EP0975939A1 - Multispektrale flugkörperdetektion - Google Patents

Multispektrale flugkörperdetektion

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EP0975939A1
EP0975939A1 EP98928112A EP98928112A EP0975939A1 EP 0975939 A1 EP0975939 A1 EP 0975939A1 EP 98928112 A EP98928112 A EP 98928112A EP 98928112 A EP98928112 A EP 98928112A EP 0975939 A1 EP0975939 A1 EP 0975939A1
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EP
European Patent Office
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range
spectral
pixel
radiation
filter
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98928112A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Niederhofer
Anton Kaltenecker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
Original Assignee
LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0975939A1 publication Critical patent/EP0975939A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/781—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/783—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived from static detectors or detector systems
    • G01S3/784—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived from static detectors or detector systems using a mosaic of detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/16—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using electromagnetic waves other than radio waves

Definitions

  • the invention relates to a device for multispectral missile detection according to the preamble of claim 1
  • the devices known hitherto relate primarily to monospectral IR detection, which, however, is associated with high false alarm rates.
  • the devices for this work both in the ultraviolet and in the infrared range.
  • the present invention has for its object to provide a missile detection device of the aforementioned type, the detection reliability and detection performance is significantly optimized and the false alarm rate is minimized to the same extent.
  • FIG. 2 schematically shows a diagram with respect to the engine jet in side and rear view
  • 3 shows an exemplary embodiment with regard to the division of the spectral ranges used
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a strip filter combination aligned with a pixel grid
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a multispectral arrangement with a filter wheel
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment of an arrangement with only one imaging sensor in a UV-IR device
  • FIG 8 shows an exemplary embodiment of an arrangement with two imaging sensors in a UV-IR device.
  • the general idea of the invention is based on the fact that engine jets have a very characteristic spectrum which differs significantly from the spectrum of other radiation sources in the detection range, as can be seen from FIGS. 1 and 2.
  • the background radiation shows a rather flat spectrum, while engines radiate in a much narrower spectral range - so to speak "colored".
  • the spectral range must now be divided into two or more "sections" according to the invention, which are suitably fed to one or more detectors.
  • FIG. 3 A corresponding exemplary embodiment can be seen in FIG. 3, with imaging sensors - for example CCD - being used here and the design of which corresponds to a television camera.
  • Another exemplary embodiment is illustrated in FIG. 4.
  • the optics, sensors and cooling are economically very complex in one embodiment for the IR range, a solution with only one sensor arrangement is shown here.
  • the spectral ranges are divided using stripe filters which are arranged directly in front of the sensor, these stripe filters being aligned precisely to form a pixel grid.
  • Polarization filters can also be used here to utilize polarized radiation.
  • the number of detector pixels must be multiplied by the number of "color separations" (bands I to III) and the optics must be designed so that the size of the light spot is larger than a filter combination in order not to reduce or impair the probability of detection for smaller objects to have to accept This is illustrated in Figure 5.
  • a suitable method for this is the appropriate use of the dispersion properties of the optics.
  • This embodiment has the great advantage that it delivers absolutely synchronous color separations and enables a considerably smaller size.
  • the adjustment takes place against the homogeneous background with spectral uniform distribution (black body), so that every pixel of each color separation is brought to the same value.
  • the resulting correction values are saved pixel by pixel and included in the evaluation.
  • FIG. 6 illustrates a further exemplary embodiment using an image-synchronously rotating filter wheel.

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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur multispektralen Flugkörperdetektion unter Ausnutzung des Spektrums des Triebwerksstrahles, wobei sich durch geeignete Kombination eine hohe Detektionsleistung bei geringen Falschalarmraten ergibt. Ausführungsbeispiele sind erläutert und in den Figuren der Zeichnung skizziert.

