ES2334859T5 - Cabeza buscadora para un artefacto volador iluminador de blanco - Google Patents
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Abstract
Cabeza buscadora de modo dual para un artefacto volador buscador de blanco, que presenta un detector de láser (20) que recibe los rayos láser reflejados por un blanco marcado por medio de impulsos de láser y un detector de IR (21) que recibe la radiación infrarroja emitida por el blanco, y que comprende también una electrónica de proceso de señales para la conversión de las señales suministradas por los detectores (21) en las señales de guía que controlan el artefacto volador guiado, caracterizada porque una óptica de infrarrojos (12) y una óptica de láser (14) que reacciona a los impulsos de láser están dispuestas concéntricamente una dentro de otra y forman una óptica de entrada común (10) para el canal de láser y el canal de infrarrojos de la electrónica de proceso de señales, estando dispuestos los detectores (20, 21) con respecto a la óptica de entrada (10) de tal manera que los rayos láser incidentes chocan directamente con el detector de láser (20) y los rayos IR chocan directamente con el detector de IR (21) después de una deflexión por medio de un espejo deflector (18).
Description
Cabeza buscadora para un artefacto volador iluminador de blanco
La invención concierne a una cabeza buscadora para artefactos voladores de adquisición y seguimiento de un blanco marcado por medio de impulsos de láser con una frecuencia de repetición de impulsos predeterminada, que comprende un sensor de láser que reacciona a los impulsos de láser reflejados desde el blanco y un sensor de infrarrojos (IR) formador de imagen que reacciona a la radiación IR emitida por el objeto marcado y cuyas señales son convertidas por medio de una electrónica de proceso de señales asociada en señales de guía que controlan la fase de aproximación al blanco del artefacto volador.
Se conocen múltiples de formas cabezas buscadoras de IR que forman imágenes y que perciben la radiación propia de los objetos actuantes como blanco. Estas cabezas requieren un blanco marcado antes del despegue del artefacto volador en la imagen del cuerpo buscador; según el llamado procedimiento de captura antes de lanzamiento (lock-onbefore launch - LOBL), el blanco es rastreado por la cabeza buscadora y queda sujet al vuelo de aproximación de ésta. El campo de visión de la cabeza buscadora puede ser aquí pequeño y solamente el blanco a alcanzar tiene que encontrar sitio en el mismo. Son usuales para ello campos de visión del orden de magnitud de 1º; véase el documento DE 41 35 260 C1.
Sin embargo, con tales cabezas buscadoras se pueden combatir solamente blancos con los cuales existe un enlace visual al disparar el artefacto volador y los cuales tienen también desde la distancia correspondiente una signatura suficiente en la imagen de la cabeza buscadora. Cuando, fuera de un enlace visual directo, han de encontrarse de forma autónoma blancos terrestres con una cabeza buscadora de infrarrojos únicamente después del despegue - es decir, a continuación del llamado procedimiento de captura después de lanzamiento (lock-on-after launch - LOAL) -, hay que contar con una incertidumbre grande respecto de un impacto en el blanco. Para que, después de cierto trayecto de vuelo del artefacto volador, pueda esperarse en definitiva con alguna seguridad que el blanco esté dentro del campo de visión de la cabeza buscadora de infrarrojos, el campo de visión ha de ser grande, es decir, ha de ascender al menos a aproximadamente 10º. Sin embargo, como es natural, con un campo de visión grande el alcance de captura de la cabeza buscadora de IR es correspondiente más pequeño. En el caso de un tamaño de construcción prefijado, el alcance de la cabeza buscadora de IR es, para un tamaño diez veces mayor del campo de visión, aproximadamente diez veces más pequeño. Además, es inseguro que el blanco, aun cuando esté dentro del campo de visión, sea encontrado de forma autónoma por la cabeza buscadora y que sea el blanco correcto.
