EP2993440B1 - Vorrichtung zur zielerfassung für einen lenkflugkörper - Google Patents

Vorrichtung zur zielerfassung für einen lenkflugkörper Download PDF

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EP2993440B1
EP2993440B1 EP15002346.3A EP15002346A EP2993440B1 EP 2993440 B1 EP2993440 B1 EP 2993440B1 EP 15002346 A EP15002346 A EP 15002346A EP 2993440 B1 EP2993440 B1 EP 2993440B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
beam path
radiation
heat sink
heat
Prior art date
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Active
Application number
EP15002346.3A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2993440A1 (de
Inventor
Michael Gross
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 Defence GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Diehl Defence GmbH and Co KG filed Critical Diehl Defence GmbH and Co KG
Publication of EP2993440A1 publication Critical patent/EP2993440A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2993440B1 publication Critical patent/EP2993440B1/de
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/008—Combinations of different guidance systems
    • 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
    • F41G7/2273—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

Definitions

  • the invention relates to a device for target detection for a guided missile, comprising a first imaging optics, which has a first entrance lens, a second imaging optics, which has a second entrance lens, a first sensor, and a second sensor, wherein the first imaging optics a first beam path on the first sensor leads, and wherein the second entrance lens is inserted in a recess in the first entrance lens.
  • the target detection for a guided missile is often carried out by means of an integrated in a seeker infrared (IR) sensor, which is designed to resolve even very small temperature differences.
  • IR image information obtained by the IR sensor can be evaluated by discriminating the target object in the IR image from the background, classifying it as a target and localizing it in the image coordinates. This information is then used to steer the missile.
  • Such an ability can also be retrofitted to an existing autonomously-targeted IR seeker by integrating an independent second sensor into the existing IR sensor. Such a subsequent integration of the second sensor should have the effects be kept as low as possible on the spatial resolution and the thermal sensitivity of the IR sensor.
  • An additional sensor to be retrofitted is, for example, an imaging sensor in an alternative spectral range (eg in the visible range) or a so-called semi-active laser sensor. The latter registers laser radiation which is emitted by a laser integrated in the guided missile to the target and reflected thereon.
  • Essential boundary conditions for this implementation are the geometry and the beam guidance for the primary IR sensor as well as the available space in the seeker head.
  • the FR 2 687 795 A1 proposes, inter alia, a series arrangement of sensors, wherein the rear of the two sensors can be cooled by a cryostat.
  • a beam guide used in many applications provides to integrate the primary IR sensor in a deflection mirror, which reflects the incident beam path on the IR sensor opposite optical deflection elements. This results in the incident beam path a recessed area, which is not performed to the primary IR sensor.
  • the second sensor can produce a power loss due to radiation impinging on it, which is emitted into its environment as heat radiation.
  • This thermal radiation can now enter the beam path of the primary IR sensor, and thereby affect its resolution.
  • this heat radiation of the second sensor centrally in the primary beam path surrounding it interferes with this beam path of the primary IR sensor and leads to other optical errors.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a device for high-resolution target detection for a missile, which has two independent sensors that should not affect each other as possible.
  • the invention proposes a device for target detection for a guided missile, which comprises a first imaging optic with a first entrance lens and a second imaging optic with a second entrance lens and a first sensor, and a second sensor, wherein the first imaging optics a first beam path to the first sensor leads, wherein the second entrance lens is introduced in a recess in the first entrance lens, wherein the second sensor is arranged outside the first beam path, and wherein the second imaging optics a second beam path by means of at least one mirror means on the second sensor.
  • an entry lens is to be understood as meaning a lens to which radiation which has been reflected or emitted by a target towards the device first impinges on the device.
  • the device is preferably surrounded by a housing which has a corresponding recess for the first entrance lens.
  • an interior of the device, in which further elements of the first imaging optics and the second imaging optics as well as the first sensor and the second sensor are arranged, is shielded from the environment by the housing, the first entrance lens and the second entrance lens.
  • the device for better mobility in the target detection in a holding frame, for example gimbal be suspended.
  • a mirror means here is to be understood as an optical element which, at least in a partial function, is suitable for guiding the second beam path in the direction of the second sensor by means of at least partial reflection, for example a mirror, a flat metal plate or a beam splitter.
  • the spatial boundary of a beam path is in each case given by the respective outermost geometric beam bundles, which are guided by an entrance lens of the imaging optics still on a sensor. Accordingly, an arrangement of the second sensor outside the first beam path is to be understood so that the second sensor is also not in a region surrounded by the first beam path or partially surrounded.
  • the invention is based on the following considerations:
  • the arrangement of a second sensor in a region surrounded by the first beam path has the disadvantage that heat dissipation dissipated as heat radiation of the second sensor would influence the first beam path. This disadvantage can be circumvented by arranging the second sensor completely outside the first beam path.
  • an environmental scene imaged on the second sensor by the second imaging optical system should match as much as possible with the environmental scene imaged on the first sensor by the first imaging optical unit. Since a target for a missile detection is often mounted movably within the missile in order to hold the target against movement of the missile in the field of view of a sensor, an arrangement of the second sensor outside the device would lead to a tax-technical overhead.
  • the installation space is usually very tight, which is why the device does not readily comprise a second beam path. which is guided entirely outside the first beam path, can be extended.
  • the second sensor on the one hand branch off the second beam path via a mirror means from the first beam path, and on the other hand, the second sensor completely outside the first beam path, preferably laterally to arrange.
  • the proportion of thermal radiation of the second sensor which radiates this due to power loss during detection, in the first beam path, compared with a surrounded by the first beam path arrangement of the second sensor, arrangement significantly reduced.
  • the field of view of the first sensor within the device that is to say the amount of all objects detected or imaged via the first beam path, is thus at a temperature, which has a positive effect on the thermal resolution of the first sensor.
  • no signal cable of the sensor must be passed through the first beam path for such an arrangement.
