NL8603106A

NL8603106A - METHOD FOR REALIZING A DAY-NIGHT DIRECTIVE HARMONIZATION FOR A PROJECTILE WITH A LASER-BEAM CONDUCTION

Info

Publication number: NL8603106A
Application number: NL8603106A
Authority: NL
Original assignee: Trt Telecom Radio Electr
Priority date: 1985-12-13
Filing date: 1986-12-05
Publication date: 1992-12-01
Also published as: DE3642548A1; FR2727755B1; FR2727755A1; GB8626181D0; GB2298052B; DE3642548C2; SE8604996D0; GB2298052A

Description

Titel: Werkwijze voor het totstandbrengen van een harmonisatie van een dag-nachtrichtstelsel voor een projectiel met geleiding door een laserbundelTitle: Method for establishing a harmonization of a day-night alignment system for a projectile guided by a laser beam

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het harmoniseren van een dag-nachtstelsel voor het afvuren van een projectiel met een dagbaan, omvattende een dagkijker met een reëel draadkruis, een geleidingszender op een laserbundel en een collimator/verschilmeter, waarbij de nachtkijker bovendien een thermische camera omvat, werkend in een voorafbepaalde spectrale band.The invention relates to a method for harmonizing a day-night system for firing a projectile with a day trajectory, comprising a day viewer with a real reticle, a guidance transmitter on a laser beam and a collimator / difference meter, the night viewer additionally having a thermal camera operating in a predetermined spectral band.

Een dergelijk stelsel is bestemd voor het uitgelijnd geleiden van een projectiel.Such a system is intended for the aligned guidance of a projectile.

De laserzender, aangebracht op de afvuurplaats, belicht een geleidingstunnel met vierkante doorsnede, gecentreerd op de richtlijn.The laser transmitter, placed at the firing site, illuminates a guide tunnel with a square section, centered on the guideline.

De uitvinding beoogt een permanente controle te verzekeren van de harmonisatie, voor en tijdens het afvuren van een projectiel, tussen de assen van de lasergeleidebundel, de dagrichtkijker en de thermische camera. De werkwijze maakt voorts een niet-vaste fixatie tussen de dagafvuurpost en de thermische camera en de onderlinge uitwisselbaarheid van het thermische camerastelsel zonder wijziging der harmonisatie.The object of the invention is to ensure a permanent control of the harmonization, before and during the firing of a projectile, between the axes of the laser guide beam, the aiming scope and the thermal camera. The method also makes a non-fixed fixation between the daytime fire station and the thermal camera and the interchangeability of the thermal camera system without any change in harmonization.

Dit doel wordt bereikt met de werkwijze volgens de uitvinding, die daardoor wordt gekenmerkt dat genoemde dagkijker en genoemde collimator/verschilmeter een compact en stevig mechanisch onderstelsel vormen, zodanig uitgevoerd, dat hun respectievelijke optische assen rigoureus onderling evenwijdig zijn en deze evenwijdigheid ook op de lange duur onder de heersende omgevingsomstandigheden behouden, waarbij de harmonisatie van genoemde geleidingszender permanent wordt verkregen door het uitzenden van een gedeelte van de daardoor uitgezonden flux op een verschilme-terontvanger door middel van successievelijke reflecties op twee scheidingsorganen, welke een compact onderstelsel vormen, geplaatst voor het objectief van de collimator en op een derde scheidingsorgaan na dit objectief, waarbij een besturingsmiddel op elk moment het door de verschilmeter gemeten verschil tot nul terugbrengt, en de harmonisatie van genoemde thermische camera op dezelfde wijze permanent wordt verkregen door het in het brandvlak daarvan door middel van een invariabel triëderonderstelsel vormen van het infrarood beeld van het draadkruis van de collimator zichtbaar gemaakt na elektronische verwerking op genoemd visualisatiescherm, waargenomen via het oculair van de dagkijker, welke harmonisaties onafhankelijk zijn van afwijkingen van de geleidezen-der, afwijkingen van de thermische camera, afwijking van de visualisatiekathodestraalbuis en de positie van de thermische camera.This object is achieved with the method according to the invention, characterized in that said day viewer and said collimator / difference meter form a compact and sturdy mechanical sub-frame, designed in such a way that their respective optical axes are rigorously parallel to each other and that this parallelism also extends over the long duration under the prevailing ambient conditions, the harmonization of said conduction transmitter being permanently achieved by transmitting a portion of the flux emitted thereby to a difference meter receiver by successive reflections on two separating members, which form a compact subsystem, arranged in front of the objective of the collimator and a third separator after this objective, in which a control means at any time reduces the difference measured by the difference meter to zero, and the harmonization of said thermal camera is similarly obtained permanently in the same way by its focal plane forming an infrared image of the collimator's reticle visualized by electronic processing on said visualization screen, viewed through the diaphragm eyepiece, by means of an invariable triad subsystem, which harmonizations are independent of deviations from the conductor, deviations of the thermal camera, deviation from the visualization cathode ray tube and the position of the thermal camera.

