EP2520895A1 - Elektrooptische Feuerleiteinheit für ein Geschütz - Google Patents

Elektrooptische Feuerleiteinheit für ein Geschütz Download PDF

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Publication number
EP2520895A1
EP2520895A1 EP12002959A EP12002959A EP2520895A1 EP 2520895 A1 EP2520895 A1 EP 2520895A1 EP 12002959 A EP12002959 A EP 12002959A EP 12002959 A EP12002959 A EP 12002959A EP 2520895 A1 EP2520895 A1 EP 2520895A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
view
target
gun
control unit
field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12002959A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Dr. Gross
Nicolai Dr. Künzner
Jörg Dr. Kushauer
Klaus Dr. Wingender
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.)
Diehl Defence GmbH and Co KG
Original Assignee
Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Diehl BGT Defence GmbH and Co KG filed Critical Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Publication of EP2520895A1 publication Critical patent/EP2520895A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/14—Indirect aiming means
    • F41G3/16—Sighting devices adapted for indirect laying of fire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/22—Aiming or laying means for vehicle-borne armament, e.g. on aircraft

Definitions

  • the invention relates to an electro-optical fire control unit for a gun with an infrared imaging sensor system having two directed to different fields of infrared optics, and a data-related to the sensor system target data means, which is prepared from images of both visual fields target data on one of the Optics issued targeted object.
  • a sighting unit such as a riflescope, with which a target can be sighted.
  • the targeted target is displayed on a display with an environmental section, thus assisting the operator in aiming the gun at the target.
  • a unit may comprise an infrared camera with which the targeted target and the environmental detail in the infrared spectral range are scanned and imaged.
  • an electro-optical fire control unit of the type mentioned in which the two optics are infrared optics and the two fields of view are different sizes.
  • the two infrared optics can be used to track a target object in both fields of vision in the infrared spectral range. Due to the large field of view, even a fast-moving target object can still be visually tracked with a large lead, so that automatic target tracking can be maintained.
  • the invention is based on the consideration that when aligning the gun on the moving target object a Vorhalt the gun must be considered. In the case of a fast-moving target object, this lead may possibly be so great that the target object is no longer in the field of view moved with the gun. A desired target tracking in the way that the gun is carried along with the movements of the target object is thus no longer possible, or is no longer supported by the fire control unit.
  • Remedy can be created by a zoomable field of view. For this, however, a very high resolution of the sensor is necessary, because a reliable target tracking still requires a sufficient resolution of the target object even with a large-scale field of view. Especially with infrared sensors, a resolution with which a zoom while preserving the target tracking capability is possible, consuming.
  • a high resolution without zoom and a reasonable number of detector elements or pixels of an infrared detector can be created, so that the cost and installation space remains low.
  • the small field of view is expediently scanned with a higher spatial resolution, ie smaller solid angle range per detector element, than the large field of view, wherein the image resolution in both fields of view can be the same.
  • a target object can be tracked even if the gun takes a large lead and the target object is no longer in the small field of view.
  • the dual infrared-sided view of the field of view gives the possibility to safely continue tracking even those target objects that fill the picture when approaching in the small field of view. Due to the larger field of view both the features of the target object used for a correlation tracker remain visible in the larger field of view as well as the border of the target object, so that the breakpoint for a target tracking remains stable.
  • the infrared optics are suitable for the beam shaping of infrared radiation and prepared. They expediently each comprise at least one infrared lens.
  • the infrared sensor system may include a single infrared sensor or multiple infrared sensors.
  • the sensor system comprises two imaging infrared sensor units, each of the sensor units each containing one of the lenses and thus being aligned with its field of view.
  • the sensors each comprise a matrix detector with detector cells, wherein the detector cells of both sensors can be the same.
  • This third sensor unit is possible and advantageous sensitive in the visible spectral range. As a result, a target tracking in daylight can be facilitated.
  • This third sensor unit has a third field of view, which is expediently identical to one of the two infrared fields of view, in particular with the large field of view.
  • the sensor system comprises two infrared sensor units, each with one sensor, the two sensors can have the same number of pixels and be sensitive in the same wavelength range. Particularly advantageous is the long-wave infrared range over 5 microns.
  • the Sea Glint In a target tracking from a ship reflections of sun rays on the water, so-called Sea Glint, lead to disturbances in the image recognition.
  • the task of the target data means, for example the target detection, the recognition of individual elements in the target object, the calculation of the orientation and location of the target object, the target tracking and the like, the Sea Glint is more or less disturbing.
  • the two sensor units in different infrared spectral ranges are sensitive, then the two fields of view or the sensor units can be specialized in particular tasks. While the large field of view is preferably used for target acquisition, where the Sea Glint is particularly disturbing, the small field of view can preferably be used to detect elements in the target object.
  • the sensor unit with the large field of view in a long-wave infrared range is more sensitive than the sensor unit with the small field of view, then this task specification will be particularly well taken into account especially if the target objects have specific spectral features.
  • the long-wave infrared range over 5 ⁇ m with the short-wave infrared range below 5 ⁇ m are suitable.
  • the sensor system may be installed as a unit so that it is movable with the gun, for example with a rotation of the gun. It is also possible that the sensor system comprises two sensor units which are installed at spaced-apart positions, for example on the gun and on a ship structure separate from the gun. The two optics, in this case, are installed in a previously known, mutually spaced position relative to one another and in a previously known orientation relative to one another.
  • the target data means is prepared to output target data on the target object targeted by the optics from images of both visual fields.
  • the target data may here be location data, coordinates, distance or geometric data of the target object, such as size, length, or the like, or other data useful for target tracking.
  • the acquisition of target object data by the data means can take place on the basis of at least one image of the large field of view.
  • a briefing of the small field of view on the target object can be based on the target data.
  • Particularly advantageous is a mutual instruction, in which the alignment of a field of view based on target data from an image of the other field of view takes place and expediently vice versa.
  • the two sensor units assist each other in a target tracking expediently mutually.
  • the target data means advantageously uses image data of a sensor unit to improve the target perception by the other sensor unit.
  • the target data means may determine the target data from images of the one visual field or the other visual field. However, it is particularly advantageous if the target data means is prepared to process image information from images of both visual fields together to target data about the target object. Thus, for example, a movement direction of the target object can be determined on the basis of the large visual field and its exact location from images of the small visual field. From the direction of movement and the position of the target object, a future location can be calculated as further target data. This makes the target object special reliably track and, for example, the gun are aligned to a future position of the target object.
  • the target data means is prepared to perform target tracking using the target data, particularly with image processing steps.
  • the detected target object is tracked and its position and expediently also movement direction, movement speed and / or a probable future location of the target object continuously determined.
  • the target data means is prepared to carry the gun with a movement of the target object using the target data and in particular to align, for example, to a position in which the target object can be fought at a future time. The alignment of the gun is conveniently carried out involving a Vorhalts.
  • the target data means is expediently provided with a control algorithm in which target data, e.g. a position of a target element in an image, to be used as a controlled variable.
  • a control algorithm is available for each visual field or images from the visual field, wherein the control algorithms can operate autonomously and independently of one another.
  • Each control algorithm can map a loop that calculates future target data or future position of the gun.
  • the target data means is prepared to perform a target tracking control from images of each visual field, the control loops of both targeting controls interlocking.
  • the target data means is prepared to treat one of the two targeting regimes as dominating over the other.
  • either the control algorithm of the large or of the small visual field can be chosen to be dominant, depending on which visual field leads, for example, to more reliable target data according to predetermined criteria. Control results of one control algorithm can be used to correct the calculations of the other control algorithm.
  • image contents from images of both fields of view are compared with one another. In this case, for example, a target element which can be recognized in the small visual field can be recognized and recognized and localized on the basis of image data of the large visual field.
  • the two fields of view are arranged asymmetrically with respect to one another.
  • the asymmetrical arrangement of the two visual fields makes it possible to keep the tracked target object in a field of view when the gun assumes a lead.
  • the two fields of view are designed to be movable relative to one another.
  • at least one of the sensor units can comprise a directing means with which the viewing direction of the field of view of the latter can be changed relative to the other visual field, in particular within the other visual field.
  • the target data means is prepared to drive the directional means and thus align the alignable field of view to the other.
  • a particularly suitable directing means is a beam deflecting element, for example a mirror or a prism with a rotating means for rotating the element.