  • the described arrangement of the second sensor can be designed such that it does not lead to any additional vignetting of an image signal generated by the first sensor , Due to the arrangement of the first sensor in the deflection mirror, in the case described, a recess region is formed in the first beam path, which is not guided to the first sensor. In this recess region, the second beam path can then be branched off by means of the at least one mirror means, which is then located in the region which can not be detected anyway by the first sensor.
  • an entrance lens is provided in a recess of the first entrance lens, whereby the second beam path can be focused independently of the first beam path, in particular from the first entry line.
  • the second beam path is guided through an aperture on the second sensor.
  • the diaphragm is arranged outside the first beam path, more preferably close to its edge.
  • the size of the aperture is matched to the beam expansion of the second beam path at the position of the aperture, so that the second beam path, the aperture completely without vignetting, but under the widest possible coverage Illumination of the aperture happens.
  • the diaphragm is preferably to be integrated into the tube and / or made of a material having the same emissivity to manufacture the surface of the optical tube facing the first beam path.
  • the second sensor Through the aperture of the first beam path is shielded by the second sensor.
  • Thermal radiation which is emitted by the second sensor due to power loss from radiation detection, can thus be kept as far as possible outside the first beam path. It can thereby be achieved that the signal which the first sensor generates by detecting radiation of the first beam path is not significantly impaired by the presence or the operation of the second sensor.
  • Particularly effective for this purpose is the diaphragm in a position outside the first beam path, so as not to influence it, but as close as possible to the edge of the first beam path to shield the widest possible solid angle range of the heat radiation, which emits from which possibly remote arranged second sensor has been.
  • the second sensor according to the invention is thermally conductively connected to a heat sink.
  • the heat sink is preferably arranged outside the first beam path.
  • a heat-conducting connection is to be understood as meaning a connection which is set up and intended to achieve a significant heat removal of the object connected to the heat sink.
  • a heat sink here means an object with a sufficiently large heat capacity, which in particular is able to absorb the heat released by the second sensor during the flight duration of the guided missile via the thermally conductive connection without radiation. Due to the fact that the heat sink additionally absorbs heat generated by the power loss at the second sensor, the heat output radiated by the second sensor is also further reduced, in particular in the direction of the first beam path, which has a positive effect on the resolution of the first heat sensor.
  • the second sensor is integrated into a radiation-absorbing housing, via which the second sensor is thermally conductively connected to the heat sink.
  • the radiation-absorbing housing has this a corresponding opening for the second beam path or is provided at the appropriate place with a transparent material for the relevant spectral range.
  • the radiation-absorbing housing can thus receive scattered radiation of the second beam path, which is not directed to the second sensor. This can be prevented that this is reflected back and can get over the first beam path to the first sensor.
  • the diaphragm is thermally conductive connected to the heat sink.
  • the diaphragm can absorb heat during operation of the device, which is radiated by the second sensor due to power loss. This heat absorbed by the diaphragm can then be dissipated to the heat sink without the diaphragm emits the absorbed heat itself as heat radiation in the direction of the first beam path.
  • the heat sink expediently comprises an active cooling element.
  • An active cooling element here is to be understood as a device which generates a temperature gradient at a region of the device by taking up power, in particular electrical power, by means of a thermodynamic process, and thus is able to cool the surroundings of this area or heat supplied to this area can dissipate.
  • active cooling the radiation of heat by the second sensor and / or a diaphragm arranged in front of it can be prevented in a particularly effective manner.
  • the second sensor is thermally conductively connected to a temperature sensor, and the temperature of the second sensor by means of the temperature sensor and the active cooling element can be controlled.
  • the regulation is to be carried out, for example, by a control unit which receives a signal from the temperature sensor and activates the active cooling element.
  • the second sensor are kept at a special, advantageous for its operation temperature. This can be particularly favorable when the second sensor is designed as an IR sensor, or when the detection in the second sensor via a semiconductor material whose radiation conversion is temperature-dependent.
  • the at least one mirror means of the second deflection optics is shielded from the first beam path by a capsule.
  • the Capsule has corresponding openings for the second beam path or is provided in the region of the second beam path with a transparent material for the relevant spectral range.
  • the capsule can shield the first beam path from radiation of the second beam path which is undesirably scattered at the at least one mirror means.
  • the first sensor is designed as an infrared sensor.
  • Target detection for a missile by means of an IR sensor is a widely used technology.
  • a corresponding device for target detection with a second sensor as described above can be retrofitted to improve the target detection and expand the range of use of the missile.
  • the first imaging optics has a first deflection mirror, wherein the first sensor is integrated into the first deflection mirror, and whereby in this way a recess area is formed in the first beam path which is not guided onto the first sensor.
  • the first sensor can be designed as an IR sensor.
  • the second beam path from the second entrance lens to the at least one mirror means is integrated into the recess area of the first beam path.
  • the region which is optically non-resolvable by the first sensor and which corresponds to the recess region is used to integrate the beam path for the second sensor, thereby enabling a compact design.
  • the second imaging optics and the second sensor form an independent of the first imaging optics or by the first sensor adjustable unit. This makes it possible to retrofit an existing system for target acquisition without disproportionate effort with the second sensor, as this only the first entrance lens must be replaced and replaced by a compatible with the second imaging optics entrance lens, and the entire assembly of second imaging optics and second sensor can then be easily used and adjusted.
  • the second sensor is designed as a semi-active laser sensor.
  • a half-active laser sensor here is to be understood as meaning a sensor which registers laser radiation which is emitted by a laser integrated in the guided missile to the target and reflected thereon.
  • the spectral range of the second sensor with the spectral range of the first Sensor no significant overlap.
  • a semi-active laser sensor allows a high resolution capability when the radiation emitted by the environmental scene to be imaged is very weak and in particular has an unfavorable signal-to-noise ratio.
  • the detection of the second sensor does not need to be limited to the radiation emitted by the environmental scene itself, but can actively increase the radiation power, which improves the resolution.