De nuvolgende beschrijving en de daarbij behorende figuur, gegeven bij wijze van voorbeeld, dienen ter toelichting van de uitvinding.The following description and the accompanying figure, given by way of example, serve to explain the invention.

De enkele figuur toont het principeschema van het dag-nachtafvuurstelsel voor een projectiel voor het uitvoeren van de harmonisatiewerkwijze volgens de uitvinding.The single figure shows the principle diagram of the day-night firing system for a projectile for carrying out the harmonization method according to the invention.

De dagafvuurpost vormt een geheel, bestaande uit de dagrichtkijker, een lasergeleidezender en een collimatorver-schilmeter.The daytime firing station forms a whole, consisting of the daytime viewer, a laser guide transmitter and a collimator difference meter.

De dagrichtkijker is een zichtkijker met een objectief 1, een reëel draadkruis 2 en een oculair 3. Het beeldcorrec-tiestelsel is niet getekend. Een scheidingsorgaan maakt het waarnemen mogelijk van een scherm 5 van een kathodestraal-buis, symmetrisch met het draadkruis 2. Het oog van de waarnemer bevindt zich ter plaatse 6.The day sight viewer is a viewer with a lens 1, a real reticle 2 and an eyepiece 3. The image correction system is not drawn. A separator allows the observation of a screen 5 of a cathode ray tube symmetrical to the crosshair 2. The eye of the observer is located at location 6.

De laserbundelgeleidezender omvat een objectief 7, hier gevormd door twee met 7 aangegeven lenzen, een bundelcodeer-stelsel 8, en een laser 9.The laser beam guide transmitter comprises an objective 7, here formed by two lenses indicated by 7, a beam coding system 8, and a laser 9.

De collimator-afwijkingsmeter omvat: voor de collimatorfunctie: een objectief 10, een reëel draadkruis 11 en een lichtbron 12.The collimator deviation meter includes: for the collimator function: a lens 10, a real crosshair 11 and a light source 12.

voor de afwijkingsmeter een objectief 10, een scheidingsorgaan 13, een afwijkingsmeetontvanger 14 en twee schelders 15 en 16, die onderling star zijn verbonden tot een niet-vervormbaar geheel. Een van deze lamellen kan een recht diëder zijn, zodanig dat het stelsel 15-16 een niet-variabel triëder is.for the deviation meter, an objective 10, a separating member 13, a deviation measuring receiver 14 and two scales 15 and 16, which are rigidly interconnected into a non-deformable whole. One of these vanes may be a straight dihedron such that the 15-16 array is a non-variable triad.

De richtkijker en de collimator vormen een mechanisch compact en stijf onderstelsel, zodanig uitgevoerd, dat de optische assen, bepaald door het optisch midden van het objectief 1 en het kruispunt van de draadkruis 2, het optisch midden van het objectief 10 en het kruispunt van het draadkruis 11, goed evenwijdig zijn en deze parallelliteit ook op langere termijn onder de optredende omgevingsomstandigheden bewaren. Deze stabiliteit is gemakkelijk te bereiken, omdat het geheel compact is en de optische delen kleine afmetingen hebben.The rifle scope and collimator form a mechanically compact and rigid underframe, such that the optical axes defined by the optical center of the objective 1 and the intersection of the reticle 2, the optical center of the objective 10 and the intersection of the crosshairs 11, be parallel and keep this parallelism in the long term under the ambient conditions. This stability is easy to achieve, because it is completely compact and the optical parts are small in size.