  • the rotating means is expediently used for rotating the prism about the optical axis.
  • the directing means is advantageously controlled by the target data means, which can calculate the drive data from image data.
  • a rotatable arrangement of the larger field of view about an axis within the smaller field of view makes it possible to respond immediately to an abrupt change in the course of the tracked target object and to keep the target object in the large field of view.
  • the directing means produces a positive coupling of the alignment of the two visual fields such that the central axis of the large visual field can only be moved on one path about an axis within the smaller visual field.
  • the train is easiest a circular path.
  • the alignment of the small field of view is positively coupled to the direction of the gun so that a change in the direction of the gun results in a change in the orientation of the small field of view.
  • the large field of view in this case can be moved by the directional means relative to the alignment of the gun.
  • the positive coupling to the direction of the gun can come about by a fastening device for attaching the fire control unit on the gun.
  • Effective alignment of the aiming means may be achieved when the target data means is prepared to supply signals for driving the aiming means using target data of the target object, in particular location data and / or moving direction data of the target object, in at least one of the fields of view produce.
  • a speed of the target object in a field of view and / or a distance of the object from the gun can also be used to generate the signals for controlling the directing means.
  • the target data means is prepared to generate signals for the control of the directing means using the gun's Vorhaltekes.
  • the invention is directed to a method for targeting a target object with a gun, wherein the target object is aimed at an electro-optical fire control unit of the gun having an imaging infrared sensor system with two optics directed at different fields of view.
  • images from both fields of view are fed to a target data means connected to the sensor system in terms of data, target images are output from the images of both fields of view via the target object, and the gun is aligned on the basis of the target data.
  • the two fields of vision are different.
  • the gun can also be tracked a fast-moving target without the target object from both fields of vision completely emerges.
  • Fig. 1 shows an electro-optical Feuerleitmaschine 2 on a gun 4, such as a ship's gun, which is rotatable relative to a ship's hull, not shown, in the horizontal and pivotable in the vertical.
  • the gun 4 is a 12.7 mm naval gun and the fire control unit 2 is firmly flanged to the gun 4 and moves with a movement of the gun 4 relative to the ship's hull.
  • the fire control unit 2 is used to instruct the gun 4 on target objects in a firing range up to 1,500 meters, especially against asymmetric targets.
  • the fire control unit 2 comprises a sensor system 6, which in this exemplary embodiment contains three different sensor units 8, 10, 12.
  • the sensor unit 8 is an infrared sensor unit with a matrix detector 14 that is sensitive only in the infrared spectral range ⁇ 5 ⁇ m and an infrared optic 16 that is in Fig. 1 only schematically indicated. Through the optics 16, a field of view 18 of the sensor unit 8 is aligned in an environment.
  • the sensor unit 10 is also an infrared sensor unit with a sensitive only in the infrared spectral range> 5 microns matrix detector 20, the field of view 22 is directed by an infrared optics 24 in the environment.
  • a directing means 26 is provided, which has a prism 28 and a rotating means 30 for rotating the prism 28 about the optical axis 32 of the sensor unit 10. In this way, the field of view 22 can be changed in its viewing direction relative to the field of view 18 and relative to the orientation of the gun 4.
  • the use of the LWIR spectral range is due to the lower problem sent to the water surface resulting specular reflections of sunlight.
  • the LWIR spectral range is advantageous because there is a high probability that the sun is in the field of view.
  • the Sensor unit 8 in the same spectral range as the sensor unit 10 is sensitive. With a sensitivity in the IR spectral range> 5 microns, for example, heat objects can be tracked particularly well, especially objects with low temperature contrast in maritime environment in the near range can be detected automatically by signal processing.
  • the sensor unit 8 is sensitive in the range ⁇ 5 ⁇ m or in the MWIR spectral range.
  • 10 false targets which are located in both fields of view at the same time, can be suppressed by means of signal processing methods due to their radiation characteristics.
  • the third sensor unit 12 is sensitive in the visible spectral range and comprises a matrix detector 34 whose viewing direction is directed via a visual optic 36 into the same field of view 22 as the sensor unit 10.
  • the matrix detectors 14, 20 are fixed focal length microbolometer cameras which are operated without cooling.
  • the matrix detector 34 of the sensor unit 12 contains a color camera which has a large dynamic range in the visible spectral range.
  • the fire control unit 2 further comprises a target data means 38, which is technically connected to the three matrix detectors 14, 20, 34 and contains an image processing routine for evaluating the images taken by the sensor units 8, 10, 12.
  • a target data means 38 which is technically connected to the three matrix detectors 14, 20, 34 and contains an image processing routine for evaluating the images taken by the sensor units 8, 10, 12.
  • For data transmission signal converter modules for each camera or sensor unit 8, 10, 12 are used. These are used to convert the camera signals to 802.3 Clause 40 and are designed as Gigabit Ethernet over copper.
  • a Gigabit switch is used to convert to 802.3 Clause 38 (fiber optic) and channel-bonding, which is used because of the expected high data rates.
  • the target data means 38 is a Linux-based real-time computer system and is prepared to provide time-defined drive outputs, in particular in the form of angle trays, to the gun 4 or its alignment drive.
  • the target data means 38 is designed to use all three camera channels simultaneously for presentation to an operator or for evaluation of the target data.
  • the large field of view 22 can be switched from the visible color channel to the infrared channel.
  • Both infrared visual fields 18, 22 are automatically evaluated by the target data means 38 and target tracking data, for example, as angle trays, for the gun 4 are determined.
  • the frame rate in the infrared spectral range is for both Sensor units 8, 10 60 Hz, in the visible spectral range for the sensor unit 12 at least 25 Hz.
  • Fig. 2 shows the two fields of view 18, 22 of the sensor units 8, 10, 12.
  • the two fields of view 18, 22 are aimed at a fast-moving motor boat as the target object 42.
  • the field of view 18 of the infrared sensor unit 8 has a size of 3 ° x 4 °
  • the field of view 22 of the two sensor units 10, 12 has a size of 9 ° x 12 °.
  • the two optics 16, 24 are switching-free and zoom-free optics, so that fixed focal lengths are used.
  • the electro-optical fire unit 2 is for directing the gun 4 on the target object 42.
  • the instruction or alignment is not limited to a gun 4, but can be transferred to other suitable devices.
  • the alignment takes into account a lead, as in Fig. 3 shown.
  • the fire control unit 2 also serves to perform a target tracking with the gun 4, so to supply the gun 4 with data that it can track the target object 42 based on the data or pursues , For this purpose, a plurality of method steps can be carried out, which are described in more detail below.
  • the destination data means 38 serves to control some or all of the described method steps.
  • the gun 4 is grossly trained on the target object 42 so that it comes to rest at least in the large field of view 22. This can be done manually by an operator or automatically by a pretrial, the data for this can come from another detection system.
  • the target object 42 is detected. This can also be done manually by an operator who marks the target object 42, for example, on an image output by the fire control unit 2 on an output unit. It is also possible that the target object 42 is classified by the target data means 38 on the basis of predetermined criteria and detected as a target object. Such an automatic detection may be issued to an operator on a display unit for confirmation or correction.
  • target data about the target object 42 is determined. This is done via at least one image processing routine, which evaluates the images or image data from at least one field of view 18, 22 and determines the target data.
  • the target data may be a distance of the target object 42, its position in the position space, its orientation in the image or travel direction, and its travel speed. Also possible are a size determination of the target object 42 and the recognition or classification of object units, such as a motor 44, a person 46, superstructures, a suspected control station, radio structures and / or the like.
  • a position in the image of the field of view 18, 22 can be used together with the orientation of the field of view 18, 22 in space.
  • the distance can be determined with an active range finding beam or an angle tap, with which an elevation angle of at least one of the two fields of view 18, 22 or its optical axis 32 is detected, e.g. to the horizontal. Since the height of the fire control unit 2 above the water is known, elevation angle determination is a simple and reliable way to detect distance.
  • Direction of movement and speed can be determined by the position tracking or time derivative of the position
  • Both fields of view 18, 22 are directed to the target object 42. Images from the field of view 22 can be used here for target acquisition. Target data, such as the position and speed of the target object, are expediently determined from images of the small field of view 18, since this offers the higher spatial resolution and optionally alone has the space resolution necessary for sufficient element detection. Thus, the field of view 18 can be used for target data determination and the field of view for the classification of the target object 42 or its target data into an environment.