  • the second sensor may also be embodied as an imaging radiation sensor, for example as a CCD or a CMOS chip, which records a camera image from an environmental scene imaged onto the sensor by the second imaging optical unit.
  • an imaging radiation sensor for example as a CCD or a CMOS chip, which records a camera image from an environmental scene imaged onto the sensor by the second imaging optical unit.
  • An imaging radiation sensor has a particularly simple image processing process.
  • the invention further mentions a guided missile with a device for target detection of the type described above.
  • the advantages stated for the device and its further development can be transmitted analogously to the guided missile.
  • a device 1 for target detection for a guided missile 2 comprises a first imaging optic 4, a second imaging optic 6, a first sensor 8 and a second sensor 10.
  • the first sensor 8 is designed as an IR sensor, the second sensor 10 as a CCD camera chip.
  • the first sensor 8 and the second sensor 10 each have a signal connection to an evaluation electronics not shown in detail in the drawing.
  • the first imaging optics 4 comprises a first entrance lens 12, a first deflecting mirror 14, a deflecting element 16 and two focusing lenses 18 arranged directly in front of the first sensor 8, the first sensor 8 being integrated into the first deflecting mirror 14 and facing the deflecting element 16.
  • the second imaging optics 6 has a second entrance lens 20 and a mirror element 22, which is designed as a second deflection mirror 24.
  • the second entrance lens 20 is arranged in a recess 25 of the first entrance lens 14.
  • An environmental scene is guided by the first entrance lens 12 via a first beam path 26 by means of the first imaging optics 4 to the first sensor 8 and detected there.
  • the surrounding scene is guided by the second entrance lens 20 via a second beam path 28 by means of the second imaging optics 6 to the second sensor 10 and detected there.
  • the second beam path 28 is surrounded by the second entrance lens 20 to the second deflecting mirror 24 by a capsule 30, which shields the second beam path 28 against the first beam path 26.
  • the second imaging optics 6 is arranged in the first beam path 26 in the recess region 32 of the first beam path 26, which is not detected by the first sensor 8 due to the integration of the first sensor 8 in the first deflection mirror 14.
  • the second sensor 10 is shielded by a diaphragm 34, through which the second beam path 28 is guided onto the second sensor 10, against the first beam path 26.
  • the diaphragm 34 is arranged on a housing 36, which also surrounds the second sensor 10.
  • the second sensor 10 On its underside, the second sensor 10 is seated on a heat-conducting plate 38, which is attached to a heat sink 40 with a large contact surface.
  • the plate 38 is thermally conductively connected to a temperature sensor 42.
  • the diaphragm 34 is thermally conductively connected to the heat sink 40.
  • the heat sink 40 is in this case formed as a metal body 43, which is connected to an active cooling element 44.

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Description

    Vorrichtung zur Zielerfassung für einen Lenkflugkörper
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zielerfassung für einen Lenkflugkörper, umfassend eine erste Abbildungsoptik, welche eine erste Eintrittslinse aufweist, eine zweite Abbildungsoptik, welche eine zweite Eintrittslinse aufweist, einen ersten Sensor, und einen zweiten Sensor, wobei die erste Abbildungsoptik einen ersten Strahlengang auf den ersten Sensor führt, und wobei die zweite Eintrittslinse in einer Ausnehmung in der ersten Eintrittslinse eingebracht ist.
  • Die Zielerfassung für einen Lenkflugkörper erfolgt häufig mittels eines in einem Suchkopf integrierten Infrarot(IR)-Sensors, welcher zur Auflösung bereits sehr geringer Temperaturdifferenzen ausgelegt ist. Die vom IR-Sensor gewonnene IR-Bildinformation kann ausgewertet werden, indem das Zielobjekt im IR-Bild vom Hintergrund diskriminiert, als Ziel klassifiziert und in den Bildkoordinaten lokalisiert wird. Diese Information wird dann zur Lenkung des Lenkflugkörpers verwendet.
  • Insbesondere bei Luft-Boden-Lenkflugkörpern war bisher eine möglichst autonome Zielerfassung und entsprechende Lenkung eine häufige Anforderung. Bei einer vollautomatischen Zielerfassung, der sog. "Fire-and-forget"-Funktion, ist nach einem Start des Lenkflugkörpers keine Möglichkeit mehr für einen Operateur vorgesehen, in den Lenkprozess von außen einzugreifen, um den Lenkflugkörper in sein vorgesehenes Ziel zu steuern.
  • In modernen Einsatzszenarien wird jedoch aus Gründen einer höheren Sicherheit zunehmend die Fähigkeit benötigt, den autonomen Zielerfassungs- und Lenkprozess bis zum Ziel durch den Menschen beeinflussbar zu halten (sog. "Fire-and-observe"-Funktion). Eine derartige Fähigkeit kann auch bei einem bestehenden autonom zielerfassenden IR-Suchkopf nachgerüstet werden, indem man in den bestehenden IR-Sensor einen unabhängigen zweiten Sensor integriert. Bei einer solchen nachträglichen Integration des zweiten Sensors sollten die Auswirkungen auf das räumliche Auflösungsvermögen und die thermische Empfindlichkeit des IR-Sensors möglichst gering gehalten werden. Als zusätzlicher, nachzurüstender Sensor kommt hierbei beispielsweise ein abbildender Sensor in einem alternativen Spektralbereich (z.B. im sichtbaren Bereich) oder ein sog. halb-aktiver Laser-Sensor in Betracht. Letzterer registriert Laserstrahlung, welche von einem im Lenkflugkörper integrierten Laser zum Ziel emittiert und an diesem reflektiert wird.
  • Bei einer vorgegebenen Strahlführung bzw. einem vorgegebenen Strahlengang in Inneren eines IR-Suchkopfes bedeutet es daher aufgrund des häufig sehr knapp bemessenen Platzes im Suchkopf eine technische Herausforderung, den Strahlengang für einen zweiten Sensor zu implementieren, ohne dabei die Leistungsfähigkeit des primären IR-Sensor-Systems maßgeblich zu beeinträchtigen.