De thermische camera omvat een infrarood objectief 17, waarvan het brandvlak ligt op 18. De detectoren en het analysestelsel zijn niet in de figuur aangegeven. Het objectief 17 wordt vooraf gegaan door een onveranderbaar optisch element, gevormd uit een dichroïsche lamel 19, vast verbonden met een recht diëder 20. Een lamel 21 met parallelle oppervlakken dient als afsluitvenster en optisch filter.The thermal camera comprises an infrared objective 17, the focal plane of which is at 18. The detectors and the analysis system are not shown in the figure. The objective 17 is preceded by an immutable optical element formed from a dichroic slat 19 fixedly connected to a straight diaper 20. A slat 21 with parallel surfaces serves as a closing window and optical filter.

Het principe der harmonisatie berust op de stabiliteit op lange termijn van de volgende onderstelsels: richtkijker/ collimator/afwijkingsmeter, invariabel stelsel 15 + 16 en invariabel stelsel 19 + 20.The principle of harmonization is based on the long-term stability of the following systems: rifle scope / collimator / deviation meter, invariable system 15 + 16 and invariable system 19 + 20.

De geleiding met de laserbundel geschiedt bijvoorbeeld met een golflengte λ = 10,6.The guidance with the laser beam takes place, for example, with a wavelength λ = 10.6.

Een klein gedeelte van de uitgezonden straling wordt naar de afwijkingsmeter 14 gezonden door reflectie op de parallelle lamel 16. Een koppeling, bijvoorbeeld inwerkend op het codeerstelsel 8 (of op een niet-getekend optisch afbuigelement) brengt op elk moment de door de afwijkingsmeter 14 gemeten afwijking terug naar nul.A small part of the emitted radiation is sent to the deviation meter 14 by reflection on the parallel slat 16. A coupling, for example acting on the coding system 8 (or on an optical plating element (not shown), brings the measured by the deviation meter 14 at any time deviation back to zero.

Het objectief 7 van de geleidezender is bij voorkeur een lens met variabel brandpunt met zeer grote brandpuntver-houdingen, waarin de groepen lenzen tijdens het afvuren beweegbaar zijn. De controle op elk moment van de geleideas en het volgen van de richting van deze as maakt het mogelijk de mechanische toleranties van deze zoemlens te vergroten.The objective 7 of the guide transmitter is preferably a variable focal lens with very large focal ratios, in which the groups of lenses are movable during firing. Checking the guide shaft at any time and following the direction of this shaft makes it possible to increase the mechanical tolerances of this buzzing lens.

De as van de thermische camera is de as, bepaald door de collimator 10 + 11, die het beeld van het draadkruis 11 projecteert in het brandvlak 15 van de thermische camera door het niet variabel triëder 19 + 20. Het beeld, geleverd door de thermische camera na elektronische verwerking, wordt zichtbaar gemaakt op het scherm 5 van een kathodestraalbuis. Het draadkruis dat op dit scherm verschijnt, is dus het beeld van het draadkruis 11. Het definieert perfect de richtlijn van de camera, onafhankelijk van alle mechanische, elektrische, magnetische afwijkingen van het earnerastelsel, zelfs wanneer het draadkruis, dat verschijnt op het scherm 5 niet exact symmetrisch is met het draadkruis 2 in het scheidingsorgaan 4. Deze symmetrie kan worden verkregen door het inwerken op de afbuiging van de kathodestraalbuis wanneer men wenst dat het zichtbare en het IR-beeld gesuper-poneerd zijn.The axis of the thermal camera is the axis, determined by the collimator 10 + 11, which projects the image of the crosshair 11 into the focal plane 15 of the thermal camera by the non-variable trider 19 + 20. The image, provided by the thermal camera after electronic processing, is visualized on the screen 5 of a cathode ray tube. The crosshair that appears on this screen is therefore the image of the crosshair 11. It perfectly defines the orientation of the camera regardless of any mechanical, electrical, magnetic anomalies of the earner system, even when the crosshair that appears on the screen 5 is not exactly symmetrical with the crosshair 2 in the separator 4. This symmetry can be obtained by acting on the deflection of the cathode ray tube when the visible and IR images are desired to be superimposed.

