ES2693787T3

ES2693787T3 - Dispositivo óptico

Info

Publication number: ES2693787T3
Application number: ES14000634.7T
Authority: ES
Inventors: Christoph Senft; Alfred Fendt; Jürgen Zoz
Original assignee: MBDA Deutschland GmbH
Current assignee: MBDA Deutschland GmbH
Priority date: 2013-03-02
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2034-02-24
Also published as: DE102013003660A1; EP2772719A1; US20140246536A1; IN2014MU00635A; US9194658B2; EP2772719B1

Abstract

Dispositivo óptico (1), en particular para una cabeza buscadora (2) de un misil, que comprende - al menos una fuente de luz (4), - al menos un dispositivo de detección (5), donde el dispositivo de detección (5) está establecido para detectar la luz emitida por la fuente de luz (4) y reflejada en el objeto, caracterizado por - al menos un sensor óptico (3) con varios píxeles, y - un sistema óptico (6), que presenta un divisor de haz dicroico (7), que está establecido para separar las radiaciones ópticas del entorno del dispositivo (1) hacia el sensor óptico (3) o el dispositivo de detección (5) a partir de una trayectoria de rayo común (8) e integrar la luz de la fuente de luz (4) en la trayectoria de rayo común (8), y que presenta un retrorreflector (16) a través del que se puede iluminar el sensor óptico (3) de la fuente de luz (4), - donde la fuente de luz (4) está establecida para iluminar un objeto mediante el sistema óptico (6), el cual se puede reproducir mediante el sistema óptico (6) al menos en una zona parcial de un píxel predefinido del sensor óptico (3).

Description

DESCRIPCION

Dispositivo optico

5 [0001] La presente invencion se refiere a un dispositivo optico, en particular para el uso en cabezas

buscadoras de misiles. Por el estado de la tecnica se conocen cabezas buscadoras pasivas por infrarrojos para misiles, que pueden reconocer por ejemplo cohetes u otros objetos objetivo a registrar. Estas firmas representan la distribucion de la intensidad de radiacion reflejada o emitida sobre la superficie objetivo. Posibilitan un reconocimiento de objetos objetivo mediante la cabeza buscadora y su localizacion burda en el espacio angular 10 bidimensional, pero solo proporcionan informaciones muy inexactas sobre el estado de movimiento, la distancia y la forma tridimensional de estos objetos objetivo.

[0002] En particular en el caso de objetivos dinamicos, mediante una medicion de alta resolucion temporal de su distancia al buscador y su movimiento relativo en los tres grados de libertada se podrla mejorar la exactitud de

15 impacto. Asimismo mediante el registro de la dimension de profundidad del objeto objetivo junto con la medicion de la velocidad angular de ubicacion se podrla favorecer la clasificacion y la discrimination de objetivo y falso objetivo.

[0003] Por el estado de la tecnica se conoce que las cabezas buscadoras pasivas, para conseguir las ventajas mencionadas anteriormente, se apoyan por sensores de radar. Los sensores de radar ayudan a mejorar

20 claramente las informaciones sobre los objetos objetivo. No obstante, los sensores de radar solo se pueden integrar con dificultades en una cabeza buscadora debido a su tamano y su arquitectura y por ello se proporcionan, por ejemplo, con frecuencia como sensores externos independientemente de la cabeza buscadora.

[0004] Por el documento DE 32 19 533 A1 se conoce un dispositivo optico segun el preambulo de la

25 reivindicacion 1. Ademas, por el documento US 2006/0231771 A1 se conoce un sistema LIDAR, con el que se

pueden registrar los objetivos aereos. Finalmente el documento DE 29 08 231 A1 da a conocer un procedimiento de localizacion de objetivos, en el que un rayo laser sigue automaticamente el objetivo y sirve simultaneamente como senal de reconocimiento de amigo - enemigo, rayo gula de misil y marcador de objetivo.

30 [0005] Ademas, el documento US 3 360 987 describe un sistema optico para la determination de la

frecuencia de vibration de un objeto alejado mediante emision de un rayo de luz coherente y aislamiento de una

senal que se basa en la modification de frecuencia originada por la reflexion en un cuerpo vibratorio.

