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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Einrichtung zur Ortung eines Objekts sowie eine Anwendung dieser
Einrichtung.
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Die Erfindung betrifft genauer eine
Einrichtung, die einen optischen Detektor umfasst, der aus Folgendem
besteht:
- – einem
Bildaufnahmemittel, das Bilder von der Umgebung um das Objekt erzeugen
kann, und
- – einer
Bildbearbeitungseinheit, die das Objekt auf den durch das Aufnahmemittel
erzeugten Bildern erkennen und es ausgehend von seiner Position
auf diesen Bildem orten kann.
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Eine solche Einrichtung kann insbesondere in
eine Vorrichtung integriert werden, die einen Flugkörper, beispielsweise
eine Panzerabwehrrakete, zu einem Ziel lenken soll, und sie kann
zur Ortung dieses Ziels verwendet werden, sodass die Lenkung des Flugkörpers ermöglicht wird.
Auf bekannte Weise (siehe Schrift FR-2 753 785) umfasst eine solche Lenkvomchtung
im Allgemeinen Folgendes:
- – Steuerorgane, die nach Steuerbefehlen
gesteuert werden;
- – eine
Zielortungseinrichtung;
- – eine
Quelle von Trägheitsinformationen;
und
- – eine
Zentraleinheit, die ausgehend von Informationen, die sie von der
Ortungseinrichtung und der Quelle von Trägheitsinformationen erhalten
hat, Steuerbefehle ermittelt, die zu den Steuerorganen übertragen
werden.
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Es ist bekannt, dass bei einer solchen
Anwendung die Zielortung gestört
werden kann insbesondere durch:
- – ein vorübergehendes
Abdecken des Ziels, zum Beispiel durch ein natürliches oder künstliches Hindernis
(Rauch, Haus usw.). Ein solches Abdecken beeinträchtigt die Robustheit der durch
die Lenkvorrichtung eingesetzten Lenkschleife. In der Tat kann das
Verlieren des Ziels auf einem Bild zum endgültigen Verlust und so zu einer
Störung des
Ortungsprozesses, die nicht beseitigt werden kann, und somit zum
Scheitern des Auftrags führen;
und
- – ein
Beobachtungsgeräusch.
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Es ist bekannt, dass das Beobachtungsgeräusch insbesondere
folgende Ursachen haben kann:
- – eine unvofiersehbare
Bewegung des Schützen, insbesondere
bei einer Panzerabwehrrakete; und
- – die
Entlastung des Schießstands
bei Abgang der Rakete im Falle einer getragenen Rakete; und
- – das
Ziehen eines Verbindungsdrahts zwischen dem Schießstand und
der Rakete, im Allgemeine am Ende des Flugs.
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Ein solches Beobachtungsgeräusch kann eine
starke Verschiebung der Zielortungseinrichtung über eine Dauer von einigen
hundert Millisekunden verursachen, was die Verwendung eines optischen Detektors
notwendig macht, der ein sehr breites Sichtfeld (oder Bildaufnahmefeld)
besitzt, um das Ziel nicht zu verlieren. Ein solches Feld begrenzt
natürlich
den Durchlassbereich des optischen Detektors.
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Durch die Schrift US-5 860 619 ist
ein Ortungssystem des Suchkopftyps bekannt, das an einen Flugkörper montiert
ist und ein Ziel orten soll. Dazu umfasst es insbesondere ein Bildaufnahmemittel,
eine Bildbearbeitungseinheit und drei Gyrometer, die die Bewegungen
des Flugkörpers
in Bezug auf die Nickschwingungs-, Rollbewegungs- und Gierachsen,
das heißt
im Raum, messen. Diese vofierige Schrft sieht vor, die Bildinformationen
(die von der Bildbearbeitungseinheit kommen), die von aufeinanderfolgenden
Bildem in ein und demselben Bezugssystem stammen, mittels eines
Koordinatenumwandlungskreises, in den die durch die Gyrometer durchgeführten Messungen
eingegeben werden, zu transponieren.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist die Beseitigung der vorgenannten Nachteile. Sie betrifft eine
sehr robuste Einrichtung von geringen Kosten, die es ermöglicht,
ein Objekt selbst bei Vorhandensein von Geräuschen und/oder einer vorübergehenden
Abdeckung des Objekts zu orten.
