt, der beispielsweise an einer Oberfläche der Zelle verklebt ist.
  • Wie bekannt, kann eine akusto-optische Ablenkzelle so ausgebildet sein, daß sie einen Strahl von Laserlicht, beispielsweise der Frequenz f= enthält und gemäß diesem Strahl ein Hochfrequenzsignal erzeugt, welches an die Zelle angelegt wird (im MHz- bis GHz-Bereich). Ein Teil des aus der Zelle 1 austretenden Lichtes wird abgelenkt, um einen sogenannten "Strahl erster Ordnung" zu erzeugen. Der Ablenkwinkel dieses Strahles gegenüber dem nicht-abgelenkten Strahl der Ordnung Null ist im wesentlichen proportional zur Frequenz des Hochfrequenzsignals, wodurch einen Schallwelle erzeugt wird, die über die Zelle fortschreitet. Durch Veränderung der Signalfrequenz in gesteuerter Weise kann ein Strahl in einer einzigen Ebene abtasten. Eine zweidimensionale Abtastung kann erreicht werden, indem eine zweite Ablenkzelle eingeführt wird, über die der von einer ersten Zelle erzeugte Strahl erster Ordnung derart verläuft, wie dies in der GB-A-2 113 939 beschrieben ist.
  • Die Transponder können aus einem einzigen Festkörper- Fotodetektorelement bestehen, welches benachbart zu einer Laserdiode angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Divergenz des Strahles, der von der Laserdiode abgestrahlt wird, klein, um die Gefahr einer Beschädigung des "Schlachtfeldauges" zu vermindern.
  • Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben, welche eine schematische Darstellung eines Bahnverfolgungssystems gemäß der Erfindung zeigt.
  • Gemäß der Zeichnung umfaßt ein am Boden angeordneter Sendeempfänger 1 einen Laser 2 zur Erzeugung eines optischen Strahles, eine akusto-optische Ablenkzelle 3, um den Strahl in zwei Richtungen abzulenken und einen digital gesteuerten Spannungs/Frequenz-(RF)Wandler 4, der ein Treibersignal für die Zelle 3 liefert. Eine digitale Steuerung des Treibersignals ermöglicht eine schnelle Strahlabtastung.
  • Der Sendeempfänger 1 weist außerdem ein Detektorelement 5 auf, um optische Strahlung von einer äußeren Quelle zu empfangen. Der Ausgang des Detektors und ein Signal vom Spannungs/RF- Wandler 4 sind beide an einen Computer 6 angekoppelt.
  • Aus der Zeichnung ist außerdem ein Flugkörper 7 ersichtlich, der von dem am Boden angeordneten Sendeempfänger 1 verfolgt wird. Am Schwanz des Flugkörpers 7 sind im gleichen Abstand vier Halbkugeln 8 angeordnet, von denen nur zwei in der Zeichnung ersichtlich sind.
  • Auf der äußeren Oberfläche jeder Halbkugel 8 befinden sich mehrere Transponder 9 und jeder Transponder 9 weist ein Fotodetektorelement 10 und eine Laserdiode 11 auf. Das Fotodetektorelement 10 und die Laserdiode 11 eines jeden Transponders 9 sind dicht benachbart zueinander angeordnet und so ausgerichtet, daß sie in der gleichen Richtung weisen, wobei die Strahldivergenz der Diode 11 wenigstens gleich ist dem Sichtfeld des Fotodetektorelementes 10.
  • Im Betrieb beginnt der Sendeempfänger 1 einen Bereich abzutasten, der den Flugkörper 7 enthält. Um zu gewährleisten, daß der Abtaststrahl, der vom Sendeempfänger 1 abgestrahlt wird, wenigstens einen Transponder 9 trifft, sind genügend Transpondoren über die Halbkugel verteilt angeordnet, so daß die Sichtfelder einander überlappen. Wenn der Abtaststrahl eines der Fotodetektorelemente 10 trifft, die auf der Halbkugel 8 angeordnet sind, dann wird die benachbarte Laserdiode 10 augenblicklich angeschaltet und sendet einen Strahl nach dem Sendeempfänger 1 zurück. Dieser Strahl wird vom Detektorelement 5 erfaßt, daß ein Ausgangssignal dem Computer 6 liefert. Aus der vom Spannungs/RF-Wandler 4 übertragenen Information kann der Computer 6 die Abtastkoordinaten des Strahls vom Laser 2 in dem Moment ableiten, in dem das Signal vom Detektorelement 5 empfangen wird. Demgemäß ist die Winkellage des Flugkörpers 7 relativ zur Ziellinien des Lasers 2 bekannt. Durch Überwachung der Augenblickswerte der Winkellage kann der Flugkörper 7 verfolgt werden.
  • Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform ist jedes Detektor/Emitterpaar, welches einen Transponder 9 enthält, innerhalb des Flugkörpers angeordnet und steht mit der Oberfläche des Flugkörpers über optische Lichtleitfasern in Verbindung. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die Transponder 9 Mittel auf, um den Strahl zu modulieren, der von den Laserdioden 11 abgestrahlt wird. Diese Modulation könnte benutzt werden, um eine IFF-Information dem am Boden befindlichen Sendeempfänger 1 zu übermitteln.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Nachführung eines Flugkörpers (7) mit den folgenden Merkmalen:
a) ein vom Flugkörper ausgehender Richt-Laserstrahl wird an einer Empfangsstation (1) in bezug auf die Einstrahlrichtung ausgewertet;
b) ein Sender (2, 3) an der Empfangsstation (1) richtet einen Abtast-Laserstrahl auf den Flugkörper (7);
c) wenigstens ein Transponder (9) an Bord des Flugkörpers (7) empfängt den Abtast-Laserstrahl und sendet ihn als Richt-Laserstrahl frequenzverschoben an die Empfangsstation zurück.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Abtast-Laserstrahl emittierende Laser (2) mit einer akusto-optischen Ablenkzelle (3) gekoppelt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher jeder Transponder (9) ein Fotodetektorelement (10) und eine Laserdiode (11) aufweist, die in die gleiche Richtung weisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Transponder (9) über wenigstens eine halbkugelförmige äußere Oberfläche (8) an Bord des Flugkörpers verteilt sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Transponder (9) Mittel aufweisen, um den Richt- Laserstrahl zu modulieren.
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