EP0777100B1 - Flugkörper-Waffensystem - Google Patents

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EP0777100B1
EP0777100B1 EP96119417A EP96119417A EP0777100B1 EP 0777100 B1 EP0777100 B1 EP 0777100B1 EP 96119417 A EP96119417 A EP 96119417A EP 96119417 A EP96119417 A EP 96119417A EP 0777100 B1 EP0777100 B1 EP 0777100B1
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EP
European Patent Office
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target
head
homing
image
correlation
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EP0777100A3 (de
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Mafred Dipl.-Phys. Hiebl
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LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
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LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
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    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/2273—Homing guidance systems characterised by the type of waves
    • F41G7/2293—Homing guidance systems characterised by the type of waves using electromagnetic waves other than radio waves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
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    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/2206—Homing guidance systems using a remote control station
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/2213—Homing guidance systems maintaining the axis of an orientable seeking head pointed at the target, e.g. target seeking gyro
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
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    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/2226—Homing guidance systems comparing the observed data with stored target data, e.g. target configuration data
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/2253—Passive homing systems, i.e. comprising a receiver and do not requiring an active illumination of the target

Definitions

  • the invention relates to a missile weapon system with a Search head optics and an instruction processor according to claim 1.
  • Such weapon systems are known per se.
  • the missile is after Firing completely on its own when searching for a target.
  • a gimbal-mounted seeker head camera and a tracker equipped by successive image comparison using a Correlation procedure pursues its assigned goal until hit, the search head moves completely autonomously after the launch and cannot be influenced.
  • the missile - or its "instruction processor” (alignment processor) -vor specified the destination to be approached for departure or he / she to this destination be briefed.
  • Image comparison in which images of the rifle sight with those of the Search head compared and correlated.
  • the search head has a significantly smaller field of view compared to the rifle sight, so see just a section of the larger visor image.
  • Agreement the alignment processor executes both images continuously, the Comparison is made so that from the top left corner of the search header image Row by row and column by column in the sighting image and for each position the correlation coefficient or a related criterion is determined. Where the correlation coefficient is maximum, it is Probability that both images are congruent is greatest.
  • the seeker head is now a fixed focal length possesses, the shooter can not determine the image section himself, but the search head is dependent on "what it gets to see".
  • the Focal length of the viewfinder optics is dimensioned so that a normal one Tank target 500 m away - this is the minimum distance - still full fits into the picture.
  • this has the disadvantage that the goal is in the Maximum distance of about 4.5 km is relatively small. (approx. 4 samples).
  • the optical axis of the visor has from the optical axis of the Seeker a distance caused by the carrier (helicopter), so a parallax that is about 5 m in height and width. So that's the Perspective from the seeker head to the target other than from the sight.
  • the alignment processor it is essential that seeker and visor optics see the same. But this is not given when there are foreground or background objects in the image ( Figure), which is to be addressed as a normal case. But this makes the Image comparison deteriorates significantly and leads to a large one Einweiscosm.
  • a missile weapon system is known from US Pat. No. 3,986,682 become, in which by comparison of visor and Search head images continuously using a correlation method tracked, the image size of the homing optics small from the start is chosen.
  • DE 33 34 729 A1 describes a method for aligning a Target seeker known a self-directed missile, in which a Image containing target and an image generated by the seeker with the help an image correlation can be adapted to each other.
  • the present invention has for its object a weapon system to create the type mentioned, in which the Probability of instruction of at least 85% achieved and guaranteed and the alignment processor almost due to residual stabilization errors is undisturbed, the harmonization near the ground and the search header in the Resolution is improved.
  • the Marking box is a rectangular, not process-generated by the display fully extended white frame with indicated corners. This is currently designed square and its size is preset. The shooter can now the marking box via the operator controls either enlarge or reduce, zoom so to speak.
  • the operational State - ie "enlarge” or “reduce” - is on the MIL bus communicated to the fire control computer (FCC).