De thermische camera is in het algemeen gevoelig in de band 8 - 12 μ. Het draadkruis 11 kan in deze spectrale band zijn geprojecteerd, doch dit heeft de volgende bezwaren: het is gunstig wanneer de bruikbare diameter van de bundel, uitgezonden door de collimator aanzienlijk kleiner is dan de diameter van de pupil van de thermische camera, zodat het stelsel collimator-richtkijker compact is en dat het triëder 19 + 20 klein en gemakkelijk vervaardigd kan worden. In dat geval is het beeld van het draadkruis 11 geprojecteerd in het brandvlak 18 met een kleine pupildiameter, aanzienlijk minder precies dan het beeld van de omgeving, gevormd met een pupil met grote diameter, als gevolg van de afbuiging, waarvan de grenshoek in feite: α = ——, waarbij D de diameter der pupil is en λ de golflengte. Het middel om te realiseren dat het geprojecteerde draadkruis een goede definitie heeft, is het gebruik van een golflengte λ die aanzienlijk korter is, zodanig dat geldt = waarbij en D^ betrekking hebben op de afbeelding van de scene en en D2 op het afbeelden van het draadkruis. De spectrale band van thermische camera's is in het algemeen begrensd tot de band van 8 tot 12 μ, teneinde de corresponderen met het atmosferisch transmissievenster. Een interferentiefilter snijdt golflengten kleiner dan 8μ af, terwijl de detector het afsnijden bij 12μ realiseert. Bij afwezigheid van dit filter, is de camera gevoelig tussen 2 en 12μ, waarbij de afsnijding bij 2 μ die is van het in het objectief gebruikte germanium. De collimator kan dus het draadkruis projecteren in een smalle band, gelegen rond λ = 2μ onder voorwaarde dat het filter 8 - 12 μ stroomopwaarts van het injecteren van het draadkruis wordt geplaatst. Dit filter wordt bij voorkeur geplaatst op het venster 21, dat het triëderstelsel 19 + 20, geplaatst voor het objectief 17, beschermt.The thermal camera is generally sensitive in the band 8 - 12 μ. The crosshair 11 can be projected in this spectral band, but this has the following drawbacks: it is advantageous if the usable diameter of the beam emitted by the collimator is considerably smaller than the diameter of the pupil of the thermal camera, so that the system collimator rifle scope is compact and the trider 19 + 20 can be small and easily manufactured. In that case, the image of the crosshair 11 projected into the focal plane 18 with a small pupil diameter is considerably less precise than the image of the surroundings formed with a large diameter pupil due to the deflection, the boundary angle of which is in fact: α = —— where D is the diameter of the pupil and λ is the wavelength. The means of realizing that the projected crosshair has a good definition is to use a wavelength λ which is considerably shorter, such that = where and D ^ refer to the image of the scene and D2 refer to the image of the scene. crosshairs. The spectral band of thermal cameras is generally limited to the band from 8 to 12 μ in order to correspond to the atmospheric transmission window. An interference filter cuts wavelengths less than 8μ, while the detector achieves cutting at 12μ. In the absence of this filter, the camera is sensitive between 2 and 12μ, with the cutoff at 2 μ being that of the germanium used in the lens. Thus, the collimator can project the crosshair into a narrow band, located around λ = 2μ provided the filter is placed 8 - 12 μ upstream of the crosshair injection. This filter is preferably placed on the window 21, which protects the trider system 19 + 20, placed in front of the objective 17.