  • these units 44, 46 are heat radiators, so that they are particularly clearly visible in infrared images and thus the target object 42 can be tracked particularly well by means of these units 44, 46.
  • the target data obtained from images of the small field of view 18 may be used in determining further target data from images of the large field of view 22.
  • the units 44, 46 can be detected at any time on the basis of the small field of view 18 and assigned to pixels of the large field of view 22 become. From the additionally used images of the large field of view 22, the entirety of the desired target data can now be determined.
  • the gun 4 After the detection of the target object 42 and its target data, such as direction of movement, movement speed, distance and / or the like, the gun 4 is now aligned with the target object 42. For this purpose, a necessary allowance is determined, which is determined from the target data, and the gun 4 is aligned in a firing position, taking into account the lead. This is in Fig. 3 shown.
  • the small field of view 18 is rigidly coupled to the gun orientation, it may happen that the target object 42 emigrates out of the small field of view 18 when setting the lead, as in FIG Fig. 3 is indicated. Nevertheless, in order to be able to reliably track the target object 42, the large field of view 22 is aligned in such a way that it captures as far as possible the entire target object 42. For this purpose, it is moved relative to the small field of view 18 with the aid of the alignment means 26 and set so that the target object 42 is as far as possible in the field of view 22 or at least one target element 44, 46 important for target tracking comes to rest within the field of view 22.
  • the alignment of the large field of view 22 relative to the small field of view 18 is done by the aiming means 26, which in the in Fig. 1 embodiment shown by the prism 28 and the rotating means 30 is realized.
  • the directional means 26 By the directional means 26, a positive coupling of the two fields of view 18, 22 is achieved such that the optical axis 50 is always within the large field of view 22.
  • the positive coupling can be even narrower, namely, by the optical axis 32 of the large field of view 22 only on a path 48, in particular a circular path 48, within the field of view 18 is movable.
  • the rotation of the prism 28 moves the optical axis 32 of the large field of view on the circular path 48 within the small visual field 18.
  • the web 48 lies symmetrically about the optical axis 50 of the small visual field 18.
  • the target object 42 is not fired on the target object 42 immediately after its detection and alignment of the gun 4. It is waiting for a favorable shelling time or the gun is even aligned only for the prevention of the target object 42. To the gun 4 automatically a movement of To be able to track target object, even under constant consideration of the currently correct Vorhalts, a target tracking is performed.
  • the position of the target object 42 or of at least one target element 44, 46 is continuously detected and the gun 4 is aligned continuously or in temporal timing accordingly. It is also possible to calculate a future position of the target object 42 from the direction and speed of movement and to show the gun 4.
  • the necessary target data are determined from images of a field of view 18, 22, in particular of the high-resolution field of view 18. By using the small field of view with higher spatial resolution, a high spatial accuracy of the position determination can be achieved. If the target object 42 is no longer sufficiently imaged in the small field of view 18, then the target tracking takes place exclusively via images of the large visual field 22.
  • the asymmetrical arrangement of the two fields of view 18, 22 allows the tracked target object 42 to remain in the large field of view 22 when the gun 4 assumes a lead, as in FIG Fig. 3 shown.
  • the rotatable arrangement of the larger field of view 22 about an axis within the smaller field of view 18 also makes it possible to react immediately to abrupt changes in the course of the tracked object and to keep this in the field of view 22.
  • the alignment of the gun 4 or the target tracking by the gun 4 is based on two control loops, each one loop is assigned to a field of view 18, 22.
  • target data are determined, for example a position of the target object 42.
  • the control loops can interlock, so that, for example, a coarse position from the field of view 22 and a finer position from the field of view 18 is determined, first determining the coarse and then the fine position becomes.
  • Such a detail from the small field of view can be arranged very precisely in the large field of view 22.
  • the target data means 38 can also perform the target tracking using only one of the two fields of view 18, 22, for example a fine target tracking using the target field 18 and, in particular if this is not possible, as in FIG Fig. 3 shown a rough target tracking of the field of view 22nd
  • one of the two target tracking rules can be classified as dominating over the other rule. If the target element 44, 46 which is most relevant for the target tracking lies in the field of view 18, where can this be set as dominating become. If it is not (sufficiently) in the field of view 18, the field of view 22 can be set as dominating.
  • this double infrared-sided view of the field of view gives us the possibility to safely track even those target objects 42 that become full in the image when approaching in the small field of view 18.
  • the reason for this lies in the fact that in the case of image-filling target objects 42 in a small field of view 18, the breakpoint, for example a target element 44, 46, may become unstable because the reference of the target element 44, 46 to the object edge is lost, since the object boundary no longer exists in the small field of view 18 is located.
  • both the features of the target object 42 used for a correlation tracker, for example the target elements 44, 46, in the target tracking field and the border of the target object through the larger field of view 22 remain visible through the second, larger field of view 22.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer elektrooptischen Feuerleiteinheit (2) für ein Geschütz (4) mit einem bildgebenden Infrarot-Sensorsystem (6), das zwei auf verschiedene Sehfelder (18, 22) gerichtete Optiken (16, 24) aufweist, und einem mit dem Sensorsystem (6) datentechnisch verbundenen Zieldatenmittel (38), das dazu vorbereitet ist, aus Bildern beider Sehfelder (18, 22) Zieldaten über ein von den Optiken (16, 24) anvisiertes Zielobjekt (42) auszugeben. Um eine Zielverfolgung eines schnell bewegten Zielobjekts zu erleichtern, wird vorgeschlagen, dass die beiden Optiken (16, 24) Infrarot-Optiken sind und die Sehfelder (18, 22) verschieden groß sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrooptische Feuerleiteinheit für ein Geschütz mit einem bildgebenden Infrarot-Sensorsystem, das zwei auf verschiedene Sehfelder gerichtete Infrarot-Optiken aufweist, und einem mit dem Sensorsystem datentechnisch verbundenen Zieldatenmittel, das dazu vorbereitet ist, aus Bildern beider Sehfelder Zieldaten über ein von den Optiken anvisiertes Zielobjekt auszugeben.
  • Größere Geschütze auf Schiffen umfassen eine Zielerfassungseinheit in der Art eines Zielfernrohrs, mit der ein Ziel anvisiert werden kann. Das anvisierte Ziel wird mit einem Umgebungsausschnitt auf einer Anzeige abgebildet und unterstützt so das Ausrichten des Geschützes auf das Ziel durch einen Bediener. Um eine Nachtsichtfähigkeit zu erreichen, kann eine solche Einheit eine Infrarot-Kamera umfassen, mit der das anvisierte Ziel und der Umgebungsausschnitt im infraroten Spektralbereich abgetastet und abgebildet wird.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrooptische Feuerleiteinheit anzugeben, mit der das Ausrichten des Geschützes auf ein bewegtes Zielobjekt erleichtert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch eine elektrooptische Feuerleiteinheit der eingangs genannten Art gelöst, bei der die beiden Optiken Infrarot-Optiken sind und die beiden Sehfelder verschieden groß sind. Durch die beiden Infrarot-Optiken kann ein Zielobjekt in beiden Sehfeldern im infraroten Spektralbereich verfolgt werden. Durch das große Sehfeld kann auch ein schnell bewegtes Zielobjekt bei einem großen Vorhalt weiter optisch verfolgt werden, sodass eine automatische Zielverfolgung erhalten bleiben kann.
  • Die Erfindung geht hierbei von der Überlegung aus, dass bei einem Ausrichten des Geschützes auf das bewegte Zielobjekt ein Vorhalt des Geschützes berücksichtigt werden muss. Bei einem schnell bewegten Zielobjekt kann dieser Vorhalt unter Umständen so groß sein, dass das Zielobjekt nicht mehr in dem mit dem Geschütz mitbewegten Sehfeld liegt. Eine angestrebte Zielverfolgung in der Art, dass das Geschütz mit den Bewegungen des Zielobjekts mitgeführt wird, ist somit nicht mehr möglich, bzw. wird von der Feuerleiteinheit nicht mehr unterstützt.