  • Wesentliche Randbedingungen für diese Implementierung sind hierbei die Geometrie und die Strahlführung für den primären IR-Sensor sowie der noch vorhandene Bauraum im Suchkopf. Die FR 2 687 795 A1 schlägt hierzu unter anderem eine Hintereinander-Anordnung von Sensoren vor, wobei der hintere der beiden Sensoren über ein Kryostat gekühlt sein kann. Eine in vielen Anwendungen verwendete Strahlführung sieht vor, den primären IR-Sensor in einen Ablenkspiegel zu integrieren, welcher den einfallenden Strahlengang auf dem IR-Sensor gegenüberliegende optische Ablenkelemente reflektiert. Hierdurch entsteht im einfallenden Strahlengang ein Ausnehmungsbereich, welcher nicht zum primären IR-Sensor geführt wird. Eine derartige Anordnung ist beispielhaft beschrieben in der DE 41 35 260 C1 . In der EP 1 956 336 B2 wird nun vorgeschlagen, die natürliche, nicht auf den primären IR-Sensor abgebildete Fläche der Haupteintrittslinse des Suchkopfes dazu zu verwenden, dort in einer Ausnehmung optische Elemente und den zweiten Sensor anzubringen. Diese Anordnung des zweiten Sensors und seiner Optik in der nicht vom primären IR-Sensor erfassten Ausnehmung in dessen Strahlengang berücksichtigt besonders den knapp bemessenen Platz im IR-Suchkopf. In der DE 10 2007 053 730 A1 ist ein hierzu ähnliches Konzept beschrieben.
  • Es ist jedoch hierbei zu bedenken, dass der zweite Sensor durch auf ihn eintreffende Strahlung eine Verlustleistung produzieren kann, welche in seine Umgebung als Wärmestrahlung abgegeben wird. Diese Wärmestrahlung kann nun in den Strahlengang des primären IR-Sensors gelangen, und hierdurch dessen Auflösungsvermögen beeinträchtigen. Andererseits würde beispielsweise ein Abschirmen dieser Wärmestrahlung des zweiten Sensors aufgrund seiner Anordnung zentral im ihn umgebenden primären Strahlengang diesen Strahlengang des primären IR-Sensors beeinträchtigen und zu anderen optischen Fehlern führen.
  • Aus der US 4 085 910 A ist es bekannt, über eine ringförmige Linse Strahlung auf einen IR-Sensor und eine dem Innenbereich der ringförmigen Linse vorgelagerten Linse und einen teilweise im Innenbereich befindlichen Umlenkspiegel Strahlung auf ein Vidicon für den sichtbaren Spektralbereich zu führen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur möglichst hochauflösenden Zielerfassung für einen Lenkflugkörper anzugeben, welche zwei voneinander unabhängige Sensoren aufweist, die sich gegenseitig möglichst nicht beeinträchtigen sollen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderische Ausgestaltungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
  • Die Erfindung schlägt eine Vorrichtung zur Zielerfassung für einen Lenkflugkörper vor, welche eine erste Abbildungsoptik mit einer ersten Eintrittslinse und eine zweite Abbildungsoptik mit einer zweiten Eintrittslinse sowie einen ersten Sensor, und einen zweiten Sensor umfasst, wobei die erste Abbildungsoptik einen ersten Strahlengang auf den ersten Sensor führt, wobei die zweite Eintrittslinse in einer Ausnehmung in der ersten Eintrittslinse eingebracht ist, wobei der zweite Sensor außerhalb des ersten Strahlengangs angeordnet ist, und wobei die zweite Abbildungsoptik einen zweiten Strahlengang mittels wenigstens eines Spiegelmittels auf den zweiten Sensor führt.
  • Unter einer Eintrittslinse ist hierbei eine solche Linse zu verstehen, auf welche Strahlung, die von einem Ziel zur Vorrichtung hin reflektiert oder emittiert wurde, an der Vorrichtung zuerst auftrifft. Bevorzugt ist die Vorrichtung hierbei von einem Gehäuse umgeben, welches für die erste Eintrittslinse eine entsprechende Ausnehmung aufweist. In diesem Fall wird durch das Gehäuse, die erste Eintrittslinse und die zweite Eintrittslinse ein Innenraum der Vorrichtung, in welchem weitere Elemente der ersten Abbildungsoptik und der zweiten Abbildungsoptik sowie der erste Sensor und der zweite Sensor angeordnet sind, gegen die Umgebung abgeschirmt. Insbesondere kann die Vorrichtung zur besseren Beweglichkeit bei der Zielerfassung in einem Halterahmen, beispielsweise kardanisch, aufgehängt sein.
  • Unter einem Spiegelmittel ist hier ein optisches Element zu verstehen, welches zumindest in einer Teilfunktion dazu geeignet ist, den zweiten Strahlengang mittels einer wenigstens teilweisen Spiegelung in Richtung des zweiten Sensors zu führen, also beispielsweise ein Spiegel, eine plane Metallplatte oder ein Strahlteiler.
  • Die räumliche Begrenzung eines Strahlengangs sei hierbei jeweils gegeben durch die jeweils äußersten geometrischen Strahlenbündel, welche durch eine Eintrittslinse von der Abbildungsoptik noch auf einen Sensor geführt werden. Dementsprechend ist eine Anordnung des zweiten Sensors außerhalb des ersten Strahlenganges so zu verstehen, dass der zweite Sensor auch nicht in einem vom ersten Strahlengang umgebenen oder teilweise umgebenen Bereich liegt.