[0006] El objetivo de la invencion es proporcionar un sistema optico con el que se puede hacer funcionar en 35 particular una cabeza buscadora, donde el sistema optico posibilita con fabrication y montaje economicos una

facilitation fiable y detallada de informaciones del objetivo.

[0007] El objetivo se consigue mediante las caracterlsticas de la reivindicacion 1. Esto comprende un dispositivo optico, que se puede aplicar en particular en una cabeza buscadora de un misil. El dispositivo sensor

40 comprende al menos un sensor optico con varios plxeles, al menos una fuente de luz, al menos un dispositivo de detection y un sistema optico. La fuente de luz esta establecida segun la invencion de manera que esta ilumina un objeto mediante el sistema optico. Para la iluminacion con la fuente de luz esta previsto que el objeto se pueda reproducir por el sistema optico al menos sobre una zona parcial de un pixel predefinido del sensor optico. De esta manera estan acoplados la fuente de luz y el sensor optico, lo que significa que en el dispositivo optico se conoce 45 desde el principio que pixel del sensor optico reproduce aquella zona del entorno que se puede iluminar por la fuente de luz. Esta armonizacion (axial) optica esta implementada preferiblemente mediante un retrorreflector, a traves del que la fuente de luz puede iluminar el sensor optico, con una longitud de onda adecuada. Si la zona a iluminar fuese menor de un pixel del sensor optico, entonces la fuente de luz esta establecida preferiblemente junto con el dispositivo de deteccion para determinar aquella parte del pixel que reproduce la zona, es decir, el angulo de 50 desviacion del objetivo con exactitud de subpixeles. El dispositivo de deteccion esta establecido para detectar la luz emitida por la fuente de luz y reflejada en el objeto. En particular el dispositivo de deteccion esta establecido para detectar la luz reflejada por el sistema optico. Preferiblemente esta previsto que mediante procedimientos de modulation apropiados, como por ejemplo de la frecuencia, de la polarization, de la fase o de la amplitud, sea posible una medicion muy exacta de la distancia y/o del perfil en rango. Ademas, el dispositivo optico posibilita 55 determinar mediante una evaluation Doppler la velocidad y/o el perfil de velocidad del objeto. Finalmente el dispositivo optico forma preferiblemente un componente muy compacto, que se puede insertar en una cabeza buscadora de un misil.

[0008] Adicionalmente, la invencion se refiere a un procedimiento para el funcionamiento de una cabeza

buscadora de un misil, donde la cabeza buscadora comprende al menos un sensor optico con varios plxeies, al menos una fuente de luz y al menos un dispositivo de deteccion. Ademas, la cabeza buscadora contiene un sistema optico, donde la fuente de luz esta establecida para iluminar un objeto mediante el sistema optico, y donde el objeto se puede reproducir mediante el sistema optico al menos sobre un pixel predefinido del sensor optico. Ademas, el 5 dispositivo de deteccion esta establecido para detectar la luz emitida por la fuente de luz y reflejada en el objeto. El procedimiento segun la invencion comprende las etapas siguientes: en primer lugar se detecta un objetivo mediante el sensor optico o preferiblemente mediante un sensor de infrarrojos y se emite una primera direccion en la que se situa el objetivo con respecto al misil. Esto ocurre en cuanto una distancia entre el objetivo y el misil queda por debajo de un primer valor predefinido. A continuacion se ilumina el objetivo mediante la fuente de luz, en cuanto la 10 distancia entre el objetivo y el misil queda por debajo de un segundo valor predefinido. La luz emitida por la fuente de luz y reflejada por el objetivo se detecta a continuacion por el dispositivo de deteccion. Finalmente, en particular mediante la medicion del tiempo de transito y/o un procedimiento de modulacion, se determina una distancia entre el objetivo y el misil y/o se determina una segunda direccion, en la que se situa el objetivo con respecto al misil, y/o en particular mediante el procedimiento Doppler, se determina una velocidad relativa entre el objetivo y el misil. A este 15 respecto, esta previsto preferiblemente que la primera direccion solo represente una direccion burda en la que se situa el objetivo con respecto al misil, mientras que la segunda direccion representa en particular una indicacion de direccion mas exacta que la primera direccion. As! el sensor optico puede reconocer preferiblemente donde se situa el objetivo con respecto al misil, mientras que mediante la fuente de luz y el dispositivo de deteccion se puede realizar una medicion exacta dentro de la direccion predeterminada por el sensor optico. Por ello, la segunda 20 direccion se puede determinar muy rapidamente, dado que la fuente de luz y el dispositivo de deteccion ya estan informados esencialmente sobre donde se debe situar el objetivo. De manera ventajosa, gracias a la iluminacion del objetivo mediante la fuente de luz y la deteccion de la luz reflejada estan a disposicion informaciones precisas sobre la velocidad relativa y/o la distancia y/o la diferencia entre objetivo y falso objetivo mediante los perfiles Doppler y/o perfiles en rango. Por consiguiente mediante el procedimiento segun la invencion se puede poner a disposicion de 25 un misil una pluralidad de informaciones, de modo que se posibilita una conduction exacta del misil al objetivo.