Para poner remedio a este inconveniente se utilizan cabezas buscadoras de mancha de láser para el procedimiento LOAL. A este fin, se tiene que iluminar el blanco con radiación de láser de frecuencia temporal determinada. La cabeza buscadora de mancha de láser busca esta mancha de láser determinada. Cuando no existen perturbadores, este procedimiento funciona de manera bastante fiable. Sin embargo, la desventaja decisiva consiste en que el blanco tiene que ser iluminado activamente, es decir que el contrario es avisado y, por tanto, son de esperar contramedidas. Todas las cabezas buscadoras de mancha de láser introducidas en la práctica trabajan en un dominio espectral en torno a 1,06 !m; sin embargo, podrían utilizarse aquí igualmente bien los dominios espectrales seguros para los ojos con una longitud de onda de 1,54 !m.
Según la patente US 6.111.241, se han propuesto las llamadas cabezas buscadoras de modo dual. Está previsto allí como detector un llamado fotodiodo PIN para la recepción de los rayos láser reflejados por un blanco marcado por medio de impulsos de láser con un frecuencia de repetición de impulsos predeterminada; para la recepción de la radiación IR emitida por el blanco marcado está prevista como detector una red de planos focales formadora de imágenes. La evaluación de las señales de estos detectores corre a cargo de una electrónica de procesos de señales que correlaciona estas señales de tal manera que solamente el respectivo último impulso de láser sea utilizado como señal marcadora de blanco proveniente de una zona del blanco determinada por la red con miras a la generación de señales de guía para dirigir el artefacto volador hacia la mancha de láser que marca al blanco.
El documento US-A-4 009 848 revela una cabeza buscadora de modo dual para un artefacto volador buscador de blanco con una óptica de entrada común para el canal de láser y para el canal de infrarrojos de la electrónica de procesos de señales.
El documento US-A-4 009 393 revela una cabeza buscadora de modo dual, en la que una óptica de ultravioleta y una óptica de infrarrojos están dispuestas concéntricamente una dentro de otra y forman una óptica de entrada común para el canal de ultravioleta y para el canal de infrarrojos.
Una cabeza buscadora de modo dual permite de manera ideal un funcionamiento pasivo en tanto exista un enlace visual con el blanco; por tanto, la cabeza buscadora de IR ha de tener un alcance lo más grande posible, el campo de visión puede ser pequeño y solamente para el caso sin enlace visual con el blanco se utiliza la cabeza buscadora de mancha de láser con aproximadamente 10º de campo de visión para la búsqueda autónoma del blanco, es decir, para la búsqueda autónoma de la mancha de láser. Una vez que se ha encontrado el blanco, la cabeza buscadora de infrarrojos se hace cargo de la búsqueda del blanco y se puede desconectar el iluminador de láser.
Como consecuencia de las estrechas limitaciones de los bastidores cardánicos en una cabeza buscadora, se tiene que utilizar para la cabeza buscadora de infrarrojos y para la cabeza buscadora de mancha de láser una óptica parcialmente común que ha de repartirse por medio de una división de rayo espectral en el canal de infrarrojos y en el canal de mancha de láser. Sin embargo, la utilización parcialmente común de la óptica da lugar a que haya que separar una parte de la óptica para 1,06 !m o 1,54 !m y una parte transparente para 8 a 12 !m o para 3 a 5 !m. Aparte de esta división del rayo, tienen que estar previstas ópticas de adaptación para el canal de infrarrojos y para el canal de láser. Los tamaños de los campos de visión para el canal de infrarrojos y para el canal de láser están estrechamente vinculados y ya no se pueden elegir libremente. Por tanto, a pesar del gran coste, tales ópticas de modo dual no se pueden adaptar a los requisitos referentes a un alcance grande para el canal de IR y un campo de visión grande para el canal de láser, de modo que no se pueden conseguir con un coste tolerable relaciones de visión de canal de infrarrojos a canal de láser de, por ejemplo, diez veces mayores, tal como es propiamente necesario.
