NL9500432A - Inrichting voor het detecteren van doelen. - Google Patents

Description

Inrichting voor het detecteren van doelen

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het detecteren van doelen, omvattende een rond een althans in hoofdzaak verticaal geplaatste zoekas roteerbare detectoreenheid, voorzien van een detector en focusseermiddelen voor het op de detector focusseren van door doelen uitgezonden of gereflecteerde straling, zoals infraroodstraling, verder omvattende een op de door de detector gegenereerde rij van de omgeving van de inrichting representerende tweedimensionale beeldmatrixen Xt, X2, .. aangrijpende puntdoelextractor, voor het genereren van een predetectie voor elk in één van de beeldmatrixen Xt, X2, .. waargenomen puntdoel.

Een inrichting van deze soort is bekend uit bijvoorbeeld EP-B- 0 205 794. Het doel van de puntdoelextractor is om het aantal valse alarms dat een detectoreenheid levert te reduceren. Zonder puntdoelextractor genereert een detectoreenheid doorgaans duizenden valse alarms per omwenteling. Heeft de puntdoelextractor alle in het vakgebied bekende features, dan is het mogelijk dit aantal terug te brengen tot enkele valse alarms per omwenteling. Dit maakt de inrichting nog steeds ongeschikt voor het zelfstandig en automatisch bedienen van bijvoorbeeld een wapensysteem.

Men kan het aantal valse alarms reduceren door te eisen dat een predetectie gedurende een aantal opeenvolgende omwentelingen wordt waargenomen. Het nadeel hiervan is dat kostbare reactietijd verloren gaat. De inrichting volgens de uitvinding komt aan dit bezwaar tegemoet en heeft als kenmerk, dat de detectoreenheid is ingericht voor het per omwenteling genereren van tenminste twee beeldmatrixen en dat is voorzien in een combinatiecircuit voor het genereren van een detectie als voor de tenminste twee beeldmatrixen twee predetecties voor overeenkomstige matrixelementen worden gegenereerd.

Een eerste uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat de detectoreenheid is voorzien van een eerste detector voor het per omwenteling genereren van een beeldmatrix Xj en van een tweede detector voor het per omwenteling genereren van een beeldmatrix Yir waarbij de elevatierichtingen en de openingshoeken van beide detectors althans in hoofdzaak overeenkomen, en dat het combinatiecircuit een detectie genereert als opeenvolgend tenminste twee predetecties voor overeenkomstige matrixelementen in de rij Xi+w W ··· van beeldmatrices worden gegenereerd.

Het is hierbij van voordeel als beide detectors, ondanks het feit dat hun elevatierichtingen en hun openingshoeken overeenkomen, toch op een verschillende wijze naar een potentieel doel kijken. Een gunstige uitvoeringsvorm heeft daarom als kenmerk, dat de spectrale respons van de eerste detector en van de tweede detector verschilt. Rekening houdend met de op zich bekende spectrale vensters in de atmosfeer heeft een speciale uitvoeringsvorm dan als kenmerk, dat de spectrale gevoeligheid van de eerste detector in het gebied van 3-5 micrometer en van de tweede detector in het gebied van 8-12 micrometer een maximum vertonen.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm maakt gebruik van het feit dat valse alarms, vooral die welke worden veroorzaakt door bijvoorbeeld op het zeeoppervlak reflecterend zonlicht, een voorkeur voor bepaalde polarisatierichtingen vertonen en heeft als kenmerk, dat de eerste detector en de tweede detector elk zijn voorzien van een polarisator. Een bijzondere uitvoeringsvorm heeft dan als kenmerk, dat tenminste één polarisator is voorzien van instelmiddelen voor het zo oriënteren van de polarisator dat het aantal prealarms wordt geminimaliseerd.