[0009] Las reivindicaciones dependientes tienen como contenido perfeccionamientos preferidos de la

invencion.

30 [0010] Preferiblemente esta previsto que la fuente de luz sea una fuente laser. De forma especialmente

preferible la fuente laser es una fuente laser de infrarrojos. Por ejemplo, la fuente laser puede emitir radiation coherente continua y/o coherente pulsada con potencia pico elevada. De esta manera se puede aumentar el alcance con el que el dispositivo de deteccion puede detectar la luz reflejada de la fuente de luz. Ademas, preferiblemente el dispositivo de deteccion puede determinar el tiempo de transito de los pulsos individuales, para realizar por 35 consiguiente mediciones de distancia. Mediante otros examenes de la luz reflejada de la fuente de luz, el dispositivo de deteccion puede proporcionar ademas preferiblemente los datos que son necesarios para la determination de la velocidad relativa del objeto respecto al dispositivo optico.

[0011] El dispositivo optico esta configurado ventajosamente de manera que el sistema optico presenta un 40 divisor de haz dicroico, que esta establecido para separar radiaciones opticas hacia el sensor optico o el dispositivo

de deteccion a partir de una trayectoria de rayo comun y/o esta establecido para integrar la luz de la fuente de luz en la trayectoria de rayo comun. Mediante el uso del sistema optico para la separation y/o integration de las radiaciones opticas es posible un modo constructivo compacto del dispositivo optico. Ademas, mediante el uso del divisor de haz es posible posibilitar en particular a varios componentes el mismo angulo de vision sobre el entorno. 45 Un control de esta armonizacion es posible preferiblemente mediante el retrorreflector descrito anteriormente.

[0012] Ventajosamente el sistema optico presenta una optica de lente y/o una optica de espejo. La optica de espejo presenta preferiblemente una distancia focal de 600 mm y presenta preferiblemente un diametro de 300 mm. Ademas, esta previsto preferiblemente que el telescopio de espejo proyecte la trayectoria de rayo comun descrita

50 anteriormente sobre el sistema optico.

[0013] En otra forma de realization ventajosa de la invencion, el dispositivo de deteccion esta conectado con un dispositivo de control. El dispositivo de control esta establecido preferiblemente para realizar una deteccion heterodina y/o especialmente preferiblemente tambien una homodina de la radiacion optica recibida. La deteccion

55 heterodina permite un alcance elevado, con el que la fuente de luz puede iluminar el objeto y con el que el dispositivo de deteccion puede detectar la luz emitida por la fuente de luz y reflejada por el objeto. Ademas, la deteccion heterodina permite ventajosamente la determinacion de informaciones de velocidad y/o informaciones de perfil del objeto. Para la realizacion de la deteccion heterodina se convierte la luz recibida por el dispositivo de deteccion en una senal electrica, que se le entrega preferiblemente al dispositivo de control.

[0014] Ademas, esta previsto preferiblemente que el dispositivo de detection presente uno o varios plxeies.