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Zu diesem Zweck ist die Einrichtung
zur Ortung eines Objekts, die Folgendes umfasst:
- – einen
optischen Detektor, der besteht aus: einem Bildaufnahmemittel, das
Bilder von der Umgebung um das Objekt erzeugen kann; und einer Bildbearbeitungseinheit,
die das Objekt auf den durch das Aufnahmemittel erzeugten Bildem
erkennen und es ausgehend von seiner Position auf diesen Bildem
orten kann;
- – mindestens
ein Gyrometer, das einen Richtungsänderungswinkel des optischen
Detektors messen kann; und
- – eine
Zentraleinheit,
dahingehend bemerkenswert, dass das
Gyrometer so konzipiert ist, dass es einen Winkel der Richtungsänderung
entlang einer bestimmten Richtung misst, der einer der beiden Achsen
entspricht, die eine Bezugsebene des optischen Detektors defrnieren,
in der die Bilder erzeugt werden, und dahingehend, dass die Zentraleinheit
so konzipiert ist, dass - – sie den vom Gyrometer gemessenen
Richtungsänderungswinkel
in eine Entfemung in der Bezugsebene entlang der Achse umwandelt,
die der bestimmten Richtung entspricht;
- – sie
diese Entfernung benutzt, um die Position des Objekts auf einem
aktuellen Bild ausgehend von seiner Position auf einem vorhergehenden Bild
zu schätren;
und
- – die
Bildbearbeitungseinheit so steuert, dass sie das Objekt in einem
vorbestimmten Bildteil, der um die geschätzte Position des Objekts henum definiert
ist, sucht.
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So kann dank der Schätzung der
Position des Objekts, die mittels der durch das/die Gyrometer durchgeführten Messungen
erfolgt, entlang der der genannten Richtungsänderungsrichtung entsprechenden
Achse der zu bearbeitende Bildteil reduziert werden, was eine Vergrößerung des
Durchlassbands der Bildbearbeitungseinheit und somit die Verringerung
der Dauer der Bearbeitungen gestattet. Dies ermöglicht ebenfalls die Verwendung
eines optischen Detektors, der ein kleineres Sichtfeld entlang der
genannten Achse besitzt und dessen Kosten daher geringer sind.
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Außerdem verliert man dank der
Messungen des Gyrometers das Objekt nie, das stets eine geschätzte Position
desselben bekannt ist. Folglich besteht selbst bei Vorhandensein
von Bildern, die nicht von der Bildbearbeitungseinheit ausgewertet
werden können,
zum Beispiel wenn das Objekt verdeckt ist, nie eine Störung des
Ortungsvorgangs, die nicht beseitigt werden kann.
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Im Übrigen sind die Kosten der
Ortungseinrichtung aufgrund insbesondere der niedrigen Kasten des
Gyrometers gering.
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Man beachte, dass aus Gründen der
Vereinfachung im Rahmen der vorliegenden Erfindung von Winkel gesprochen
wird, wohingegen die Gyrometer eine Winkelgeschwindigkeü liefem.
Auf jeden Fall werden die Gyrometermessungen bei einer Festfrequenz
geeicht, sodass die Begriffe Winkel und Winkelgeschwindigkeit bis
auf einen bekannten Koeffizienten identisch sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsart
umfasst die erfindungsgemäße Einrichtung
zwei Gyrometer, die Richtungsänderungswinkeljewells
entlang zweier verschiedener Richtungen vorzugsweise in Bezug auf
den Zielhöhenwinkel
und den Peilwinkel messen können.
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Dadurch kann der Teil des bearbeiteten
Bilds entlang zweier verschiedener Richtungen, das heißt, in der
gesamten Bezugsebene, reduziert werden.
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Man beachte, dass die erfindungsgemäße Einrichtung
vorzugsweise Folgendes vereinigt:
- – ein oder
zwei Gyrometer mit breitem Durchgangsband (zwischen 75 und 100 Hz),
jedoch begrenzten statischen Leistungswerten; und
- – eine
Bildbearbeitungseinheit mit kleinem Durchgangsband (unter 30 Hz),
aber einem sehr geringem statischem Fehler.
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Im Übrigen verwendet die Zentraleinheit
auf vorteilhafte Weise die von der Bildbearbeitungseinheit gelieferten
Informationen zur Position des Objekts auf mindestens einem Bild
zum Ausgleich der Messabweichung des Gyrometers.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ebenfalls eine Vorrichtung zur Lenkung eines Flugkörpers, insbesondere
einer Panzerabwehrrakete, zu einem Ziel, wobei diese Lenkvorrichtung
der Art ist, die Folgendes umfasst:
- – Steuerorgane,
die nach Steuerbefehlen gesteuert werden;
- – eine
Zielortungseinrichtung;
- – eine
Quelle von Trägheitsinformationen;
und
- – eine
Zentraleinheit, die ausgehend von Informationen, die sie von der
Ortungseinrichtung und der Quelle von Trägheitsinformationen erhalten
hat, Steuerbefehle ermittelt, die zu den Steuerorganen übertragen
werden.