Es aquí donde interviene ahora la invención, cuyo problema consiste en crear una nueva cabeza buscadora de modo dual que sea más adecuada que hasta ahora para su utilización en combinación con artefactos voladores buscadores de blanco.
Este problema se resuelve según la invención por medio de las características de la reivindicación 1.
Otras características de la invención se desprenden de las reivindicaciones subordinadas.
Por tanto, según la invención, en una cabeza buscadora de IR que trabaja en forma pasiva está dispuesta en el centro de su óptica de entrada la óptica de un sensor de láser necesaria para el reconocimiento del blanco marcado por medio de rayos láser. El sensor de láser está configurado de manera ventajosa como un detector de cuatro cuadrantes. Tales detectores tienen una longitud de arista de aproximadamente tres milímetros, de modo que con esta utilización se pueden conservar inalterados los componentes ópticos y mecánicos para el sensor de IR. Como en sí conocido, tales cabezas buscadoras de IR pasivas están montadas de forma cardánica alrededor de dos ejes y presentan un espejo accionado a motor con miras a la exploración por líneas del campo visual captado por la óptica de IR y reproducido sobre el detector de IR a través de un espejo de deflexión, o bien presentan una matriz de detectores de IR.
Debido a la configuración de la cabeza buscadora de modo dual según la invención se pueden elegir libremente, según las necesidades, los campos de visión de la óptica del canal de infrarrojos y de la óptica del canal de láser. Otra ventaja puede verse en que se pueden materializar también de forma sencilla el campo de visión para el canal de láser que asciende a aproximadamente 10º y el campo de visión para el canal de infrarrojos que asciende a aproximadamente 1º. Por tanto, se puede elegir grande el alcance para el canal de infrarrojos. En tanto se pueda ver un blanco, la cabeza buscadora de modo dual puede trabajar tan sólo de forma puramente pasiva con la cabeza buscadora de infrarrojos. Para el funcionamiento con mancha de láser se puede elegir grande el campo de visión de la cabeza buscadora demancha de láser a fin de que pueda encontrarse con seguridad un blanco iluminado. Únicamente cuando se apunta sin enlace visual al disparar el artefacto volador, la cabeza buscadora de mancha de láser tiene que buscar activamente durante breve tiempo la mancha de láser iluminadora del blanco. Cuando se ha encontrado el blanco, se puede conmutar nuevamente a la cabeza buscadora de infrarrojos puramente pasiva.
Otra ventaja puede verse en que la óptica de infrarrojos puede configurarse como una lente individual transparente actuante como una sencilla óptica de infrarrojos en el dominio espectral de 8 a 12 !m, de modo que se supriman lentes transparentes multiespectrales y ópticas de adaptación adicionales. Se aplica una consideración correspondiente para la óptica de mancha de láser, la cual puede configurarse también como una lente individual que trabaje en el dominio espectral en torno a 1,06 !m hasta 1,54 !m. Por último, la configuración de la nueva cabeza buscadora de modo dual según la invención hace posible de manera ventajosa un equipamiento posterior de cabezas buscadoras de infrarrojos existentes, ya que se pueden mantener inalterados los bastidores cardánicos allí existentes.
A continuación, se describe la invención ayudándose de un ejemplo de realización representado de manera más o menos esquemática en el dibujo.
Un artefacto volador buscador de blanco, no representado con detalle en el dibujo, lleva en su zona delantera una cabeza buscadora SK cuya óptica de entrada 10 comprende una lente 12 asociada a un canal de IR de la electrónica de proceso de señales no representada y una lente 14 dispuesta concéntrica y coaxialmente a la anterior y asociada al canal de láser de la electrónica de proceso de señales, y está cubierta por un domo 15 permeable a los rayos e incorporado en el cálculo de la óptica. Los rayos de IR que inciden a través de la óptica 10 - por ejemplo emitidos por un blanco iluminado aquí por un designador de láser - llega a un detector de infrarrojos 21 a través de un espejo deflector 18 de 45º y son explorados allí línea a línea de una manera en sí conocida; las señales que entonces se generan sirven, en cooperación con la electrónica de proceso de señales no representada, para generar las señales de guía para el artefacto volador que ha de ser dirigido al blanco.