Het projecteren van het draadkruis met λ = 2μ stuit op een probleem, dat bestaat uit het chromatisme van het objectief 17 van de thermische camera. Dit objectief is normaliter gecorrigeerd in de band 8 - 12 μ en het longitudinale chromatisme is voor op germanium gebaseerde objectieven zeer belangrijk. Deze defocalisatie bij 2μ wordt gecorrigeerd op de collimator. Het draadkruis 11 is eveneens axiaal verplaatst, zodanig dat zijn beeld exact wordt gevormd in hetzelfde vlak 18 als het beeld van de scene bij 8 - 12 μ.Projecting the crosshairs with λ = 2μ encounters a problem consisting of the chromatism of the lens 17 of the thermal camera. This lens is normally corrected in the band 8 - 12 μ and the longitudinal chromatism is very important for germanium-based lenses. This defocalization at 2μ is corrected on the collimator. The crosshair 11 has also been moved axially, such that its image is formed exactly in the same plane 18 as the image of the scene at 8 - 12 μ.

De materialen in de projectieweg van het draadkruis zijn bijvoorbeeld de volgenden: bron 12 : halogeenlamp met klein vermogen, draadkruis 11 : lamel uit gemetalliseerd en gefotogravuurd glas, scheidingsorgaan 13 : glaslamel met dichroïsche bewerking reflecterend bij λ. = 10,6 μ, objectief 10 : lens uit germanium, scheidingsorgaan 15 : glaslamel (idem lamel 13), diëder 20 : glasprisma, scheidingsorgaan 13 : germaniumlamel met reflectie bij λ = 2 μ, transmissie bij λ- = 8 tot 12 μ, venster 21 : lamel uit germanium met evenwij dige oppervlakken met transmissie bij 8 tot 12 μ, afsnijden bij 2 tot 8 μ.The materials in the projection path of the crosshair are, for example, the following: source 12: low power halogen lamp, crosshair 11: lamellar of metallized and photographed glass, separator 13: glass lamella with dichroic processing reflecting at λ. = 10.6 μ, objective 10: germanium lens, separator 15: glass lamella (ditto lamella 13), diaphragm 20: glass prism, separator 13: germanium lamella with reflection at λ = 2 μ, transmission at λ- = 8 to 12 μ, Window 21: Parallel-surface germanium blade with transmission at 8 to 12 μ, cut at 2 to 8 μ.

Het in het objectief 17 invoegen van de bundel van het draadkruis kan geschieden via het midden van de pupil van dit objectief om elke paralaxfout te voorkomen in het geval, waar de focussering van het objectief niet perfect is geweest.Inserting the crosshair beam into the lens 17 can be done through the center of the pupil of this lens to avoid any paralax error in the case where the focusing of the lens has not been perfect.

Teneinde te voorkomen dat de MTF-val in het IR-beeld wordt opgewekt, moet de lamel 19 perfect lamel zijn en mag geen faseverschuiving teweegbrengen tussen het midden en de rand van de pupil van het objectief 17.In order to prevent the MTF trap from being generated in the IR image, the lamella 19 must be a perfect lamella and not cause a phase shift between the center and the edge of the lens pupil 17.

Wanneer het objectief 17 bifocaal is, wordt de lamel 19 zodanig gedimensioneerd, dat deze de pupil van het grote veld van het objectief geheel bedekt.When the objective 17 is bifocal, the slat 19 is dimensioned to completely cover the pupil of the large field of the objective.

Het longitudinale chromatisme is in het algemeen verschillend voor de twee brandafstanden van het objectief en het heeft voordelen twee draadkruisen 11 en 11 bis te gebruiken, axiaal op afstand gelegen langs de optische as van de collimator, belicht door twee verschillende bronnen 12 en 12 bis (11 bis en 12 bis zijn niet in de figuur afgebeeld).The longitudinal chromatism is generally different for the two focal lengths of the lens, and it is advantageous to use two reticles 11 and 11a, axially spaced along the collimator's optical axis, illuminated by two different sources 12 and 12a ( 11a and 12a are not shown in the figure).