  • FCC fire control computer
  • the current check box size that the Tracker for setting the trackbox size is communicated by the FCC.
  • the search head regulates its current actual value to the setpoint commanded by the FCC and gives each frame the currently achieved field of view FCC until it determines that the fields of view match.
  • the Loop can be maintained as long as the shooter in turn readjusted at the "Operator Controls".
  • the Search head image is rotationally symmetrical and only the part with the Visor image section can be compared that within a inscribed square.
  • the sensor ratio is geometric to be taken into account by a factor ⁇ 2
  • an appropriate marker box size is for moving Aiming including the carrier movements is more difficult than with standing Aim and unmoved carrier.
  • the carrier movements are through Minimize activation of the background tracker so that only the Relative movement of the target is to be taken into account.
  • this image section must be can be compared with an equally large section of the search header image.
  • the search head with a zoom lens is now proposed equipment that is able to reduce the field of view until the The target is still "filling the picture" even at maximum target distance.
  • the the corresponding field of view is determined by the FCC (Fire Control Computer) carried out via the weapon system bus.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
  • Telescopes (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugkörper-Waffensystem mit einer Suchkopfoptik und einem Einweisungsprozessor nach Anspruch 1.
Solche Waffensysteme nach dem sogenannten "Fire and Forget-System" sind an sich bekannt. Bei solchen Systemen ist der Flugkörper nach dem Abfeuern bei der Zielsuche völlig auf sich selbst gestellt. Hierzu ist er mit einer kardanisch aufgehängten Suchkopfkamera und mit einem Tracker ausgerüstet, der durch sukzessiven Bildvergleich mittels eines Korrelationsverfahrens sein ihm zugewiesenes Ziel bis zum Treffer verfolgt, wobei der Suchkopf sich nach dem Abschuß völlig autonom bewegt und unbeeinflußbar ist. Selbstverständlich muß dem Flugkörper - beziehungsweise seinem "Einweisungsprozessor" (Alignment-Prozessor)-vor dem Abflug das anzufliegende Ziel angegeben bzw. er auf dieses Ziel eingewiesen werden. Hierzu bedient man sich eines sogenannten Bildvergleichs, bei dem Bilder des Schützenvisiers mit denen des Suchkopfes verglichen und korreliert werden. Nun hat aber der Suchkopf gegenüber dem Schützenvisier ein erheblich kleineres Sehfeld, sieht also lediglich einen Ausschnitt des größeren Visierbildes. Die Übereinstimmung beider Bilder führt kontinuierlich der Alignment-Prozessor aus, wobei der Vergleich so erfolgt, daß von der linken oberen Ecke des Suchkopfbildes Zeile für Zeile und Spalte für Spalte im Visierbild abgefragt wird und für jede Position der Korrelationskoeffizient bzw. ein verwandtes Kriterium ermittelt wird. Dort wo der Korrelationskoeffizient maximal ist, ist die Wahrscheinlichkeit, daß beide Bilder deckungsgleich sind, am größten.
Da nun beim heutigen Stand der Technik der Suchkopf eine Festbrennweite besitzt, kann der Schütze den Bildausschnitt nicht selbst bestimmen, sondern der Suchkopf ist auf das angewiesen "was er zu sehen bekommt". Die Brennweite der Sucherkopfoptik ist so dimensioniert, daß ein normales Panzerziel in 500 m Entfernung - dies ist die Minimalentfernung - noch voll "ins Bild" paßt. Dies hat aber den Nachteil, daß sich das Ziel in der Maximalentfernung von ca. 4, 5 km relativ sehr klein darstellt. (ca. 4 samples). Neben dem Ziel ist hier also noch jede Menge Hintergrund im Bild enthalten. Dieser Hintergrund ist umso störender, je kleiner das Ziel ist.