  • Abhilfe kann durch ein zoomfähiges Sehfeld geschaffen werden. Hierfür ist jedoch eine sehr hohe Auflösung des Sensors notwendig, denn eine zuverlässige Zielverfolgung benötigt auch bei einem groß eingestellten Sehfeld noch eine ausreichende Auflösung des Zielobjekts. Gerade bei Infrarot-Sensoren ist eine Auflösung, mit der ein Zoom unter Erhalt der Zielverfolgungsfähigkeit möglich ist, aufwändig.
  • Durch die Verwendung von zwei unterschiedlich großen Sehfeldern kann eine hohe Auflösung ohne Zoom und bei einer vertretbaren Anzahl von Detektorelementen bzw. Pixel eines Infrarot-Detektors geschaffen werden, sodass der Kostenaufwand und Bauraum gering bleibt. Das kleine Sehfeld wird hierbei zweckmäßigerweise mit einer höheren Ortsauflösung, also kleinerem Raumwinkelbereich pro Detektorelement, abgetastet, als das große Sehfeld, wobei die Bildauflösung in beiden Sehfeldern gleich sein kann.
  • Ein Zielobjekt kann auch dann weiter verfolgt werden, wenn das Geschütz einen großen Vorhalt einnimmt und das Zielobjekt nicht mehr im kleinen Sehfeld liegt. Außerdem wird durch den doppelten infrarot-seitigen Sehfeldansatz die Möglichkeit gegeben, auch solche Zielobjekte sicher weiter zu verfolgen, die bei Annäherung im kleinen Sehfeld bildfüllend werden. Durch das größere Sehfeld bleiben sowohl die für einen Korrelationstracker verwendeten Merkmale des Zielobjekts im größeren Sehfeld sichtbar als auch die Umrandung des Zielobjekts, so dass der Haltepunkt für eine Zielverfolgung stabil bleibt.
  • Die Infrarot-Optiken sind zur Strahlformung von infraroter Strahlung geeignet und vorbereitet. Sie umfassen zweckmäßigerweise jeweils zumindest eine Infrarot-Linse. Das Infrarot-Sensorsystem kann einen einzigen Infrarot-Sensor oder mehrere Infrarot-Sensoren enthalten. Ein Infrarot-Sensor - im Folgenden auch vereinfacht als Sensor bezeichnet - kann ein Matrixdetektor mit einer Vielzahl von matrixförmig angeordneten Detektorelementen sein. Ist nur ein Sensor vorhanden, können beide Sehfelder auf diesen Sensor abgebildet und die entsprechenden Bilder können getrennt ausgegeben werden. Dies ist beispielsweise durch ein Umschaltmittel zum Umschalten der Sehfelder auf den Sensor möglich, zum Beispiel einen rotierenden Spiegel. Ebenfalls ist es möglich, dass der Sensor für jedes Sehfeld einen eigenen Sensorbereich aufweist, sodass getrennt Bilder aufnehmbar sind.
  • Am einfachsten ist es jedoch, wenn das Sensorsystem zwei bildgebende Infrarot-Sensoreinheiten umfasst, wobei jede der Sensoreinheiten jeweils eine der Optiken enthält und somit auf ihr Sehfeld ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann eine zeitlich lückenlose Abbildung beider Sehfelder auf die beiden Sensoren erfolgen. Zweckmäßiger umfassen die Sensoren jeweils einen Matrixdetektor mit Detektorzellen, wobei die Detektorzellen beider Sensoren gleich sein können.
  • Selbstverständlich ist auch eine dritte Sensoreinheit möglich und vorteilhaft im sichtbaren Spektralbereich empfindlich. Hierdurch kann eine Zielverfolgung bei Tageslicht erleichtert werden. Diese dritte Sensoreinheit weist ein drittes Sehfeld auf, das zweckmäßigerweise identisch zu einem der beiden Infrarot-Sehfelder ist, insbesondere mit dem großen Sehfeld.
  • Umfasst das Sensorsystem zwei Infrarot-Sensoreinheiten mit jeweils einem Sensor, so können die beiden Sensoren die gleiche Pixelanzahl haben und im gleichen Wellenlängenbereich empfindlich sein. Besonders vorteilhaft ist der Langwellen-Infrarotbereich über 5 µm.
  • Bei einer Zielverfolgung von einem Schiff aus führen Reflexionen von Sonnenstrahlen auf dem Wasser, so genannter Sea Glint, zu Störungen bei der Bilderkennung. Je nach Aufgabe des Zieldatenmittels, beispielsweise die Zielerfassung, die Erkennung von einzelnen Elementen im Zielobjekt, die Berechnung von Ausrichtung und Ort des Zielobjekts, die Zielverfolgung und dergleichen, ist der Sea Glint mehr oder weniger störend. Sind die beiden Sensoreinheiten in verschiedenen infraroten Spektralbereichen empfindlich, so können die beiden Sehfelder bzw. die Sensoreinheiten auf besondere Aufgaben spezialisiert sein. Während das große Sehfeld vorzugsweise zur Zielerfassung eingesetzt wird, bei der der Sea Glint besonders störend ist, kann das kleine Sehfeld vorzugsweise zur Erkennung von Elementen im Zielobjekt verwendet werden. Ist die Sensoreinheit mit dem großen Sehfeld in einem langwelligeren Infrarotbereich empfindlich als die Sensoreinheit mit dem kleinen Sehfeld, so wird dieser Aufgabenspezifizierung besonders gut Rechnung getragen, insbesondere, falls die Zielobjekte spezifische spektrale Merkmale aufweisen. Geeignet sind der langwellige Infrarotbereich über 5 µm mit dem kurzwelligeren Infrarotbereich unterhalb von 5 µm.
  • Das Sensorsystem kann als eine Einheit so verbaut sein, dass es mit dem Geschütz beweglich ist, zum Beispiel mit einer Rotation des Geschützes. Ebenfalls möglich ist es, dass das Sensorsystem zwei Sensoreinheiten umfasst, die an voneinander beabstandeten Positionen installiert sind, beispielsweise am Geschütz und an einem vom Geschütz getrennten Schiffsaufbau. Die beiden Optiken, sind hierbei in einer vorbekannten voneinander beabstandeten Position zueinander und in einer vorbekannten Ausrichtung zueinander installiert.
  • Das Zieldatenmittel ist dazu vorbereitet, aus Bildern beider Sehfelder Zieldaten über das von den Optiken anvisierte Zielobjekt auszugeben. Die Zieldaten können hierbei Ortsdaten, Koordinaten, Entfernung oder geometrische Daten des Zielobjekts, wie Größe, Länge, oder dergleichen sein oder andere für eine Zielverfolgung zweckmäßige Daten.
  • Das Erfassen von Zielobjektdaten durch das Datenmittel kann anhand zumindest eines Bilds des großen Sehfelds erfolgen. Eine Einweisung der Ausrichtung des kleinen Sehfelds auf das Zielobjekt kann anhand der Zieldaten erfolgen. Besonders vorteilhaft ist eine wechselseitige Einweisung, bei der die Ausrichtung eines Sehfelds anhand von Zieldaten aus einem Bild des anderen Sehfelds erfolgt und zweckmäßigerweise auch vice versa. Die beiden Sensoreinheiten unterstützen sich bei einer Zielverfolgung zweckmäßigerweise wechselseitig. Das Zieldatenmittel nutzt hierbei vorteilhafterweise Bilddaten einer Sensoreinheit zur Verbesserung der Zielauffassung durch die andere Sensoreinheit.
  • Das Zieldatenmittel kann die Zieldaten aus Bildern des einen Sehfelds oder des anderen Sehfelds ermitteln. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Zieldatenmittel dazu vorbereitet ist, Bildinformationen aus Bildern beider Sehfelder zusammen zu Zieldaten über das Zielobjekt zu verarbeiten. So kann beispielsweise eine Bewegungsrichtung des Zielobjekts anhand des großen Sehfelds und dessen genauer Standort aus Bildern des kleinen Sehfelds ermittelt werden. Aus der Bewegungsrichtung und der Position des Zielobjekts kann ein zukünftiger Standort als weitere Zieldaten berechnet werden. Hierdurch kann das Zielobjekt besonders zuverlässig verfolgt und beispielsweise das Geschütz auf eine zukünftige Position des Zielobjekts ausgerichtet werden.