El uso de varios plxeies permite el diseno como sensor reproductor, de modo que el dispositivo de deteccion con cada pixel presente puede realizar una deteccion propia de la luz reflejada en el objeto. Por ello se puede diferenciar

5 dentro del rango de deteccion del dispositivo de deteccion entre intensidades de luz diferentes. Ademas, con los

plxeles se pueden medir preferiblemente velocidades y/o distancias y/o perfiles individuales. Alternativamente o adicionalmente el dispositivo de deteccion puede presentar al menos un divisor de luz, en particular una fibra de vidrio, de modo que es posible una disposicion espacial flexible del dispositivo de deteccion.

10 [0015] La invention se refiere ademas a una cabeza buscadora para un misil, que comprende un dispositivo

optico, segun se describe anteriormente. El dispositivo optico se puede construir ventajosamente muy compacto, por

lo que este es apropiado preferiblemente como parte de una cabeza buscadora. Ademas, mediante la fuente de luz y el dispositivo de deteccion esta presente junto al sensor optico otro dispositivo de medicion, con el que la cabeza buscadora puede conducir optimamente el misil.

15

[0016] Preferiblemente el procedimiento segun la invencion se realiza en tanto que el dispositivo de deteccion emite la luz detectada como primera senal, que se mezcla con una senal disenada como oscilador armonico predefinido. De esta manera se origina una senal intermedia, que se usa preferiblemente para determinar una amplitud y/o una frecuencia y/o una fase de la primera senal. La mezcla se realiza preferiblemente de forma optica,

20 de forma especialmente preferida con la luz de la fuente de luz. De esta manera se realiza una deteccion homodina. Alternativamente esta previsto de forma especialmente preferible que la mezcla se realice con otra fuente de luz. En este caso esta implementada una deteccion heterodina. La mezcla de la primera senal con la segunda senal permite debido a la mejor evaluabilidad de la senal intermedia, una evaluation muy exacta de la primera senal y por consiguiente un alcance muy elevado del dispositivo de deteccion. En particular cuando la primera senal es una 25 senal de alta frecuencia y por consiguiente diflcil de manejar tecnicamente, la mezcla con la segunda senal ofrece un modo ventajoso para determinar los parametros de la primera senal.

[0017] Preferiblemente el primer valor predeterminado es al menos de 600 km y/o el segundo valor predefinido es al menos de 35 km. Por consiguiente el sensor optico puede determinar ya muy temprano una

30 primera direction, mientras que la determination mas exacta de la segunda direction se puede realizar luego posteriormente mediante el dispositivo de deteccion y la fuente de luz cuando se ha reducido la distancia entre el misil y el objetivo.

[0018] La invencion se explica ahora aun mas mediante ejemplos de realization en referencia a los dibujos 35 adjuntos. A este respecto muestran:

Fig. 1 una estructura esquematica del dispositivo optico segun un ejemplo de realizacion de la invencion, y

Fig. 2 una representation esquematica de la deteccion heterodina, segun esta usa el dispositivo optico segun el 40 ejemplo de realizacion de la invencion.

[0019] La fig. 1 muestra un dispositivo optico 1, que puede ser en particular parte de una cabeza buscadora 2 de un misil. El dispositivo optico 1 comprende un telescopio de espejo 9, que concentra las radiaciones opticas 14 del entorno del objeto 1 y las transmite a un sistema optico 6 como una trayectoria de rayo comun 8. El sistema

45 optico 6 comprende varias lentas 60, as! como un divisor de haz dicroico 7 y esta establecido para dividir la trayectoria de rayo comun 8, a fin de conducirla hacia un sensor optico 3 y un dispositivo de deteccion 5. El sensor optico 3 es en particular un sensor de infrarrojos con varios plxeles, que puede reconocer un objetivo mediante su firma optica. Esta firma representa en particular la distribucion de la intensidad de radiation reflejada o emitida sobre la superficie objetivo.