Nun aber hat die optische Achse des Visiers von der optischen Achse des Suchkopfes einen durch den Träger (Hubschrauber) bedingten Abstand, also eine Parallaxe, die in Höhe und Breite etwa 5 m beträgt. Damit ist auch der Blickwinkel vom Suchkopf auf das Ziel ein anderer als vom Visier aus. Für den Bildvergleich durch den Alignment-Prozessor ist es jedoch wesentlich, daß Suchkopf- und Visieroptik das gleiche sehen. Dies ist aber nicht gegeben, wenn sich Vorder- oder Hintergrundobjekte im Bild befinden (Figur), was als Normalfall anzusprechen ist. Dadurch aber wird der Bildvergleich wesentlich verschlechtert und führt zu einem großen Einweisfehler.
Durch die US 3 986 682 ist ein Flugkörper-Waffensystem bekannt geworden, bei dem durch Vergleich von zur Deckung gebrachter Visier- und Suchkopfbilder mittels eines Korrelationsverfahrens kontinuierlich ein Ziel verfolgt, wobei die Bildgröße der Zielsuchkopfoptik von Anfang an klein gewählt wird.
Durch die DE 33 34 729 A1 ist ein Verfahren zur Ausrichtung eines Zielsuchkopfes eines selbstgesteuerten Flugkörpers bekannt, bei dem ein das Ziel enthaltendes Bild und ein vom Zielsuchkopf erzeugtes Bild mit Hilfe einer Bildkorrelation einander angepaßt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Waffensystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Einweiswahrscheinlichkeit von mindestens 85 % erreicht und gewährleistet wird und der Alignment-Prozessor durch Stabilisierungsrestfehler nahezu unstörbar ist, die Harmonisierung in Bodennähe und das Suchkopfbild in der Auflösung verbessert wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. In der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben und in der Figur der Zeichnung ein Szenenbildvergleich in Ansicht und Draufsicht dargestellt.
Wie aus vorstehenden Ausführungen hervorgeht, ist eine optimale Einweisungswahrscheinlichkeit nur zu erzielen, wenn parallaxenfreie Bilder vorhanden sind. Dies ist durch Minimierung der Zielumgebung erreichbar, d.h. die Zielumgebung geht nicht, oder nur geringfügig in den Bildvergleich ein. Zu diesem Zweck muß die Markierungsbox an die Größe des Zieles angepaßt, also soweit verkleinert oder vergrößert werden, daß so wenig wie möglich an Hintergrund in der Markierungsbox enthalten ist. Die Markierungsbox ist ein vom Display prozessorgenerierter rechteckiger, nicht voll ausgezogener weißer Rahmen mit angedeuteten Ecken. Diese ist derzeit quadratisch ausgelegt und ihre Größe wird voreingestellt. Der Schütze kann nun die Markierungsbox über die Bedienelemente (Operator Controls) entweder vergrößern oder verkleinern, sozusagen zoomen. Der operationelle Zustand - also "Vergrößern" oder "Verkleinern" - wird auf dem MIL-Bus dem Feuerleitrechner (FCC) mitgeteilt. Aus der Zeit, wie lange der Schütze die Zoomtaste gedrückt hält und der Zoomgeschwindigkeit berechnet der FCC (Firing Control Computer) die aktuelle Markierungsboxgröße, die dem Tracker zum Setzen der Trackboxgröße vom FCC mitgeteilt wird. Mit Hilfe der reduzierten Sehfeldgröße, die der Größe der Markierungsbox entspricht, und der bekannten Sensorabmessung des Suchkopfes ist der FCC in der Lage, die jeweilige Brennweite der Suchkopfoptik zu berechnen und diese der Munition auf dem Bus mitzuteilen bzw. einzugeben. Der Suchkopf regelt seinen aktuellen Istwert auf den vom FCC kommandierten Sollwert nach und gibt jedem Rahmen (Frame) die aktuell erreichte Sehfeldgröße an den FCC zurück, bis dieser die Übereinstimmung der Sehfelder feststellt. Der Regelkreis kann so lange aufrechterhalten werden, wie der Schütze seinerseits an den "Operator Controls" nachregelt.