  • Der Erfindung liegen hierbei folgende Überlegungen zugrunde:
    Die Anordnung eines zweiten Sensors in einem vom ersten Strahlengang umgebenen Bereich bietet den Nachteil, dass als Wärmestrahlung abgegebene Verlustleistung des zweiten Sensors den ersten Strahlengang beeinflussen würde. Dieser Nachteil kann dadurch umgangen werden, dass der zweite Sensor vollständig außerhalb des ersten Strahlenganges angeordnet wird.
  • Andererseits sollte eine von der zweiten Abbildungsoptik auf den zweiten Sensor abgebildete Umgebungsszene möglichst mit der von der ersten Abbildungsoptik auf den ersten Sensor abgebildeten Umgebungsszene übereinstimmen. Da eine Vorrichtung zur Zielerfassung für einen Lenkflugkörper oftmals beweglich innerhalb des Lenkflugkörpers gelagert ist, um das Ziel auch gegen eine Bewegung des Lenkflugkörpers im Sichtfeld eines Sensors halten zu können, würde eine Anordnung des zweiten Sensors außerhalb der Vorrichtung zu einem steuerungstechnischen Mehraufwand führen.
  • Andererseits ist in einem Lenkflugkörper und dementsprechend auch in einer Vorrichtung zu seiner Zielerfassung der Bauraum üblicherweise sehr knapp bemessen, weswegen die Vorrichtung nicht ohne weiteres um einen zweiten Strahlengang, welcher gänzlich außerhalb des ersten Strahlenganges geführt wird, erweitert werden kann.
  • Demgegenüber wird nun vorgeschlagen, einerseits den zweiten Strahlengang über ein Spiegelmittel aus dem ersten Strahlengang abzuzweigen, und andererseits den zweiten Sensor vollständig außerhalb des ersten Strahlenganges, bevorzugt seitlich davon, anzuordnen. Somit wird der Anteil an Wärmestrahlung des zweiten Sensors, welche dieser infolge von Verlustleistung bei der Detektion abstrahlt, in den ersten Strahlengang, verglichen mit einer vom ersten Strahlengang umgebenen Anordnung des zweiten Sensors, Anordnung erheblich verringert. Das Sichtfeld des ersten Sensors innerhalb der Vorrichtung, also die Menge aller über den ersten Strahlengang erfassten bzw. abbildbaren Objekte, ist somit auf einer Temperatur, was sich positiv auf das thermische Auflösungsvermögen des ersten Sensors auswirkt. Überdies müssen für eine derartige Anordnung keine Signalkabel des Sensors durch den ersten Strahlengang geführt werden.
  • Insbesondere im in einer Vielzahl an Zielvorrichtungen auftretenden Fall, dass die erste Abbildungsoptik einen Ablenkspiegel aufweist, in welchen der erste Sensor integriert ist, kann die beschriebene Anordnung des zweiten Sensors so gestaltet werden, dass sie zu keiner zusätzlichen Vignettierung eines vom ersten Sensor generierten Bildsignals führt. Durch die Anordnung des ersten Sensors im Ablenkspiegel wird im beschriebenen Fall im ersten Strahlengang ein Ausnehmungsbereich gebildet, welcher nicht zum ersten Sensor geführt wird. In diesem Ausnehmungsbereich kann dann der zweite Strahlengang mittels des wenigstens einen Spiegelmittels, welches dann im ohnehin nicht vom ersten Sensor erfassbaren Bereich liegt, abgezweigt werden.
  • Für die Abzweigung des zweiten Strahlengangs wird eine Eintrittslinse in einer Ausnehmung der ersten Eintrittslinse vorgesehen, wodurch der zweite Strahlengang unabhängig vom ersten Strahlengang, insbesondere von der ersten Eintrittsline, fokussiert werden kann.
  • Erfindungsgemäß ist der zweite Strahlengang durch eine Blende auf den zweiten Sensor geführt ist. Die Blende ist außerhalb des ersten Strahlengangs, dabei besonders bevorzugt nahe an dessen Rand, angeordnet. Insbesondere ist die Größe der Blendenöffnung dabei auf die Strahlaufweitung des zweiten Strahlenganges an der Position der Blende abgestimmt, so dass der zweite Strahlengang die Blendenöffnung vollständig ohne Vignettierung, jedoch unter möglichst flächendeckender Ausleuchtung der Blendenöffnung passiert. Ist zur Führung des ersten Strahlenganges in der Vorrichtung hinter der ersten Eintrittslinse ein optischer Tubus, ggf. mit einer Öffnung für den zweiten Strahlengang, vorgesehen, so ist die Blende bevorzugt in den Tubus zu integrieren und/oder aus einem Material mit dem gleichen Emissionsgrad wie die dem ersten Strahlengang zugewandte Oberfläche des optischen Tubus zu fertigen.
  • Durch die Blende wird der erste Strahlengang vom zweiten Sensor abgeschirmt. Wärmestrahlung, welche vom zweiten Sensor durch Verlustleistung aus Strahlungsdetektion emittiert wird, kann somit möglichst weitgehend außerhalb des ersten Strahlenganges gehalten werden. Hierdurch kann erreicht werden, dass das Signal, welches der erste Sensor durch Detektion von Strahlung des ersten Strahlenganges generiert, nicht nennenswert durch die Präsenz bzw. den Betrieb des zweiten Sensors beeinträchtigt wird. Besonders wirksam ist hierfür die Blende in einer Position außerhalb des ersten Strahlenganges, um diesen nicht zu beeinflussen, jedoch möglichst nahe am Rand des ersten Strahlenganges, um einen möglichst weiten Raumwinkelbereich der Wärmestrahlung abschirmen zu können, welche vom welcher ggf. entfernter angeordneten zweiten Sensor emittiert wurde.