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[0020] Ademas, mediante el divisor de haz dicroico 7 del sistema optico 6 es posible que una fuente de luz 4 introduzca la luz en la trayectoria de rayo comun 8, mientras que para el dispositivo de deteccion 5 es posible detectar la luz de la fuente de luz 4 reflejada por el objetivo dentro de la trayectoria de rayo comun 8. Por ello con el dispositivo optico 1 segun la invencion es posible usar conjuntamente tanto el sensor optico 3, como tambien la

55 fuente de luz 4 y el dispositivo de deteccion 5, dado que estos siempre usan una trayectoria de rayo comun 8. Ademas, es posible vincular entre si el sensor optico 3 y la fuente de luz 4, de manera que a la fuente de luz 4 se le puede asignar un pixel del sensor optico 3, de modo que la fuente de luz 4 ilumina exactamente la zona del objetivo, que se reproduce sobre el pixel asignado. La asignacion se realiza a traves de un retrorreflector 16, que a traves del divisor de haz dicroico 7 refleja la luz de la fuente de luz 4 con una longitud de onda apropiada sobre el pixel

asignado del sensor optico 4. As! es posible una armonizacion optica. La armonizacion optica de la fuente de luz 4 y sensor optico 3 tambien puede estar realizada preferiblemente a traves de fuentes de luz adicionales, que emiten en particular luz que se diferencia de la longitud de onda de la luz de la fuente de luz. Si el objetivo a iluminar fuese menor de un pixel del sensor optico 3, as! la fuente de luz 4 esta establecida junto con el dispositivo de deteccion 5 5 para determinar aquella parte del pixel que reproduce el objetivo.

[0021] El sensor optico 3, la fuente de luz 4 y el dispositivo de deteccion 5 estan conectados con un dispositivo de control 10, que realiza una deteccion heterodina. La deteccion heterodina esta representada esquematicamente en la fig. 2. La luz que detectar por el dispositivo de deteccion 5 esta representada como primera

10 senal 11, que se emite, se mezcla por un mezclador 15, preferiblemente por un fotodiodo, con una segunda senal 12, preferiblemente de la fuente de luz 4 o de una fuente de luz alternativa. La segunda senal 12 es preferiblemente un oscilador armonico predefinido. Asi se origina una senal intermedia 13, que se puede procesar por el dispositivo de control 10. Dado que la segunda senal 12 presenta parametros conocidos como oscilador armonico, a partir de la senal intermedia 13 se puede inferior de forma muy sencilla acerca de los parametros de la primera senal 11. De 15 esta manera es posible un examen muy exacto de la primera senal 11 y por consiguiente de la luz reflejada. Asi se puede conseguir una exactitud muy elevada del dispositivo de deteccion 5.

[0022] Por ejemplo, la cabeza buscadora 2 puede estar colocada en un misil antibalistico exoatmosferico. El telescopio de espejo 9 puede presentar en particular una distancia focal de aprox. 600 mm y un diametro de 300

20 mm, donde este enfoca la emision de luz en el rango infrarrojo del objetivo desde una distancia en particular de 600 km. Por consiguiente el sensor optico 3 ya puede registrar el objetivo desde esta distancia. Por consiguiente es posible un guiado del misil antibalisitico al objetico, si bien este todavia es muy inexacto. Desde una distancia de en particular 35 km es posible iluminar el objetivo mediante la fuente de luz a traves del telescopio de espejo 9. Gracias a la deteccion heterodina de la luz recibida por el dispositivo de deteccion 5, que se ha reflejado en el objetivo 25 partiendo de la fuente de luz 4, ahora es posible conseguir informaciones precisas adicionales sobre la velocidad y/o distancia del objetivo. Por consiguiente se puede mejorar claramente el guiado de vuelo del misil antibalistico mediante la cabeza buscadora 2.

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Lista de referencias

[0023]

1: Dispositivo optico

2: Cabeza buscadora

3: Sensor optico

4: Fuente de luz

5: Dispositivo de deteccion

6: Sistema optico

60: Lente

7: Divisor de haz dicroico

8: Trayectoria de rayo comun

9: Telescopio de espejo

10: Dispositivo de control

11: Primera senal

12: Segunda senal

13: Senal intermedia

14: Radiacion optica

15: Mezclador

16: Retrorreflector

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo optico (1), en particular para una cabeza buscadora (2) de un misil, que comprende 5 - al menos una fuente de luz (4),

- al menos un dispositivo de deteccion (5), donde el dispositivo de detection (5) esta establecido para detectar la luz emitida por la fuente de luz (4) y reflejada en el objeto,

caracterizado por

10

- al menos un sensor optico (3) con varios plxeles, y

- un sistema optico (6), que presenta un divisor de haz dicroico (7), que esta establecido para separar las radiaciones opticas del entorno del dispositivo (1) hacia el sensor optico (3) o el dispositivo de deteccion (5) a parti r de una trayectoria de rayo comun (8) e integrar la luz de la fuente de luz (4) en la trayectoria de rayo comun (8), y