  • Vorteilhafterweise ist das Zieldatenmittel dazu vorbereitet, unter Verwendung der Zieldaten eine Zielverfolgung durchzuführen, insbesondere mit Bildverarbeitungsschritten. Hierzu wird das erfasste Zielobjekt verfolgt und dessen Position und zweckmäßigerweise auch Bewegungsrichtung, Bewegungsgeschwindigkeit und/oder ein wahrscheinlicher zukünftiger Standort des Zielobjekts kontinuierlich ermittelt. Weiter ist es zweckmäßig, wenn das Zieldatenmittel dazu vorbereitet ist, das Geschütz mit einer Bewegung des Zielobjekts unter Verwendung der Zieldaten mitzuführen und insbesondere auszurichten, beispielsweise auf eine Position, in der das Zielobjekt zu einem zukünftigen Zeitpunkt bekämpft werden kann. Die Ausrichtung des Geschützes wird zweckmäßigerweise unter Einbeziehung eines Vorhalts durchgeführt.
  • Zur Zielverfolgung ist das Zieldatenmittel zweckmäßigerweise mit einem Regelalgorithmus ausgestattet, bei dem Zieldaten, z.B. eine Position eines Zielelements in einem Bild, als Regelgröße verwendet werden. Vorteilhafterweise steht für jedes Sehfeld - bzw. Bilder aus dem Sehfeld - jeweils ein Regelalgorithmus zur Verfügung, wobei die Regelalgorithmen selbstständig und unabhängig voneinander arbeiten können. Jeder Regelalgorithmus kann einen Regelkreis abbilden, der zukünftige Zieldaten oder eine zukünftige Position des Geschützes berechnet.
  • Vorteilhafterweise ist das Zieldatenmittel dazu vorbereitet, aus Bildern eines jeden Sehfelds jeweils eine Zielverfolgungsregelung durchzuführen, wobei die Regelkreise beider Zielverfolgungsregelungen ineinander greifen. Zweckmäßigerweise ist das Zieldatenmittel dazu vorbereitet, eine der beiden Zielverfolgungsregelungen als dominierend über die andere Regelung zu behandeln. Hierbei kann entweder der Regelalgorithmus des großen oder des kleinen Sehfelds als dominierend gewählt werden, je nachdem, welches Sehfeld nach vorgegebenen Kriterien beispielsweise zu zuverlässigeren Zieldaten führt. Regelergebnisse des einen Regelalgorithmus können zur Korrektur der Berechnungen des anderen Regelalgorithmus verwendet werden. Weiter ist es vorteilhaft, wenn Bildinhalte aus Bildern beider Sehfelder miteinander verglichen werden. Hierbei kann beispielsweise ein im kleinen Sehfeld erkennbares Zielelement erkannt und anhand von Bilddaten des großen Sehfelds wieder erkannt und lokalisiert werden.
  • Hinsichtlich der Geometrie der Sehfelder ist es vorteilhaft, wenn die beiden Sehfelder asymmetrisch zueinander angeordnet sind. Die asymmetrische Anordnung der beiden Sehfelder ermöglicht insbesondere das Verbleiben des verfolgten Zielobjekts in einem Sehfeld, wenn das Geschütz einen Vorhalt einnimmt.
  • Weiter wird vorgeschlagen, dass die beiden Sehfelder beweglich zueinander ausgeführt sind. Hierfür kann zumindest eine der Sensoreinheiten ein Richtmittel umfassen, mit dem die Blickrichtung dessen Sehfelds relativ zum anderen Sehfeld, insbesondere innerhalb des anderen Sehfelds, veränderbar ist. Zweckmäßigerweise ist das Zieldatenmittel dazu vorbereitet, das Richtmittel anzusteuern und so das ausrichtbare Sehfeld zum anderen auszurichten. Ein besonders geeignetes Richtmittel ist ein strahlablenkendes Element, beispielsweise ein Spiegel oder ein Prisma mit einem Drehmittel zum Drehen des Elements. Bei Verwendung eines Prismas dient das Drehmittel zweckmäßigerweise zum Drehen des Prismas um die optische Achse. Das Richtmittel wird vorteilhafterweise vom Zieldatenmittel angesteuert, das die Ansteuerungsdaten aus Bilddaten berechnen kann.
  • Eine drehbare Anordnung des größeren Sehfelds um eine Achse innerhalb des kleineren Sehfelds ermöglicht es, auf eine abrupte Kursänderung des verfolgten Zielobjekts sofort zu reagieren und das Zielobjekt im großen Sehfeld zu halten. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Richtmittel eine Zwangskopplung der Ausrichtung der beiden Sehfelder derart herstellt, dass die Mittenachse des großen Sehfelds nur auf einer Bahn um eine Achse innerhalb des kleineren Sehfelds bewegbar ist. Die Bahn ist am einfachsten eine Kreisbahn.
  • Vorteilhafterweise ist die Ausrichtung des kleinen Sehfelds an die Ausrichtung des Geschützes zwangsgekoppelt, sodass eine Veränderung der Ausrichtung des Geschützes zu einer Veränderung der Ausrichtung des kleinen Sehfelds führt. Das große Sehfeld kann hierbei durch das Richtmittel relativ zur Ausrichtung des Geschützes bewegbar sein. Die Zwangskopplung an die Ausrichtung des Geschützes kann durch eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung der Feuerleiteinheit am Geschütz zustande kommen.
  • Eine effektive Ausrichtung des Richtmittels kann erreicht werden, wenn das Zieldatenmittel dazu vorbereitet ist, Signale zur Ansteuerung des Richtmittels unter Verwendung von Zieldaten des Zielobjekts, insbesondere von Ortsdaten und/oder Bewegungsrichtungsdaten des Zielobjekts, in zumindest einem der Sehfelder zu erzeugen. Auch eine Geschwindigkeit des Zielobjekts in einem Sehfeld und/oder eine Entfernung des Objekts vom Geschütz kann zur Erzeugung der Signale zur Ansteuerung des Richtmittels verwendet werden.
  • Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Zieldatenmittel dazu vorbereitet ist, Signale zur Ansteuerung des Richtmittels unter Verwendung von Vorhaltedaten des Geschützes zu erzeugen.
  • Außerdem ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Zielverfolgung eines Zielobjekts mit einem Geschütz gerichtet, bei dem das Zielobjekt mit einer elektrooptischen Feuerleiteinheit des Geschützes, die ein bildgebendes Infrarot-Sensorsystem mit zwei auf verschiedene Sehfelder gerichtete Optiken aufweist, anvisiert wird. Zweckmäßigerweise werden Bilder aus beiden Sehfeldern einem mit dem Sensorsystem datentechnisch verbundenen Zieldatenmittel zugeführt, aus Bildern beider Sehfelder werden Zieldaten über das Zielobjekt ausgegeben und das Geschütz wird anhand der Zieldaten ausgerichtet.
  • Es wird vorgeschlagen, dass die beiden Sehfelder verschieden groß sind. Hierdurch kann das Geschütz auch einem schnell bewegten Zielobjekt nachgeführt werden, ohne dass das Zielobjekt aus beiden Sehfeldern vollständig heraustritt.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Erfindung ist auf dieses Ausführungsbeispiel nicht beschränkt - auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung und die folgende Figurenbeschreibung enthalten zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wird der Fachmann jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Gegenstand und/oder Verfahren der unabhängigen Ansprüche kombinierbar.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Feuerleiteinheit an einem Geschütz mit zwei infraroten Sensoreinheiten und einer visuellen Sensoreinheit zum Anvisieren eines Zielobjekts,
    Fig. 2
    ein großes und ein kleines Sehfeld des Sensorsystems, die beide auf ein Zielobjekt gerichtet sind und
    Fig. 3
    die beiden Sehfelder in einer Schussposition des Geschützes.
  • Fig. 1 zeigt eine elektrooptische Feuerleiteinheit 2 auf einem Geschütz 4, beispielsweise einem Schiffsgeschütz, das relativ zu einem nicht dargestellten Schiffsrumpf in der Horizontalen drehbar und in der Vertikalen schwenkbar ist. Das Geschütz 4 ist ein 12,7 mm Marinegeschütz und die Feuerleiteinheit 2 ist fest angeflanscht an das Geschütz 4 und bewegt sich mit einer Bewegung des Geschützes 4 relativ zum Schiffsrumpf mit. Die Feuerleiteinheit 2 dient zum Einweisen des Geschützes 4 auf Zielobjekte in einem Schussbereich bis zu 1.500 Metern, insbesondere gegen asymmetrische Ziele.