En la zona de la sombra central de la lente 12 está dispuesta una lente adicional 14 para la recepción de los rayos láser reflejado por el blanco marcado por rayos láser, los cuales solicitan a un detector de láser 20 que está configurado como un detector de cuatro cuadrantes. Las señales de salida de este detector de láser son convertidas también en señales de guía para el artefacto volador por medio de la electrónica de proceso de señales de guía citada, no representada. Después de la adquisición del blanco por medio de los rayos láser reflejados (modo de mancha de sensor), la electrónica de proceso de señales de guía conmuta a la forma de guía pasiva por IR (modo de infrarrojos).
Según un ejemplo de realización preferido, la óptica 14 presenta para el canal de láser un diámetro de 30 mm y trabaja
5 en un dominio de ondas de 1 !m o 1,5 !m con un campo de visión de 5º a 10º. La óptica 12 para el canal de IR que trabaja en forma pasiva presenta un diámetro de aproximadamente 90 mm, y dado que entra en acción únicamente después de que se haya marcado el blanco, necesita un pequeño campo de visión de 1º a 2º y trabaja en un dominio espectral de aproximadamente 3 !m a 5 !m o de 8 !m a 12 !m. El domo 15 es de ZnS y, para una longitud de onda de 1 !m o 1,5 !m y de 8-12 !m o 3-5 !m, presenta una tasa de transmisión de > 70%.
10 Lista de símbolos de referencia SK Cabeza buscadora 10 Óptica de entrada 12 Óptica de infrarrojos 13 Espejo deflector
15 14 Óptica de láser 15 Domo 20 Detector de láser 21 Detector de IR
Claims (3)
- REIVINDICACIONES1. Cabeza buscadora de modo dual para un artefacto volador buscador de blanco, que presenta un detector de láser (20) que recibe los rayos láser reflejados por un blanco marcado por medio de impulsos de láser y un detector de IR (21) que recibe la radiación infrarroja emitida por el blanco, y que comprende también una electrónica de proceso de señales para 5 la conversión de las señales suministradas por los detectores (21) en las señales de guía que controlan el artefacto volador guiado, caracterizada porque una óptica de infrarrojos (12) diseñada y corregida para un dominio espectral de 3 μm a 5 μm o de 8 μm a 12 μm y una óptica de infrarrojos (14) que reacciona a los impulsos de láser y diseñada y corregida para un dominio espectral de 1,06 μm o de 1,54 μm, respectivamente, están configuradas cada una de ellas como unas lentes individuales transparentes diseñadas para magnitudes de campo de visión diferentes y están 10 dispuestas coaxial y concéntricamente una dentro de otra y forman una óptica de entrada común (10) para el canal de láser y el canal de infrarrojos de la electrónica de proceso de señales, estando dispuestos los detectores (20, 21) con respecto a la óptica de entrada (10) de tal manera que, prescindiendo de lentes transparentes multiespectrales y ópticas de adaptación adicionales, los rayos láser incidentes chocan con el detector de láser (20) y, prescindiendo de lentes transparentes multiespectrales y ópticas de adaptación adicionales, los rayos IR chocan con el detector IR15 (21) después de su deflexión por medio de un espejo deflector (18).
-
- 2.
- Cabeza buscadora según la reivindicación 1, caracterizada porque la óptica (14) asociada a la radiación de láser presenta un campo de visión del orden de magnitud de 5º a 10º y la óptica (12) asociada a la radiación IR presenta un campo de visión de 1º a 2º.
-
- 3.
- Cabeza buscadora según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque el domo (15) que cubre la óptica (10) de la
20 cabeza buscadora (SK) es de ZnS y, para una longitud de onda de 1 !m o 1,5 !m y de 8-12 !m o 3-5 !m, presenta una tasa de transmisión de > 70%.
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