Daar de lichtsterkte waarmee het draadkruis bij een korte focusafstand van het objectief wordt geprojecteerd, veel groter is dan bij een lange focusafstand, is de verlichting van het draadkruis veel intensiever bij een korte focusafstand. Men plaatst dan ook een verzwakker op het draadkruis voor de korte focusafstand zodanig, dat voor de velden dezelfde helderheid van het draadkruis wordt verkregen.Since the luminosity with which the reticle is projected at a short focus distance from the lens is much greater than at a long focus distance, the reticle illumination is much more intensive at a short focus distance. Therefore, an attenuator is placed on the crosshair for the short focal distance such that the fields have the same crosshair clarity.

De draadkruisen 11 en 11 bis (deze laatste is niet in de figuur weergegeven) kunnen een verschillende vorm hebben, zodanig dat de schutter weet of hij werkt met een klein veld of een groot veld.The crosshairs 11 and 11a (the latter not shown in the figure) may have different shapes, such that the shooter knows whether he is working with a small field or a large field.

Het omschakelen van de bronnen 12 en 12 bis (deze laatste is niet in de figuur weergegeven) wordt automatisch bestuurd door het veranderen van het veld. De twee bronnen zijn identiek, zodanig dat slechts een enkele besturing van de regeling van de lichtsterkte van het draadkruis nodig is.Switching sources 12 and 12a (the latter is not shown in the figure) is controlled automatically by changing the field. The two sources are identical, such that only a single control of the control of the crosshair brightness is required.

Claims

Method for harmonizing a day / night system for firing a projectile with a day orbit, comprising a day viewer with a real reticle, a guiding transmitter on a laser beam and a collimator / difference meter, the night viewer additionally having a thermal camera, operating in a predetermined spectral band, characterized in that said day viewer and said collimator / difference meter form a compact and sturdy mechanical subsystem, arranged such that their respective optical axes are rigorously parallel and also parallel maintain the long duration under the prevailing ambient conditions, the harmonization of said conduction transmitter being permanently achieved by transmitting a portion of the flux emitted thereby to a differential meter receiver by successive reflections on two separating members, which form a compact subsystem, placed in front of the objective of the collimator and on a third separator after this objective lens, wherein a control means at any time reduces the difference measured by the difference meter to zero, and the harmonization of said thermal camera is similarly obtained permanently by being in the focal plane thereof by means of an invariable triad subsystems forms of the infrared image of the collimator's reticle visualized after electronic processing on said visualization screen, observed through the eyepiece of the day vision goggles, which harmonizations are independent of deviations from the guide transmitter, deviations from the thermal camera, deviation from the visualization cathode ray tube and the position of the thermal camera.

Harmonization method according to claim 1, characterized in that realizing a reticle projected in the thermal camera with a good definition despite the compactness of the small diameter collimator is obtained by effecting the projection at a much smaller wavelength and outside the spectral band of the camera and applying an interference filter, which causes cutting at the lower limit of said spectral band and for the injector, the cutting at the upper limit being effected by the IR detector.

Harmonization method according to claim 2, characterized in that said interference filter is preferably mounted on a window protecting said trider sub-frame secured in front of the lens of the camera.

Harmonization method according to claims 2 and 3, characterized in that the defocusing caused by the longitudinal chromatism of the objective of the thermal camera at said projection wavelength of the crosshair is corrected on the collimator by an axial shift of said crosshair , so that its image forms exactly in the same plane as the image of the scene.

Harmonization method according to claims 2 and 3, characterized in that the lens of the camera is bifocal and the longitudinal chromatism is generally different for the two focal lengths of said lens, the correction of the chromatism is preferably obtained by of two crosshairs axially displaced from each other on the optical axis of the collimator, exposed by two different sources and formed with different patterns.

Harmonization method according to claim 5, characterized in that an attenuator is mounted on the source illuminating the reticle corresponding to the short focal length to maintain the same reticle brightness for the two fields, said sources being identical, such that a common control for controlling the brightness of the crosshairs is obtained.