  • Die Feuerleiteinheit 2 umfasst ein Sensorsystem 6, das in diesem Ausführungsbeispiel drei unterschiedliche Sensoreinheiten 8, 10, 12 enthält. Die Sensoreinheit 8 ist eine Infrarot-Sensoreinheit mit einem nur im infraroten Spektralbereich < 5 µm empfindlichen Matrixdetektor 14 und einer Infrarot-Optik 16, die in Fig. 1 nur schematisch angedeutet ist. Durch die Optik 16 wird ein Sehfeld 18 der Sensoreinheit 8 in eine Umgebung ausgerichtet.
  • Die Sensoreinheit 10 ist ebenfalls eine Infrarot-Sensoreinheit mit einem nur im infraroten Spektralbereich > 5 µm empfindlichen Matrixdetektor 20, dessen Sehfeld 22 durch eine Infrarot-Optik 24 in die Umgebung gerichtet ist. Zusätzlich zur Optik 24 ist ein Richtmittel 26 vorhanden, das ein Prisma 28 und ein Drehmittel 30 zum Drehen des Prismas 28 um die optische Achse 32 der Sensoreinheit 10 aufweist. Hierdurch kann das Sehfeld 22 in seiner Blickrichtung relativ zum Sehfeld 18 und relativ zur Ausrichtung des Geschützes 4 verändert werden.
  • Sea Glint wird durch die Verwendung des langwelligen infraroten Spektralbereichs der Sensoreinheit 10 weitgehend unterdrückt. Die Nutzung des LWIR-Spektralbereichs ist aufgrund der geringeren Problematik sich an der Wasseroberfläche ergebender spiegelnder Reflexionen des Sonnenlichts geschickt. Gerade bei großen Sehfeldern ist der LWIR-Spektralbereich vorteilhaft, da hier eine hohe Wahrscheinlichkeit gegeben ist, dass sich die Sonne im Sehfeld befindet. Es ist auch denkbar, dass die Sensoreinheit 8 im gleichen Spektralbereich wie die Sensoreinheit 10 empfindlich ist. Bei einer Empfindlichkeit im IR-Spektralbereich > 5 µm können beispielsweise Wärmeobjekte besonders gut verfolgt werden, insbesondere können Objekte mit geringem Temperaturkontrast in maritimer Umgebung im Nahbereich mittels Signalverarbeitung automatisch erfasst werden. Vorliegend ist die Sensoreinheit 8 im Bereich < 5 µm bzw. im MWIR-Spektralbereich empfindlich. Bei Verwendung von unterschiedlichen Spektralbereichen für die Sensoreinheiten 8, 10 können mittels Signalverarbeitungsverfahren Falschziele, die sich in beiden Sehfeldern 18, 22 gleichzeitig befinden, aufgrund ihrer Strahlungscharakteristik unterdrückt werden.
  • Die dritte Sensoreinheit 12 ist im sichtbaren Spektralbereich empfindlich und umfasst einen Matrixdetektor 34, dessen Blickrichtung über eine visuelle Optik 36 in das gleiche Sehfeld 22 wie die Sensoreinheit 10 gerichtet ist.
  • Die Matrixdetektoren 14, 20 sind jeweils festbrennweitige Mikrobolometer-Kameras, die ungekühlt betrieben werden. Der Matrixdetektor 34 der Sensoreinheit 12 enthält eine Farbkamera, die im sichtbaren Spektralbereich einen großen Dynamikumfang besitzt.
  • Die Feuerleiteinheit 2 umfasst ferner ein Zieldatenmittel 38, das signaltechnisch mit den drei Matrixdetektoren 14, 20, 34 verbunden ist und eine Bildverarbeitungsroutine zum Auswerten der durch die Sensoreinheiten 8, 10, 12 aufgenommenen Bilder enthält. Zur Datenübertragung werden Signalumsetzer-Module für jede Kamera bzw. Sensoreinheit 8, 10, 12 eingesetzt. Diese dienen zum Wandeln der Kamera-Signale auf 802.3 Clause 40 und sind als Gigabit Ethernet über Kupfer ausgeführt. Ein Gigabit-Schalter wird zum Wandeln auf 802.3 Clause 38 (Lichtwellenleiter) und zum Zusammenfassen von Kanälen (Channel-Bonding) eingesetzt, der aufgrund der zu erwartenden hohen Datenraten benutzt wird. Das Zieldatenmittel 38 ist ein Echtzeitrechnersystem auf Linux-Basis und ist dazu vorbereitet, zeitdefinierte Ansteuerungsausgaben, insbesondere in Form von Winkelablagen, an das Geschütz 4 bzw. dessen Ausrichtungsantrieb zu geben.
  • Das Zieldatenmittel 38 ist dazu ausgeführt, alle drei Kamerakanäle gleichzeitig zur Darstellung für einen Bediener bzw. zur Auswertung der Zieldaten zu verwenden. Das große Sehfeld 22 kann vom sichtbaren Farbkanal auf den Infrarot-Kanal umgeschaltet werden. Beiden Infrarot-Sehfelder 18, 22 werden vom Zieldatenmittel 38 automatisch ausgewertet und es werden Zielverfolgungsdaten, beispielsweise als Winkelablagen, für das Geschütz 4 ermittelt. Die Bildrate im infraroten Spektralbereich beträgt für beide Sensoreinheiten 8, 10 60 Hz, im sichtbaren Spektralbereich für die Sensoreinheit 12 mind. 25 Hz.
  • Fig. 2 zeigt die beiden Sehfelder 18, 22 der Sensoreinheiten 8, 10, 12. Bei dem in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Sehfelder 18, 22 auf ein schnell fahrendes Motorboot als Zielobjekt 42 gerichtet. Das Sehfeld 18 der Infrarot-Sensoreinheit 8 hat eine Größe von 3° x 4°, und das Sehfeld 22 der beiden Sensoreinheiten 10, 12 hat eine Größe von 9° x 12°. Die beiden Optiken 16, 24 sind umschaltfreie und zoomfreie Optiken, sodass Festbrennweiten verwendet sind.
  • Die elektrooptische Feuereinheit 2 dient zum Einweisen des Geschützes 4 auf das Zielobjekt 42. Allgemein ist die Einweisung bzw. Ausrichtung jedoch nicht auf ein Geschütz 4 beschränkt, sondern kann auf andere geeignete Geräte übertragen werden. Die Ausrichtung berücksichtigt einen Vorhalt, wie in Fig. 3 dargestellt. Um die Ausrichtung auch bei einem bewegten Zielobjekt 42 zu gewährleisten, dient die Feuerleiteinheit 2 auch dazu, eine Zielverfolgung mit dem Geschütz 4 durchzuführen, also das Geschütz 4 so mit Daten zu versorgen, dass es anhand der Daten das Zielobjekt 42 verfolgen kann bzw. verfolgt. Hierzu können mehrere Verfahrensschritte ausgeführt werden, die im Folgenden näher beschrieben sind. Das Zieldatenmittel 38 dient dazu, einige oder alle der beschriebenen Verfahrensschritte zu steuern.
  • Zunächst wird das Geschütz 4 grob auf das Zielobjekt 42 eingewiesen, sodass es zumindest im großen Sehfeld 22 zu liegen kommt. Dies kann manuell durch einen Bediener oder automatisch durch eine Voreinweisung geschehen, wobei die Daten hierzu von einem anderen Erfassungssystem kommen können.
  • Anschließend wird das Zielobjekt 42 erfasst. Auch dies kann manuell durch einen Bediener geschehen, der das Zielobjekt 42 beispielsweise auf einem von der Feuerleiteinheit 2 auf einer Ausgabeeinheit ausgegebenen Bild markiert. Ebenso ist es möglich, dass das Zielobjekt 42 vom Zieldatenmittel 38 anhand vorgegebener Kriterien klassifiziert und als Zielobjekt erfasst wird. Eine solche automatische Erfassung kann zur Bestätigung oder Korrektur an einen Bediener auf eine Anzeigeeinheit ausgegeben werden.