  • Weiterhin ist der zweite Sensor entsprechend der Erfindung wärmeleitend mit einer Wärmesenke verbunden. Bevorzugt ist dabei die Wärmesenke außerhalb des ersten Strahlengangs angeordnet. Unter einer wärmeleitenden Verbindung ist hierbei eine Verbindung zu verstehen, welche dazu eingerichtet und vorgesehen ist, einen nennenswerten Wärmeabfluss des mit der Wärmesenke verbundenen Objekts zu dieser hin zu erzielen. Unter einer Wärmesenke ist hierbei ein Objekt mit einer hinreichend großen Wärmekapazität verstanden, welches insbesondere die vom zweiten Sensor während der Flugdauer des Lenkflugkörpers über die wärmeleitende Verbindung abgegebene Wärmemenge ohne Abstrahlung aufzunehmen vermag. Dadurch, dass die Wärmesenke zusätzlich am zweiten Sensor durch Verlustleistung entstehende Wärme aufnimmt, wird die vom zweiten Sensor abgestrahlte Wärmeleistung auch und insbesondere in Richtung des ersten Strahlenganges weiter verringert, was sich positiv auf die Auflösung des ersten Wärmesensors auswirkt.
  • Günstigerweise ist hierbei der zweite Sensor in ein strahlungsabsorbierendes Gehäuse integriert, über welches der zweite Sensor wärmeleitend mit der Wärmesenke verbunden ist. Das strahlungsabsorbierende Gehäuse weist hierbei eine entsprechende Öffnung für den zweiten Strahlengang auf oder ist an entsprechender Stelle mit einem für den relevanten Spektralbereich transparenten Material versehen. Das strahlungsabsorbierende Gehäuse kann so Streustrahlung des zweiten Strahlenganges aufnehmen, welche nicht auf den zweiten Sensor gerichtet ist. Hierdurch kann verhindert werden, dass diese zurückreflektiert wird und dabei über den ersten Strahlengang zum ersten Sensor gelangen kann.
  • Erfindungsgemäß ist auch die Blende wärmeleitend mit der Wärmesenke verbunden. Die Blende kann im Betrieb der Vorrichtung Wärme aufnehmen, welche vom zweiten Sensor infolge von Verlustleistung abgestrahlt wird. Diese von der Blende aufgenommene Wärme kann dann an die Wärmesenke abgeführt werden, ohne dass die Blende die aufgenommene Wärme selbst als Wärmestrahlung in Richtung des ersten Strahlenganges abgibt.
  • Zweckmäßigerweise umfasst die Wärmesenke ein aktives Kühlelement. Unter einem aktiven Kühlelement ist hierbei eine Vorrichtung zu verstehen, welche unter der Aufnahme von Leistung, insbesondere elektrischer Leistung, durch einen thermodynamischen Prozess an einem Bereich der Vorrichtung einen Temperaturgradienten erzeugt, und damit die Umgebung dieses Bereiches zu kühlen vermag bzw. diesem Bereich zugeführte Wärme abzuführen vermag. Durch eine aktive Kühlung kann die Abstrahlung von Wärme durch den zweiten Sensor und/oder eine davor angeordnete Blende besonders wirksam unterbunden werden.
  • Als vorteilhaft erweist es sich hierbei, wenn der zweite Sensor wärmeleitend mit einem Temperatursensor verbunden ist, und die Temperatur des zweiten Sensors mittels des Temperatursensors und des aktiven Kühlelements regelbar ist. Die Regelung ist hierbei beispielsweise durch eine Steuereinheit durchzuführen, welche ein Signal des Temperatursensors empfängt und das aktive Kühlelement ansteuert. Hierdurch kann nicht nur die Abstrahlung von Wärme unterbunden werden, sondern der zweite Sensor auch auf einer besonderen, für seinen Betrieb vorteilhaften Temperatur gehalten werden. Dies kann insbesondere dann günstig sein, wenn der zweite Sensor als ein IR-Sensor ausgebildet ist, bzw. wenn die Detektion im zweiten Sensor über ein Halbleitermaterial erfolgt, dessen Strahlungskonversion temperaturabhängig ist.
  • Entsprechend der Erfindung ist das wenigstens eine Spiegelmittel der zweiten Ablenkoptik gegen den ersten Strahlengang durch eine Kapsel abgeschirmt. Die Kapsel weist dabei entsprechende Öffnungen für den zweiten Strahlengang auf oder ist im Bereich des zweiten Strahlengangs mit einem für den relevanten Spektralbereich transparenten Material versehen. Die Kapsel kann den ersten Strahlengang gegen Strahlung des zweiten Strahlenganges abschirmen, welche am wenigstens einen Spiegelmittel in unerwünschter Weise gestreut wird.
  • Gemäß der Erfindung ist der erste Sensor als ein Infrarot-Sensor ausgebildet. Die Zielerfassung für einen Lenkflugkörper mittels eines IR-Sensors ist eine weit verbreitete Technologie. Insbesondere hier kann eine entsprechende Vorrichtung zur Zielerfassung mit einem zweiten Sensor wie vorbeschrieben nachgerüstet werden, um die Zielerfassung verbessern sowie das Einsatzspektrum des Lenkflugkörpers erweitern.
  • Als weiter vorteilhaft erweist es sich, wenn die erste Abbildungsoptik einen ersten Ablenkspiegel aufweist, wobei der erste Sensor in den ersten Ablenkspiegel integriert ist, und wobei hierdurch im ersten Strahlengang ein Ausnehmungsbereich gebildet wird, welcher nicht auf den ersten Sensor geführt wird. Insbesondere kann hierbei der erste Sensor als ein IR-Sensor ausgebildet sein. Dies ist bei einer Vorrichtung zur Zielerfassung für einen Lenkflugkörper eine häufig verwendete Anordnung, welche wie vorbeschrieben mit einem zweiten Sensor nachgerüstet werden kann. Hierdurch wird die Zielerfassung verbessert sowie das Einsatzspektrum des Lenkflugkörpers erweitert.
  • Zweckmäßigerweise ist hierbei der zweite Strahlengang von der zweiten Eintrittslinse bis zum wenigstens einen Spiegelmittel in den Ausnehmungsbereich des ersten Strahlengangs integriert. Dadurch wird der vom ersten Sensor ohnehin optisch nicht auflösbare Bereich, welcher dem Ausnehmungsbereich entspricht, dazu genützt, den Strahlengang für den zweiten Sensor zu integrieren, wodurch eine kompakte Bauweise ermöglicht wird.