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Erfindungsgemäß ist die Lenkvorrichtung dahingehend
bemerkenswert, dass die Zielortungseinrichtung vom vorgenannten
Typ ist.
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Die Figuren der beigefügten Zeichnung
machen gut verständlich,
wie die Erfindung ausgeführt werden
kann. Auf diesen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen ähnliche
Elemente.
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1 ist
ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Ortungseinrichtung.
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2 veranschaulicht
schematisch ein Bild, das das zu ortende Bild enthält und die
Erklärung
der Anwendung der vorliegenden Erfindung gestattet.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung 1,
die schematisch in 1 dargestellt
ist, soll ein Objekt C, insbesondere ein Ziel, wie beispielsweise
einen Panzer, orten.
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Auf bekannte Weise umfasst die Einrichtung 1 einen
optischen Detektor 2, der aus Folgendem besteht:
- – einem
Bildaufnahmemittel 3, zum Beispiel einer üblichen
Kamera mit sichtbarer Strahlung oder einer Infrarotkamera, die Bilder
von der Umgebung um das Objekt C erzeugen kann; und
- – eine
Bildbearbeitungseinheit 4 üblichen Typs, die über eine
Verbindung 5 mit dem Bildaufnahmemittel 3 verbunden ist
und zum einen das Objekt C auf den vom Bildaufnahmemittel 3 erzeugten
Bildern I erkennen und zum anderen das Objekt C ausgehend von seiner
Position auf den Bildem I orten kann.
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Erfindungsgemäß umfasst die Einrichtung 1 weiterhin:
- – zwei
Gyrometer 6 und 7, wobei beide Gyrometer 6 und 7 einen
Richtungsänderungswinkel
des optischen Detektors 2 entlang einer bestimmten Richtung
messen können,
die einer Achse OX, OY einer Bezugsebene OXY des optischen Detektors 2 entspricht,
wobei die Erzeugung der Bilder I in der Bezugsebene OXY erfolgt.
Eines 6 der Gyrometer 6 und 7 misst den
Peilwinkel und das andere 7 den Zielhöhenwinkel. Diese Zielhöhen- und
Peilwinkel sind vorzugsweise der Zielhöhenwinkel und der Peilwinkel
des Bildaufnahmemittels 3; und
- – eine
Zentraleinheit 8, die über
Verbindungen 9 bis 11 mit der Bildaufnahmeeinheit 4 beziehungsweise
den Gyrometern 6 und 7 verbunden ist.
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Die Zentraleinheit 8 verwendet
die von den Gyrometern 6 und 7 gemessenen Richtungsänderungswinkel
zur Schätzung
der aktuellen Position Pe des Objekts C auf einem aktuellen Bild
I (das mit einem mittigen Fadenkreuz R versehen ist) ausgehend von
seiner Position C1 auf einem vorhergehenden Bild, wie in 2 zu sehen ist, und sie
steuert die Bildbearbeitungseinheit 4 so, dass letztere
das Objekt C in einem vofier festgelegten Bildteil (oder einer Suchfläche) IO
sucht, der auf die geschätzte
Position Pe des Objekts C zentriert ist.
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Dazu werden die von den Gyrometern 6 und 7 durchgeführten Winkelmessungen
in entsprechende Entfernungen in der Bezugsebene OXY, in der die Bilder
I erzeugt werden, umgewandelt. In dem in 2 dargestellten Beispiel
- – entspricht
der vom Gyrometer 6 gemessene Peilwinkel einer Entfernung
d1 entlang der Achse OX, die eine waagerechte Achse darstellt; und
- – entspricht
der vom Gyrometer 7 gemessene Zielhöhenwinkel einer Entfernung
d2 entlang der Achse OY, die eine senkrechte, rechtwinklig zur Achse
OX liegende Achse darstellt.
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So schätzt die Zentraleinheit 8 ausgehend
- – von
einer voriherigen Position C1 des Objekts, die entweder aus von
durch die Bildbearbeitungseinheit 4 an einem vorhergehenden
Bild durchgeführten
Bearbeitungen oder von einer vorherigen, mit Hilfe von vorherigen
Messungen der Gyrometer 6 und 7 durchgeführten Schätzung bekannt
ist; und
- – den
Entfernungen d1 und d2 die aktuelle Position Pe des Objekts C, die
aufgrund der geringen Genauigkeit der Gyrometer 6 und 7 jedoch
nicht besonders genau ist.