Een nog verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding bewijst goede diensten als valse alarms worden gegenereerd door nabije objecten, zoals vogels. Ze heeft als kenmerk, dat de eerste en de tweede detector naast elkaar zijn geplaatst voor het opwekken van een parallaxverschil voor althans nabije doelen, waardoor de puntdoelextractors prealarms voor niet-identieke matrixelementen zullen genereren, die vervolgens door het combinatiecircuit niet gecombineerd worden tot een detectie.

Volgens een verdere inventieve uitvoeringsvorm van de uitvinding is het mogelijk om althans voor een geselecteerde azimuthsector met behulp van slechts een detector twee beeldmatrixen per omwenteling te genereren. Het is hierbij noodzakelijk dat de detectoreenheid roteerbaar is opgesteld rond een elevatieas welke althans in hoofdzaak loodrecht op de zoekas en loodrecht op de zichtlijn van de detector is geplaatst. De inventieve uitvoeringsvorm heeft dan als kenmerk, dat steeds na het genereren van een beeldmatrix een rotatie rond de elevatieas wordt uitgevoerd, zodanig dat na een halve omwenteling rond de zoekas een volgende beeldmatrix van de geselecteerde azimuthsector kan worden gegenereerd.

In een bijzonder gunstige uitvoeringsvorm heeft een zo uitgevoerde inrichting als kenmerk, dat de detector naast de zoekas is geplaatst, voor het bij de opeenvolgend gegenereerde beeldmatrixen opwekken van een parallaxverschil voor althans nabije doelen.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren, waarbij:

Fig. 1 een mogelijke uitvoeringsvorm van de uitvinding weergeeft;

Fig. 2 schematisch een mogelijke opbouw van de uitvinding weergeeft;

Fig. 3 een blokschema van de uitvinding weergeeft.

Fig. 1 toont een mogelijke uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding, waarbij een detector-eenheid 1 is voorzien van twee vensters 2, 3, waarachter detectors zijn geplaatst die door doelen uitgezonden of gereflecteerde straling kunnen opvangen. Detectoreenheid 1 roteert in de gebruikstoestand rond een verticaal geplaatste zoekas 4, die op zijn beurt eindigt in een pedestal 5. Bij gebruik van de uitvinding op een bewegend voertuig, zoals een schip, wordt pedestal 5 doorgaans op een hier verder niet getoond gestabiliseerd platform geplaatst. Pedestal 5 bevat de voor rotatie van zoekas 4 noodzakelijke aandrijving en een verder niet getoonde rotary joint voor de aanvoer van commandosignalen en voedingsspanningen en voor de afvoer van door de detectors gegenereerde signalen. Verder is het voordelig detectoreenheid 1 roteerbaar op te stellen rond een elevatieas 6, waardoor onder een vooraf gekozen elevatierichting kan worden waargenomen. In de eenvoudigste uitvoeringsvorm is detectoreenheid 1 zo uitgevoerd dat elevatieaandrijving 7 beide detectors gelijktijdig roteert, zodat hun elevatierichting steeds overeenkomt.

Fig. 2 toont schematisch een mogelijke opbouw van detectoreenheid 1 in een horizontale doorsnede, waarbij vensters 2, 3 zijn uitgevoerd als lenzen, die naast een voldoende afdichting van het inwendige van detectoreenheid 1 tevens zorg dragen voor de beeldvorming van de omgeving op detectors 8, 9. Tussen vensters 2, 3 en detectors 8, 9 kunnen additionele optische componenten 10, 11 zijn aangebracht, zoals automatische diafragma's en polarisators.