  • Als weiterer Schritt werden Zieldaten über das Zielobjekt 42 ermittelt. Dies geschieht über zumindest eine Bildverarbeitungsroutine, die die Bilder bzw. Bilddaten aus zumindest einem Sehfeld 18, 22 auswertet und die Zieldaten ermittelt. Bei dem in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel können die Zieldaten eine Entfernung des Zielobjekts 42, dessen Position im Ortsraum, dessen Ausrichtung im Bild bzw. Fahrtrichtung und dessen Fahrtgeschwindigkeit sein. Möglich sind außerdem eine Größenbestimmung des Zielobjekts 42 und das Erkennen bzw. Klassifizieren von Objekteinheiten, wie einem Motor 44, einer Person 46, Aufbauten, ein vermuteter Steuerstand, Funkaufbauten und/oder dergleichen.
  • Zur Positionsbestimmung des Zielobjekts 42 kann eine Position im Bild des Sehfelds 18, 22 zusammen mit der Ausrichtung des Sehfelds 18, 22 im Raum verwendet werden. Die Entfernung kann mit einem aktiven Entfernungsmessstrahl oder einem Winkelabgriff bestimmt werden, mit dem ein Elevationswinkel zumindest eines der beiden Sehfelder 18, 22 bzw. dessen optischer Achse 32 erfasst wird, z.B. zur Horizontalen. Da die Höhe der Feuerleiteinheit 2 über dem Wasser bekannt ist, ist die Elevationswinkelbestimmung eine einfache und zuverlässige Möglichkeit zur Entfernungserfassung. Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit kann durch die Positionsverfolgung bzw. zeitliche Ableitung der Position ermittelt werden
  • In Fig. 2 sind beide Sehfelder 18, 22 auf das Zielobjekt 42 gerichtet. Bilder aus dem Sehfeld 22 können hierbei zur Zielerfassung verwendet werden. Zieldaten, wie Position und Geschwindigkeit des Zielobjekts, werden zweckmäßigerweise aus Bildern des kleinen Sehfelds 18 ermittelt, da dieses die höhere Raumauflösung bietet und gegebenenfalls alleine die zur ausreichenden Elementerfassung nötige Raumauflösung aufweist. So kann das Sehfeld 18 zur Zieldatenbestimmung verwendet werden und das Sehfeld zur Einordnung des Zielobjekts 42 bzw. dessen Zieldaten in eine Umgebung.
  • Zur Zielverfolgung werden zweckmäßigerweise und falls möglich Bilder aus dem Sehfeld 18 verwendet, da die Zielverfolgung besonders gut anhand der verhältnismäßig kleinen und damit genau zu lokalisierenden Zieleinheiten 44, 46 erfolgt. Außerdem sind diese Einheiten 44, 46 Wärmestrahler, so dass sie in Infrarotbildern besonders gut sichtbar sind und damit das Zielobjekt 42 besonders gut anhand dieser Einheiten 44, 46 verfolgt werden kann.
  • Die Zieldaten, die aus Bildern des kleinen Sehfelds 18 ermittelt wurden, können bei der Ermittlung von weiteren Zieldaten aus Bildern des großen Sehfelds 22 mit verwendet werden. So können beispielsweise die Einheiten 44, 46 zu jedem Zeitpunkt anhand des kleinen Sehfelds 18 erkannt und Bildpunkten des großen Sehfelds 22 zugeordnet werden. Aus den zusätzlich verwendeten Bildern des großen Sehfelds 22 kann nun die Gesamtheit der gewünschten Zieldaten bestimmt werden.
  • Nach der Erfassung des Zielobjekts 42 und dessen Zieldaten, wie Bewegungsrichtung, Bewegungsgeschwindigkeit, Entfernung und/oder dergleichen, wird nun das Geschütz 4 auf das Zielobjekt 42 ausgerichtet. Hierzu wird ein notwendiger Vorhalt berechnet, der aus den Zieldaten bestimmt wird, und das Geschütz 4 wird unter Berücksichtigung des Vorhalts in eine Schussposition ausgerichtet. Dies ist in Fig. 3 dargestellt.
  • Da das kleine Sehfeld 18 starr an die Geschützausrichtung gekoppelt ist, kann es vorkommen, dass das Zielobjekt 42 bei Einstellung des Vorhalts aus dem kleinem Sehfeld 18 auswandert, so wie in Fig. 3 angedeutet ist. Um das Zielobjekt 42 dennoch zuverlässig verfolgen zu können, wird das große Sehfeld 22 so ausgerichtet, dass es möglichst das gesamte Zielobjekt 42 erfasst. Hierzu wird es mit Hilfe des Richtmittels 26 relativ zum kleinen Sehfeld 18 bewegt und so eingestellt, dass das Zielobjekt 42 weitest möglich im Sehfeld 22 liegt oder zumindest ein zur Zielverfolgung wichtiges Zielelement 44, 46 innerhalb des Sehfelds 22 zu liegen kommt.
  • Die Ausrichtung des großen Sehfelds 22 relativ zum kleinen Sehfeld 18 geschieht durch das Richtmittel 26, das in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch das Prisma 28 und das Drehmittel 30 realisiert ist. Durch das Richtmittel 26 wird eine Zwangskopplung der beiden Sehfelder 18, 22 derart erreicht, dass die optische Achse 50 stets innerhalb des großen Gesichtsfelds 22 liegt. Die Zwangskopplung kann sogar noch enger sein, nämlich indem die optische Achse 32 des großen Sehfelds 22 nur auf einer Bahn 48, insbesondere einer kreisförmigen Bahn 48, innerhalb des Sehfelds 18 bewegbar ist. Hierdurch kann ein ausreichend großes Gebiet um das kleine Sehfeld 18 herum vom großen Sehfeld 22 abgetastet werden, und durch die Zwangskopplung kann eine einfache und zuverlässige Positionsermittlung der beiden Sehfelder 18, 22 zueinander realisiert werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird durch das Drehen des Prismas 28 die optische Achse 32 des großen Sehfelds auf der Kreisbahn 48 innerhalb des kleinen Sehfelds 18 bewegt. Die Bahn 48 liegt symmetrisch um die optische Achse 50 des kleinen Sehfelds 18.
  • Üblicherweise wird das Zielobjekt 42 nicht unmittelbar nach dessen Erfassen und Ausrichten des Geschützes 4 auf das Zielobjekt 42 beschossen. Es wird ein günstiger Beschusszeitpunkt abgewartet oder das Geschütz wird sogar nur zur Prävention auf das Zielobjekt 42 ausgerichtet. Um das Geschütz 4 automatisch einer Bewegung des Zielobjekts nachführen zu können, auch unter stetiger Berücksichtung des aktuell korrekten Vorhalts, wird eine Zielverfolgung durchgeführt.
  • Zur Zielverfolgung wird die Position des Zielobjekts 42 oder von zumindest einem Zielelement 44, 46 laufend erfasst und das Geschütz 4 wird kontinuierlich oder in zeitlicher Taktung entsprechend ausgerichtet. Es ist auch möglich, aus der Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit eine zukünftige Position des Zielobjekts 42 zu errechnen und das Geschütz 4 vorzuführen. Die nötigen Zieldaten werden aus Bildern eines Sehfelds 18, 22, insbesondere des hoch aufgelösten Sehfelds 18, bestimmt. Durch die Verwendung des kleinen Sehfelds mit höherer räumlicher Auflösung kann eine hohe Ortsgenauigkeit der Positionsbestimmung erreicht werden. Ist das Zielobjekt 42 nicht mehr ausreichend im kleinen Sehfeld 18 abgebildet, so erfolgt die Zielverfolgung ausschließlich über Bilder des großen Sehfelds 22.
  • Die asymmetrische Anordnung der beiden Sehfelder 18, 22 ermöglicht insbesondere das Verbleiben des verfolgten Zielobjekts 42 im großen Sehfeld 22, wenn das Geschütz 4 einen Vorhalt einnimmt, wie in Fig. 3 gezeigt. Die drehbare Anordnung des größeren Sehfelds 22 um eine Achse innerhalb des kleineren Sehfelds 18 ermöglicht zudem, auf abrupte Kursänderungen des verfolgten Objekts sofort zu reagieren und dieses im Sehfeld 22 zu halten.