  • Bevorzugt bilden die zweite Abbildungsoptik und der zweite Sensor eine unabhängig von der ersten Abbildungsoptik bzw. vom ersten Sensor justierbare Baueinheit. Dies ermöglicht es, auch ein bestehendes System zur Zielerfassung ohne unverhältnismäßigen Aufwand mit dem zweiten Sensor nachzurüsten, da hierfür nur die erste Eintrittslinse ausgetauscht werden und durch eine mit der zweiten Abbildungsoptik kompatible Eintrittslinse ersetzt werden muss, und die gesamte Baueinheit aus zweiter Abbildungsoptik und zweitem Sensor dann einfach eingesetzt und justiert werden kann.
  • Vorteilhafterweise ist der zweite Sensor als ein halb-aktiver Laser-Sensor ausgebildet. Unter einem halb-aktiven Laser-Sensor ist hierbei ein solcher Sensor zu verstehen, welcher Laserstrahlung registriert, die von einem im Lenkflugkörper integrierten Laser zum Ziel emittiert und an diesem reflektiert wird. Insbesondere weist der Spektralbereich des zweiten Sensors mit dem Spektralbereich des ersten Sensors keinen nennenswerten Überlapp auf. Ein halb-aktiver Laser-Sensor erlaubt ein hohes Auflösungsvermögen, wenn die von der abzubildenden Umgebungsszene emittierte Strahlung sehr schwach ist und insbesondere ein ungünstiges Signal-zu-Rauschen-Verhältnis aufweist. In diesem Fall braucht die Detektion des zweiten Sensors sich nicht auf die von der Umgebungsszene selbst emittierte Strahlung zu beschränken, sondern kann die Strahlungsleistung aktiv erhöhen, was die Auflösung verbessert.
  • Alternativ dazu kann der der zweite Sensor auch als ein abbildender Strahlungssensor, beispielsweise als ein CCD- oder ein CMOS-Chip, ausgebildet sein, welcher ein Kamerabild von einer durch die zweite Abbildungsoptik auf den Sensor abgebildeten Umgebungsszene aufzeichnet. Insbesondere ist dabei möglich, dass der Spektralbereich des zweiten Sensors mit dem Spektralbereich des ersten Sensors keinen nennenswerten Überlapp aufweist. Ein abbildender Strahlungssensor weist einen besonders einfachen Bildverarbeitungsprozess auf.
  • Die Erfindung nennt des Weiteren einen Lenkflugkörper mit einer Vorrichtung zur Zielerfassung der vorbeschriebenen Art. Die für die Vorrichtung und ihre Weiterbildung angegebenen Vorteile können dabei sinngemäß auf den Lenkflugkörper übertragen werden.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt schematisch:
    • Fig. 1
    eine Vorrichtung zur Zielerfassung, welche auf einem Lenkflugkörper angeordnet ist.
  • In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Zielerfassung für einen Lenkflugkörper 2 gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfasst dabei eine erste Abbildungsoptik 4, eine zweite Abbildungsoptik 6, einen ersten Sensor 8 und einen zweiten Sensor 10. Der erste Sensor 8 ist dabei als ein IR-Sensor ausgebildet, der zweite Sensor 10 als ein CCD-Kamerachip. Der erste Sensor 8 und der zweite Sensor 10 weisen jeweils eine Signalverbindung zu einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Auswerteelektronik auf. Die erste Abbildungsoptik 4 umfasst eine erste Eintrittslinse 12, einen ersten Ablenkspiegel 14, ein Umlenkelement 16 sowie zwei direkt vor dem ersten Sensor 8 angeordnete Fokussierlinsen 18, wobei der erste Sensor 8 in den ersten Ablenkspiegel 14 integriert ist, und ihm das Umlenkelement 16 gegenüberliegt. Die zweite Abbildungsoptik 6 weist eine zweite Eintrittslinse 20 und ein Spiegelelement 22 auf, welches als ein zweiter Ablenkspiegel 24 ausgebildet ist. Die zweite Eintrittslinse 20 ist dabei in einer Ausnehmung 25 der ersten Eintrittslinse 14 angeordnet.
  • Eine Umgebungsszene wird von der ersten Eintrittslinse 12 über einen ersten Strahlengang 26 mittels der ersten Abbildungsoptik 4 zum ersten Sensor 8 geführt und dort erfasst. Ebenso wird die Umgebungsszene von der zweiten Eintrittslinse 20 über einen zweiten Strahlengang 28 mittels der zweiten Abbildungsoptik 6 zum zweiten Sensor 10 geführt und dort erfasst. Der zweite Strahlengang 28 ist dabei von der zweiten Eintrittslinse 20 bis zum zweiten Ablenkspiegel 24 von einer Kapsel 30 umgeben, welche den zweiten Strahlengang 28 gegen den ersten Strahlengang 26 abschirmt. Die zweiten Abbildungsoptik 6 ist dabei im ersten Strahlengang 26 im Ausnehmungsbereich 32 des ersten Strahlengangs 26 angeordnet, welcher aufgrund der Integration des ersten Sensors 8 in den ersten Ablenkspiegel 14 nicht vom ersten Sensor 8 erfasst wird.
  • Der zweite Sensor 10 ist durch eine Blende 34, durch welche der zweite Strahlengang 28 auf den zweiten Sensor 10 geführt wird, gegen den ersten Strahlengang 26 abgeschirmt. Die Blende 34 ist auf einem Gehäuse 36 angeordnet, welches auch den zweiten Sensor 10 umgibt. An seiner Unterseite sitzt der zweite Sensor 10 auf einer wärmeleitenden Platte 38, welche mit einer großen Kontaktfläche an eine Wärmesenke 40 angebracht ist. Die Platte 38 ist wärmeleitend mit einem Temperatursensor 42 verbunden. Über die Platte 38 und das Gehäuse 36 ist die Blende 34 wärmeleitend mit der Wärmesenke 40 verbunden. Die Wärmesenke 40 ist hierbei ausgebildet als ein Metallkorpus 43, welcher mit einem aktiven Kühlelement 44 verbunden ist.