De detectors 8, 9 kunnen natuurlijk voor elke golflengte geschikt zijn waarvoor de atmosfeer transparant is. Voor de onderhavige uitvinding zijn detectors 8, 9 gevoelig voor infrarood straling en zijn ze uitgevoerd als lineaire arrays waarvan de lengteas bij benadering parallel verloopt met zoekas 4. Voor een toepassing in het infrarood zijn de lenzen 2, 3 bij voorkeur uitgevoerd in monokristallijn germanium. Detector 8 kan per rotatie een beeldmatrix Xj genereren van de omgeving of een deel van de omgeving, zoals een geselecteerde azimuthsector, waarbij een dimensie in de beeldmatrix voortkomt uit het lineaire array als zodanig en de andere dimensie de azimuthrichting van een doel representeert, verkregen uit de scannende beweging als gevolg van de rotatie rond zoekas 4. Op identieke wijze genereert detector 9 een beeldmatrix Yj. De uitgangssignalen van detectors 8, 9 worden via preprocessors 12, 13, via zoekas 4 en een rotary joint in pedestal 5 afgegeven voor verdere verwerking in een doorgaans benedendeks geplaatste processor. Preprocessors 12, 13 bevatten op zich bekende funkties, zoals het voorversterken en filteren van door de detectors gegenereerde signalen, het multiplexen van deze signalen ten behoeve van het transport over de rotary joint en eventueel de sturing van de additionele optische componenten.

Elevatieaandrijving 7 omvat aandrijfmiddelen 14 en een lagering 15, die het in samenwerking mogelijk maken detectoreenheid 1 rond elevatieas 6 te roteren. Het kan voordelig zijn detectoreenheid 1 te delen volgens het in Fig. 2 aangegeven deelvlak 16 en beide helften te voorzien van een individuele elevatieaandrijving. Dit maakt het mogelijk naar keuze de elevatierichtingen van detectors 8, 9 gelijk te kiezen, waardoor ze beide steeds althans in hoofdzaak dezelfde azimuth aftasten, of juist de elevatierichtingen zo te kiezen dat steeds tegenover elkaar gelegen azimuthrichtingen worden afgetast.

Fig. 3 toont een mogelijk blokschema van de uitvinding, waarbij detectors 8, 9, via preprocessors 12, 13 hun data afgeven aan een processor 17. Processor 17, een digitale signaalprocessor, bevat een op zich bekende puntdoel-extractor 18, die bij detectie van een puntdoel in de door detector 8 per omwenteling of per geselecteerde bakshoek-segment afgegeven beeldmatrix X; aan zijn uitgang een predetectie genereert. Daarnaast bevat processor 17 een tweede, doorgaans identieke puntdoelextractor 19, die bij detectie van een puntdoel in de door detector 9 per omwenteling of per geselecteerde bakshoeksegment afgegeven beeldmatrix Yj aan zijn uitgang een predetectie genereert. Door de puntdoelextractoren 18, 19 afgegeven predetecties worden vervolgens in een combinatiecircuit 20 gecombineerd, en wel zodanig dat aan de uitgang van combinatiecircuit 20 een detectie wordt gegenereerd als voor twee overeenkomstige matrixelementen in de beeldmatrixen Xj en Y; een predetectie is gegenereerd, wat betekent dat beide detectors in dezelfde richting een doel waarnemen.

Een op deze wijze dubbel uitgevoerde detector en daaraan gekoppeld combinatiecircuit verlaagt de vals alarmkans, doordat een bijvoorbeeld door ruis veroorzaakte predetectie niet leidt tot een detectie, terwijl de reactietijd van de inrichting niet ongunstig wordt beïnvloed. Een verdere vermindering van de vals alarm kans kan worden bewerkstelligd door de detectors verschillend te kiezen, zodanig dat ze op bijvoorbeeld een reflectie van zonlicht op het water verschillend reageren. Dit verkleint de kans dat beide puntdoelextractors in zo'n situatie een predetectie genereren. Een zeer gunstige keus hierbij is een verschillende spectrale respons voor beide detectors, waarbij natuurlijk wel rekening wordt gehouden roet de in de atmosfeer aanwezige vensters. Door de gevoeligheid van detector 8 te kiezen in het gebied van 3-5 micron en van detector 9 in het gebied van 8-12 micron, bereikt men het gewenste effect. Combinatiecircuit 20 kan dan worden verfijnd door een detectie alleen dan te genereren als de intensiteiten van de twee overeenkomstige matrixelementen behorende bij predetecties zich verhouden op een wijze die overeenkomt met die van een verwacht doel. Hierbij gaat men er bijvoorbeeld van uit dat een doel een missile is, waarvan de neuskegel tengevolge van skin-heating een hogere temperatuur heeft dan de omgeving. Van de in het vakgebied bekende temperatuur van de neuskegel kan dan worden afgeleid hoe de intensiteiten van de infraroodstraling voor de twee verschillende spectrale gebieden zich verhouden.