Description

Multispektrale Flugkörperdetektion
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur multispektralen Flugkörperdetektion gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
Die bisher bekannten Einrichtungen beziehen sich vorwiegend auf monospektrale I R-Detektion, die jedoch mit hohen Falschalarmraten behaftet ist. Die Vorrichtungen hierzu arbeiten sowohl im ultravioletten als auch im infraroten Bereich. Treten nun aber im Suchbereich des Detektors sehr viele Objekte auf, so ist selbst bei Verwendung von abbildenden Sensoren eine einwandfreie Entdeckung und Identifizierung sehr schwierig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flugkörperde- tektions-Einrichtung der vorgenannten Art zu schaffen, deren Detektionssi- cherheit und Detektionsleistung wesentlich optimiert ist und die Falschalarmrate im selben Umfange minimiert wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung sind Ausfuhrungsbeispiele erläutert. Die Figuren der Zeichnung ergänzen diese Erläuterungen. Es zeigen
Fig. 1 ein Diagramm bezüglich der spektralen Unterschiede zwischen Hintergrund und Leuchtsatz in dem erfindungsgemäß in mehrere Abschnitte aufgeteilten Spektralbereiche,
Fig. 2 ein Schaubild bezüglich des Triebwerksstrahls in Seiten- und Rückfrontsicht schematisch dargestellt, Fig. 3 ein Ausfuhrungsbeispiel bezüglich der Aufteilung der benutzten Spektralbereiche,
Fig. 4 ein Ausfuhrungsbeispiel einer Anordnung mit nur einem abbildenden Sensor,
Fig. 5 ein Ausfuhrungsbeispiel einer Streifenfilterkombination mit Ausrichtung zu einem Pixelraster,
Fig. 6 ein Ausfuhrungsbeispiel einer Multispektralanordnung mit einem Filterrad,
Fig. 7 ein Ausfuhrungsbeispiel einer Anordnung mit nur einem abbildenden Sensor in einer UV-IR-Einrichtung,
Fig. 8 ein Ausfuhrungsbeispiel einer Anordnung mit zwei abbildenden Sensoren in einer UV-IR-Einrichtung.
Der allgemeine Erfindungsgedanke geht von der Tatsache aus, daß Triebwerksstrahlen ein ganz charakteristisches Spektrum aufweisen, das sich vom Spektrum anderer Strahlungsquellen im Detektionsbereich signifikant unterscheidet, wie aus den Figuren 1 und 2 zu entnehmen ist. Die Hintergrundstrahlung zeigt ein eher flaches Spektrum, während Triebwerke in einem wesentlich engeren Spektralbereich - gewissermaßen "farbig" - strahlen. Zur Auswertung dieser "Farbigkeit" muß nun erfindungsgemäß der Spektralbereich in zwei oder mehr "Abschnitte" aufgeteilt werden, die in geeigneter Weise einem oder mehreren Detektoren zugeführt werden. Ein entsprechendes Ausfuhrungsbeispiel ist aus der Figur 3 zu entnehmen, wobei hier abbildende Sensoren - zum Beispiel CCD - verwendet werden und das in seiner Konzeption einer Fernsehkamera entspricht. Ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel ist in der Figur 4 veranschaulicht. Da die Optik, Sensorik und die Kühlung bei einer Ausfuhrungsform für den IR- Bereich wirtschaftlich sehr aufwendig ist, wird hier eine Lösung mit nur einer Sensoranordnung aufgezeigt. Die Aufteilung der Spektralbereiche erfolgt über Streifenfilter die direkt vor dem Sensor angeordnet sind , wobei diese Streifenfilter kantengenau zu einem Pixelraster ausgerichtet sind. Zur Ausnutzung polarisierter Strahlung können hier auch Polarisationsfilter eingesetzt werden. Ferner muß hier die Anzahl der Detektorpixel mit der Anzahl der "Farbauszüge" (Band I bis III) multipliziert werden und die Optik ist so auszulegen, daß die Größe des Lichtfleckes größer als eine Filterkombination ist, um bei kleineren Objekten keine Reduzierung beziehungsweise Beeinträchtigung der Detektionswahrscheinlichkeit hinnehmen zu müssen. Dies ist in Figur 5 veranschaulicht. Eine geeignete Methode hierfür ist die entsprechende Ausnutzung der Dispersionseigenschaften der Optik. Diese Ausfuhrungsform hat den großen Vorteil, daß sie absolut synchrone Farbauszüge liefert und eine beachtlich geringere Baugröße ermöglicht. Der Abgleich erfolgt vor dem homogenen Hintergrund mit spektraler Gleichverteilung (schwarzer Körper), so daß jedes Pixel jedes Farbauszuges auf den gleichen Wert gebracht wird. Die resultierenden Korrekturwerte werden pixelweise gespeichert und bei der Auswertung eingerechnet.
Die Figur 6 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines bildsynchron rotierenden Filterrades.
Bei der Kombination von UV- und IR-Detektion darf angenommen werden, daß sich ein gemeinsamer Strahlengang nur schwer realisieren läßt, da der UV-Bereich mit sehr steilen Filtern und Bildverstärkern arbeitet. Wenn das für IR verwendete Sensorelement auch im sichtbaren Spektrum empfindlich ist, wird der Ausgang des Bildverstärkers über Strahlteiler in den IR- Strahlengang eingekoppelt. Für die Harmonisierung sind dann Ausfuhrungsformen vorzusehen, wie sie in den Fig. 7 und 8 für jeden Fachmann verständlich offenbart sind.

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zur multispektralen Flugkörperdetektion im IR-Bereich unter Ausnutzung des charakteristischen Strahlungsspektrums des Flugkörper- Triebwerksstrahles, dadurch gekennzeichnet, daß der Spektralbereich der Triebwerksstrahlung in zwei oder mehrere Abschnitte (Band I bis III) aufgeteilt wird und die Strahlung zur Auswertung jeweils einem oder mehreren Detektoren, die im IR- Bereich und gegebenenfalls in Kombination mit dem UV-Bereich arbeiten, zugeleitet wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Aufteilung der Spektralbereiche mittels vor dem Detektor angeordneter Streifen- oder Polarisationsfilter durchführbar ist, wobei die Optik einen Lichtfleck erzeugt, der größer als eine Filterkombination ist und gleichzeitig die Dispersionseigenschaften der Optik genutzt werden.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Streifenfilter ein Pixelraster zugeordnet und mit diesem kantengenau ausgerichtet ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleich vor homogenen Hintergrund mit spektraler Gleichverteilung erfolgt, wobei jedes Pixel der Farbauszüge auf den gleichen Wert gebracht werden und die resultierenden Korrekturwerte pixelweise gespeichert und bei der Auswertung in einer Bildverarbeitungseinheit eingerechnet werden.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufteilung der Spektralbereiche Strahlteiler oder Filterräder einsetzbar sind.
6. Einrichtung nach einem der Anspüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das IR-Sensorelement auch für den sichtbaren Spektrumsbereich empfindlich ist und der Ausgang des Bildverstärkers über Sfrahlteiler in den IR- Strahlengang erfolgt.
EP98928112A 1997-04-19 1998-04-02 Multispektrale flugkörperdetektion Withdrawn EP0975939A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

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DE19716526A DE19716526A1 (de) 1997-04-19 1997-04-19 Multispektrale Flugkörperdetektion
DE19716526 1997-04-19
PCT/DE1998/000930 WO1998048251A1 (de) 1997-04-19 1998-04-02 Multispektrale flugkörperdetektion

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JP (1) JP2001511898A (de)
AU (1) AU8008798A (de)
DE (1) DE19716526A1 (de)
IL (1) IL132199A0 (de)
WO (1) WO1998048251A1 (de)

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