  • Detektiert nun im Betrieb der Vorrichtung 1 zur Zielerfassung der zweite Sensor 10 Strahlung, so entsteht dabei Verlustleistung. Diese wird als Wärmestrahlung an seine Umgebung abgegeben, und würde somit über die erste Abbildungsoptik 4, insbesondere über den ersten Ablenkspiegel 14, auch zum ersten Sensor 8 gelangen und dort das aufgezeichnete Signal beeinflussen. Um dies möglichst weit zu unterbinden, ist der zweite Sensor 10 durch die Blende 34 gegen den ersten Strahlengang 26 abgeschirmt. Des Weiteren wird die am zweiten Sensor 10 entstehenden Wärme kontrolliert über die Platte 38 an die Wärmesenke 40 abgeführt. Hierzu wird vom über die Platte 38 wärmeleitend mit dem zweiten Sensor 10 verbundenen Temperatursensor 42 die Temperatur gemessen, und die Wärmesenke 40 über das aktive Kühlelement 44 auf eine dem Bedarf an Wärmeaufnahme entsprechende Temperatur geregelt.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch dieses Ausführungsbeispiel eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung zur Zielerfassung
    2
    Lenkflugkörper
    4
    erste Abbildungsoptik
    6
    zweite Abbildungsoptik
    8
    erster Sensor
    10
    zweiter Sensor
    12
    erste Eintrittslinse
    14
    erster Ablenkspiegel
    16
    Umlenkelement
    18
    Fokussierlinse
    20
    zweite Eintrittslinse
    22
    Spiegelelement
    24
    zweiter Ablenkspiegel
    25
    Ausnehmung
    26
    erster Strahlengang
    28
    zweiter Strahlengang
    30
    Kapsel
    32
    Ausnehmungsbereich
    34
    Blende
    36
    Gehäuse
    38
    wärmeleitende Platte
    40
    Wärmesenke
    42
    Temperatursensor
    44
    aktives Kühlelement

Claims (10)

  1. Vorrichtung (1) zur Zielerfassung für einen Lenkflugkörper (2), umfassend eine erste Abbildungsoptik (4), welche eine erste Eintrittslinse (12) aufweist, eine zweite Abbildungsoptik (6), welche eine zweite Eintrittslinse (20) aufweist, einen ersten Sensor (8), einen zweiten Sensor (10), eine Wärmesenke (40), wenigstens ein Spiegelmittel (22), eine Kapsel (30) und eine Blende (34), wobei
    a) der erste Sensor (8) als Infrarot-Sensor ausgebildet ist,
    b) der zweite Sensor (10) wärmeleitend mit der Wärmesenke (40) verbunden ist,
    c) die erste Abbildungsoptik (4) einen ersten Strahlengang (26) auf den ersten Sensor (8) führt,
    d) die zweite Eintrittslinse (20) in einer Ausnehmung (25) in der ersten Eintrittslinse (12) eingebracht ist,
    e) der zweite Sensor (10) außerhalb des ersten Strahlengangs (26) angeordnet ist,
    f) die zweite Abbildungsoptik (6) einen zweiten Strahlengang (28) mittels des wenigstens einen Spiegelmittels (22) auf den zweiten Sensor (10) führt, wobei das wenigstens eine Spiegelmittel (22) gegen den ersten Strahlengang durch die Kapsel (30) abgeschirmt ist, und
    g) der zweite Strahlengang (28) durch die Blende (34) auf den zweiten Sensor (10) geführt ist, wobei die Blende (34) außerhalb des ersten Strahlengangs (26) angebracht und wärmeleitend mit der Wärmesenke (40) verbunden ist.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1,
    wobei die Vorrichtung (1) ein Strahlungsabsorbierendes Gehäuse (36) umfasst, und
    wobei der zweite Sensor (10) in das strahlungsabsorbierende Gehäuse (36) integriert ist, über welches der zweite Sensor (10) wärmeleitend mit der Wärmesenke (40) verbunden ist.
  3. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    wobei die Wärmesenke (40) ein aktives Kühlelement (44) umfasst.
  4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3,
    wobei die Vorrichtung (1) einen Temperatursensor (42) umfasst,
    wobei der zweite Sensor (10) wärmeleitend mit dem Temperatursensor (42) verbunden ist, und
    wobei die Temperatur des zweiten Sensors (10) mittels des Temperatursensors (42) und des aktiven Kühlelements (44) regelbar ist.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die erste Abbildungsoptik (4) einen ersten Ablenkspiegel (14) aufweist,
    wobei der erste Sensor (8) in den ersten Ablenkspiegel (14) integriert ist, und
    wobei hierdurch im ersten Strahlengang (26) ein Ausnehmungsbereich (32) gebildet wird, welcher nicht auf den ersten Sensor (8) geführt wird.
  6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5,
    wobei der zweite Strahlengang (28) von der zweiten Eintrittslinse (20) bis zum wenigstens einen Spiegelmittel (22) in den Ausnehmungsbereich (32) des ersten Strahlengangs (26) integriert ist.
  7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die zweite Abbildungsoptik (6) und der zweite Sensor (10) eine unabhängig von der ersten Abbildungsoptik (4) und/oder vom ersten Sensor (8) justierbare Baueinheit bilden.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der zweite Sensor (10) als ein halb-aktiver Laser-Sensor ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    wobei der zweite Sensor (10) als ein abbildender Strahlungssensor ausgebildet ist.
  10. Lenkflugkörper (2) mit einer Vorrichtung (1) zur Zielerfassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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