15 que presenta un retrorreflector (16) a traves del que se puede iluminar el sensor optico (3) de la fuente de luz (4),

- donde la fuente de luz (4) esta establecida para iluminar un objeto mediante el sistema optico (6), el cual se puede reproducir mediante el sistema optico (6) al menos en una zona parcial de un pixel predefinido del sensor optico (3).
2. Dispositivo optico segun la revindication 1, caracterizado porque la fuente de luz (4) es una fuente 20 laser, preferiblemente una fuente laser de infrarrojos.
3. Dispositivo optico segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema optico (6) presenta una optica de lente y/o un telescopico de espejo (9).

25 4. Dispositivo optico segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo

de deteccion (5) esta conectado con un dispositivo de control (10), donde el dispositivo de control esta establecido para realizar una deteccion heterodina y/o una deteccion homodina de la radiation optica recibida.
5. Dispositivo optico segun una de las reivindicaciones anteriores, donde el dispositivo de deteccion (5) 30 presenta uno o varios plxeles y/o al menos una fibra optica.
6. Cabeza buscadora (2) para un misil, que comprende un dispositivo optico (1) segun una de las reivindicaciones anteriores.

35 7. Procedimiento para el funcionamiento de una cabeza buscadora (2) de un misil, donde la cabeza

buscadora (2) comprene

- al menos una fuente de luz (4),

- al menos un dispositivo de deteccion (5), que esta establecido para detectar la luz emitida por la fuente de luz (4) y 40 reflejada en el objeto,

- al menos un sensor optico (3) con varios plxeles, y un sistema optico (6), que presenta un divisor de haz dicroico (7), que esta establecido para separar las radiaciones opticas del entorno de la cabeza buscadora (2) hacia el sensor optico (3) o el dispositivo de deteccion (5) a partir de una trayectoria de rayo comun (8) e integrar la luz de la fuente de luz (4) en la trayectoria de rayo comun (8), y que presenta un retrorreflector (16) a traves del que se puede

45 iluminar el sensor optico (3) de la fuente de luz (4),

- donde la fuente de luz (4) esta establecida para iluminar un objeto mediante el sistema optico (6), el cual se puede reproducir mediante el sistema optico (6) al menos en una zona parcial de un pixel predefinido del sensor optico (3), caracterizado por las siguientes etapas:

- registro de un objetivo mediante el sensor optico (3) y emision de una primera direction en la que se situa el 50 objetivo respecto al misil, en cuanto la distancia entre el objetivo y el misil queda por debajo de un primer valor

predefinido,

- iluminacion del objetivo mediante la fuente de luz (4), en cuanto la distancia entre el objetivo y el misil queda por debajo de un segundo valor predefinido, y

- deteccion de la luz emitida por la fuente de luz (4) y reflejada por el objetivo mediante el dispositivo de deteccion (5) 55 y determination al menos de una de las magnitudes siguientes:

◦ una distancia entre el objetivo y el misil;

◦ una segunda direccion en la que se situa el objetivo con respecto al misil;

◦ una velocidad relativa entre el objetivo y el misil.
8. Procedimiento segun la reivindicacion 7, caracterizado porque la determinacion de la distancia se

realiza mediante modulacion y/o medicion del tiempo de transito.

5 9. Procedimiento segun la reivindicacion 7 u 8, caracterizado porque la determinacion de la velocidad

se realiza mediante procedimiento Doppler.
10. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque la luz detectada por el dispositivo de deteccion se considera como primera senal (11), que se mezcla, preferiblemente de forma optica, con

10 una segunda senal (12) disenada como oscilador armonico predefinido, de modo que se origina una senal intermedia (13), donde a partir de la senal intermedia (13) se determina una amplitud y/o una frecuencia y/o una fase de la primera senal (11).
11. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque el primer valor 15 predefinido es al menos de 600 kilometros y/o el segundo valor predefinido es al menos de 35 kilometros.