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Dann steuert sie die Bildbearbeitungseinheit 4,
damit diese die Suche des Objekts C um diese geschätzte Position
Pe herum im Bildteil IO zur Verfeinerung der Suche konzentriert.
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Folglich kann dank der Vorabschätzung der Position
Pe des Objekts C auf dem Bild I die Größe der Suchfläche IO auf
dem Bild I reduziert werden, was eine Vergrößerung des Durchgangsbands
der Bildbearbeitungseinheit 4 ermöglicht.
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Man beachte, dass eine Reduzierung
der Anzahl der zu bearbeitenden Pixel in einem Verhältnis über 20 durchaus
in Betracht gezogen werden kann.
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Weiterhin kann der Ortungsprozess
erfindungsgemäß selbst
bei Vorhandensein nicht bearbeitbarer Bilder durch aufeinanderfolgende
Positionsschätzungen,
die ausgehend von durch die Gyrometer 6 und 7 durchgeführten Messungen
erfolgen, fortgesetzt werden.
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Man beachte, dass ein Bild als nicht
bearbeitbar angesehen wird, wenn die Einheit 4 nicht in der
Lage ist, das Objekt C auf diesem Bild zu erkennen, da
- – das
Objekt entweder verdeckt ist, zum Beispiel von einem natürlichen
oder künstlichen
Hindernis;
- – das
Objekt, beispielsweise infolge einer ungewollten Bewegung des Bildaufnahmemittels 3, aus
dem Bild gegangen ist.
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Natürlich kann anstelle oder zusätzlich zur Reduzierung
des Suchbereichs IO auch ein Bildaufnahmemittel 3 vorgesehen
werden, das ein kleineres Sichtfeld besitzt und kleinere Bilder
I erzeugt, die einen kleineren Teil der Umgebung um das Objekt darstellen.
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Außerdem sind die Kosten der
Ortungseinrichtung 1 aufgnand insbesondere der niedrigen
Kosten des Gyrometers gering.
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Übrigens
verwendet die Zentraleinheit 8 erfindungsgemäß die von
der Bildbearbeitungseinheit 4 gelieferten Informationen
zur Position des Objekts C auf den Bildern I, um eine mögliche Abweichung der
Gyrometer 6 und 7 auszugleichen.
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Natürlich ist es möglich, anstelle
von zwei Gyrometern 6 und 7 im Rahmen der vorliegenden
Erfindung nur ein Gyrometer zu verwenden. In diesem Fall wird der
Suchbereich IO nur entlang einer der beiden Achse OX und OY, beispielsweise
entlang der Achse OY, reduziert, wenn die Einrichtung 1 nur
das Gyrometer 7 umfasst, das die Zielhöhenwinkel misst.
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Im Rahmen der vorliegenden Endung
kann das oder können
die Gyrometer natürlich
andere Richtungsänderungswinkel
messen als den vorgenannten Zielhöhen- und den Peilwinkel.
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Eine nicht dargestellte bevorzugte
Anwendung der erfindungsgemäßen Ortungseinrichtung 1 betnfft
ihren Einbau in eine Vorrichtung zur Lenkung eines Flugkörpers zu
einem Ziel, insbesondere einem Panzer, wobei die Einrichtung 1 dann
zur Ortung des zu eneichenden Ziels verwendet wird.
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Als Beispiel kann eine solche Lenkvorrichtung
Folgendes umfassen:
- – Steuerorgane, die nach Steuerbefehlen
gesteuert werden;
- – die
Einrichtung zur Ortung des Ziels C;
- – eine
Quelle von Trägheitsinformationen;
und 7
- – eine
Zentraleinheit, die ausgehend von Informationen, die sie über eine
Verbindung 12 von der Ortungseinrichtung 1 und der Quelle
von Trägheitsinformationen
erhalten hat, Steuerbefehle ermittelt, die zu den Steuerorganen übertragen
werden.
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In diesem Fall können auf vorteilhafte Weise die
Gyrometer 6 und 7 verwendet werden, die systematische
Fehler in der Größenordnung
von 1°/s
und einen Fehler des Maßstabfaktors
von einigen Prozent aufweisen.
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Man beachte, dass dank der Erfindung
so eine besonders einfache und effektive Lösung erzielt wird, um Abhilfe
gegen die Abdeckung des Ziels durch den Rauch des Motors des zu
lenkenden Flugkörpers
zu schaffen.