  • Die Ausrichtung des Geschützes 4 bzw. die Zielverfolgung durch das Geschütz 4 erfolgt anhand von zwei Regelkreisen, wobei jeweils ein Regelkreis einem Sehfeld 18, 22 zugewiesen ist. In beiden Regelkreisen werden Zieldaten bestimmt, beispielsweise eine Position des Zielobjekts 42. Die Regelkreise können ineinander greifen, sodass beispielsweise eine grobe Position aus dem Sehfeld 22 und eine feinere Position aus dem Sehfeld 18 ermittelt wird, wobei zunächst die grobe und dann die feine Position bestimmt wird. Es kann so ein Detail aus dem kleinen Sehfeld sehr präzise im großen Sehfeld 22 eingeordnet werden. Das Zieldatenmittel 38 kann die Zielverfolgung auch anhand nur eines der beiden Sehfelder 18, 22 vornehmen, beispielsweise eine feine Zielverfolgung anhand des Zielfelds 18 und, insbesondere wenn dies nicht möglich ist, wie in Fig. 3 gezeigt, eine grobe Zielverfolgung anhand des Sehfelds 22.
  • Je nachdem wie das Zielobjekt 42 oder ein markantes Zielelement 44, 46 in den beiden Sehfeldern 18, 22 liegt, kann eine der beiden Zielverfolgungsregelungen als dominierend über die andere Regelung gestuft werden. Liegt das für die Zielverfolgung relevanteste Zielelement 44, 46 im Sehfeld 18, wo kann dieses als dominierend gesetzt werden. Liegt es nicht (ausreichend) im Sehfeld 18, so kann das Sehfeld 22 als dominierend gesetzt werden.
  • Außerdem wir durch diesen doppelten infrarot-seitigen Sehfeldansatz die Möglichkeit gegeben, auch solche Zielobjekte 42, die bei Annäherung im kleinem Sehfeld 18 bildfüllend werden, sicher zu verfolgen. Die Begründung hierfür liegt in der Tatsache, dass bei bildfüllenden Zielobjekten 42 in einem kleinen Sehfeld 18 der Haltepunkt, beispielsweise ein Zielelement 44, 46, instabil werden kann, weil der Bezug des Zielelements 44, 46 zum Objektrand verloren geht, da der Objektrand nicht mehr im kleinen Sehfeld 18 liegt. Durch das zweite, größere Sehfeld 22 bleiben jedoch sowohl die für einen Korrelationstracker verwendeten Merkmale des Zielobjekts 42, z.B. die Zielelemente 44, 46, im Zielverfolgungsfeld als auch die Umrandung des Zielobjekts durch das größere Sehfeld 22 sichtbar. Eine solche Situation tritt häufig auf, insbesondere bei der Annäherung asymmetrischer Objekte an ein Schiff, zum Beispiel eines Boots, insbesondere eines Piratenboots, an ein Kriegsschiff. In einem solchen Fall kann von einer Zielverfolgung unter Verwendung des kleinen Sehfelds 18 auf eine Zielverfolgung unter Verwendung des großen Sehfelds 22 umgeschaltet werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Feuerleiteinheit
    4
    Geschütz
    6
    Sensorsystem
    8
    Sensoreinheit
    10
    Sensoreinheit
    12
    Sensoreinheit
    14
    Matrixdetektor
    16
    Optik
    18
    Sehfeld
    20
    Matrixdetektor
    22
    Sehfeld
    24
    Optik
    26
    Richtmittel
    28
    Prisma
    30
    Drehmittel
    32
    optische Achse
    34
    Matrixdetektor
    36
    Strahlteiler
    38
    Zieldatenmittel
    40
    Datenspeicher
    42
    Zielobjekt
    44
    Zielelement
    46
    Zielelement
    48
    Bahn
    50
    optische Achse

Claims (14)

  1. Elektrooptische Feuerleiteinheit (2) für ein Geschütz (4) mit einem bildgebenden Infrarot-Sensorsystem (6), das zwei auf verschiedene Sehfelder (18, 22) gerichtete Optiken (16, 24) aufweist, und einem mit dem Sensorsystem (6) datentechnisch verbundenen Zieldatenmittel (38), das dazu vorbereitet ist, aus Bildern beider Sehfelder (18, 22) Zieldaten über ein von den Optiken (16, 24) anvisiertes Zielobjekt (42) auszugeben,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die beiden Optiken (16, 24) Infrarot-Optiken sind und die Sehfelder (18, 22) verschieden groß sind.
  2. Feuerleiteinheit (2) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Sensorsystem (6) zwei Sensoreinheiten (8, 10) enthält, die in verschiedenen infraroten Spektralbereichen empfindlich sind.
  3. Feuerleiteinheit (2) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Zieldatenmittel (38) dazu vorbereitet ist, Bildinformationen aus Bildern beider Sehfelder (18, 22) zusammen zu Zieldaten über das Zielobjekt (42) zu verarbeiten.
  4. Feuerleiteinheit (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Zieldatenmittel (38) dazu vorbereitet ist, aus Bildern des größeren Sehfelds (22) eine grobe Zielverfolgung und Bildern des kleineren Sehfelds (18) eine genauere Zielverfolgung durchzuführen.
  5. Feuerleiteinheit (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Zieldatenmittel (38) dazu vorbereitet ist, aus Bildern eines jeden Sehfelds (18, 22) jeweils eine Zielverfolgungsregelung durchzuführen, wobei die Regelkreise beider Zielverfolgungsregelungen ineinander greifen.
  6. Feuerleiteinheit (2) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Zieldatenmittel (38) dazu vorbereitet ist, in Abhängigkeit von zumindest einer Eigenschaft des Zielobjekts (42) eine der beiden Zielverfolgungsregelungen als dominierend über die andere Regelung zu behandeln.
  7. Feuerleiteinheit (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die beiden Sehfelder (18, 22) asymmetrisch zueinander angeordnet sind.
  8. Feuerleiteinheit (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Sensorsystem (6) zwei Sensoreinheiten (8, 10) enthält, von denen zumindest eine ein Richtmittel (26) umfasst, mit dem die Blickrichtung dessen Sehfelds (22) relativ zum anderen Sehfeld (18) veränderbar ist, wobei das Zieldatenmittel (38) dazu vorbereitet ist, das Richtmittel (26) anzusteuern und so das ausrichtbare Sehfeld (22) zum anderen auszurichten.
  9. Feuerleiteinheit (2) nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Richtmittel (26) ein Prisma (28) mit einem Drehmittel (30) zum Drehen des Prismas (28) aufweist.
  10. Feuerleiteinheit (2) nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Richtmittel (26) eine Zwangskopplung der Ausrichtungen der beiden Sehfelder (18, 22) derart herstellt, dass die Mittenachse (32) des großen Sehfelds (22) nur auf einer Bahn (48) um eine Achse (50) innerhalb des kleineren Sehfelds (18) bewegbar ist.
  11. Feuerleiteinheit (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ausrichtung des kleinen Sehfelds (18) an die Ausrichtung des Geschützes (4) zwangsgekoppelt ist und das große Sehfeld (22) durch das Richtmittel (26) relativ zur Ausrichtung des Geschützes (4) bewegbar ist.
  12. Feuerleiteinheit (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Zieldatenmittel (38) dazu vorbereitet ist, Signale zur Ansteuerung des Richtmittels (26) unter Verwendung von Ortsdaten des Zielobjekts (42) in zumindest einem der Sehfelder (18, 22) zu erzeugen.
  13. Feuerleiteinheit (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Zieldatenmittel (38) dazu vorbereitet ist, Signale zur Ansteuerung des Richtmittels (26) unter Verwendung von Vorhaltedaten des Geschützes (4) zu erzeugen.
  14. Verfahren zur Zielverfolgung eines Zielobjekts (42) mit einem Geschütz (4), bei dem das Zielobjekt (42) mit einer elektrooptischen Feuerleiteinheit (2) des Geschützes (4), die ein bildgebendes Infrarot-Sensorsystem (6) mit zwei auf verschiedene Sehfelder gerichtete Optiken (8, 10) aufweist, anvisiert wird, Bilder aus beiden Sehfeldern (18, 22) einem mit dem Sensorsystem (6) datentechnisch verbundenen Zieldatenmittel (38) zugeführt werden, aus Bildern beider Sehfelder (18, 22) Zieldaten über das Zielobjekt (42) ausgegeben werden und das Geschütz (4) anhand der Zieldaten ausgerichtet wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die beiden Optiken (16, 24) Infrarot-Optiken sind und die Sehfelder (18, 22) verschieden groß sind.
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