Bei der Berechnung der Brennweite ist jedoch zu beachten, daß das Suchkopfbild rotationssymmetrisch ist und nur derjenige Teil mit dem Visierbildausschnitt verglichen werden kann, der innerhalb eines einbeschriebenen Quadrates liegt. Dem Sensorverhältnis ist geometrisch durch einen Faktor √2 Rechnung zu tragen
Eine angemessene Markierungsboxgröße einzustellen, ist bei bewegten Zielen unter Einschluß der Trägerbewegungen schwieriger als bei stehenden Zielen und unbewegtem Träger. Die Trägerbewegungen sind durch Einschaltung des Hintergrundtrackers zu minimieren, so daß nur noch die Relativbewegung des Zieles in Rechnung zu stellen ist.
Ist die richtige Markierungsboxgröße gefunden, muß dieser Bildausschnitt mit einem gleich großen Ausschnitt des Suchkopfbildes verglichen werden. Hierzu wird nun vorgeschlagen, den Suchkopf mit einem Zoomobjektiv auszurüsten, das in der Lage ist, das Sehfeld soweit zu verkleinern, bis das Ziel auch in maximaler Zielentfernung noch "bildfüllend" ist. Die entsprechende Sehfeldgröße wird durch den FCC (Fire Control Computer) über den Waffensystem-Bus durchgeführt.
Bildfüllend heißt nun nicht, daß das Ziel in maximaler Entfernung das ganze Bild ausfüllen muß. Es ist ausreichend, wenn ein guter Bildvergleich auch für Fernziele gewährleistet ist und auch den erhöhten Vibrationspegeln, denen eine Fernbereichsoptik im Gegensatz zu den Nahbereichsoptiken ausgesetzt ist, noch ein ausreichendes Detektieren zuläßt.
Dadurch ist nun ein Waffensystem geschaffen, das die gewünscht optimal hohe Einweiswahrscheinlichkeit gewährleistet und den bisherigen Einfluß der Parallaxe auf die Korrelation ausschaltet, ferner eine wesentliche Harmonisierung in Bodennähe und eine verbesserte Auflösung des Suchkopfbildes erbringt. Die "Bildexplosion", die besonders im Endflug der Munition schnell veränderliche Verhältnisse herbeiführt und die Algorithmen ungünstig beeinflußt, wird bis nahe an die "Endzeit" verlegt. Aufgrund der höheren Auflösung der Zoom-Optik wird auch das "Target-Handover-Kriterium" entscheidend verbessert.

Claims (1)

  1. Flugkörper-Waffensystem mit einem kardanisch aufgehängten Zielsuchkopf und einem Einweisungsprozessor (Tracker), der durch Vergleich von zur Deckung gebrachter Visier- und Suchkopfbilder mittels eines Korrelationsverfahrens kontinuierlich sein Ziel ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) der Zielmarkierungsrahmen im Visierbild zur Reduzierung des Einflusses der Parallaxe auf die Korrelation durch Verkleinerung oder Vergrößerung an die Größe des Zieles anpaßbar ist und in der gewählten Größe der Zielsuchkopfoptik eingegeben wird,
    b) der Zielsuchkopf mit einem an die Waffensystemreichweite angepaßten Zoomobjektiv versehen ist, welches das Sehfeld soweit verkleinert, bis das Ziel im Deckungsbild in allen Zielentfernungen immer mindestens nahezu "bildfüllend" dargestellt wird,
    c) die auf den Zielsuchkopf bzw. dessen Zoomoptik einwirkenden Vibrationspegel durch Einschalten des bordeigenen Hintergrundtrackers weitgehend eliminiert werden und
    d) durch Anpassung der Auflösung beider Sensoren für die Zielübergabe ein Wert für die Korrrelationsgröße vorgegeben wird.
EP96119417A 1995-12-09 1996-12-04 Flugkörper-Waffensystem Expired - Lifetime EP0777100B1 (de)

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