Een verdere eenvoudige en doeltreffende manier om een verschillende respons voor beide detectoren te bewerkstelligen is door additionele optische componenten 10, 11 uit te rusten met polarisators, waarbij men de polarisators bijvoorbeeld onderling orthogonaal oriënteert. Voor een optimale werking wordt tenminste één polarisator instelbaar gemaakt, bijvoorbeeld met een motorsturing, waarbij in de gebruikstoestand de polarisator zo wordt georienteerd dat het aantal prealarms per omwenteling minimaal is. Speciaal valse alarms tengevolge van spiegeling van de zon in een wateroppervlak worden hiermee effectief onderdrukt.

Een verder in het vakgebied welbekend probleem, het ontstaan van valse alarms door in de nabijheid van de inrichting vliegende vogeltjes, wordt door de inrichting effectief bestreden doordat tengevolge van het parallax-verschil de vogeltjes aanleiding geven tot predetecties voor in de matrixen X; en Yt verschillende matrixelementen, waardoor combinatiecircuit 20 geen detectie zal genereren. Hierbij kan het incidenteel nadelig zijn als beide detectoren een verschillende spectrale respons hebben. Dit kan, althans voor een geselecteerd bakshoeksegment, worden opgelost door nadat voor dit bakshoeksegment de matrixen xif Yj zijn gegenereerd, de detectoreenheid 1 om de elevatieas 6 te roteren zodanig dat na ongeveer een halve omwenteling opnieuw de matrixen X;, Y; worden bepaald, waarbij effectief detectors 8, 9 van plaats zijn verwisseld. Dat heeft tot gevolg dat er per omwenteling vier matrixen beschikbaar komen die paarsgewijs in overeenstemmende spectrale bereiken in combinatiecircuit 20 kunnen worden gekombi-neerd, terwijl bovendien voor de verschillende spectrale bereiken weer de verhoudingen van de intensiteiten kunnen worden vergeleken. Wel dient men hierbij rekening te houden met het feit dat de op deze wijze beurtelings door een detector gegenereerde matrixen steeds gespiegeld zijn ten opzichte van hun voorganger.

Puntdoelextractors 18, 19 kunnen natuurlijk worden gekombi-neerd tot een puntdoelextractor, die in een time-sharing schema beurtelings de uitgangssignalen van detectors 8, 9 bewerkt. Verder is het mogelijk om bijvoorbeeld detector 9 en preprocessor 13 weg te laten, door detectoreenheid 1 op de hierboven beschreven wijze steeds per halve omwenteling rond elevatieas 6 te roteren. Men krijgt dan per omwenteling de beschikking over twee matrixen die een parallax-verschil vertonen, waardoor weer valse alarms afkomstig van nabije objecten kunnen worden voorkomen. Daarnaast kan men dan bovendien steeds de polarisatierichting veranderen en/of de spectrale gevoeligheid variëren, waardoor ook met één detector alle eerder aangegeven verbeteringen kunnen worden gerealiseerd, zij het dat dit alleen mogelijk is in een geselecteerd azimuthsegment kleiner dan 180 graden.

Claims (12)

1. Inrichting voor het detecteren van doelen, omvattende een rond een althans in hoofdzaak verticaal geplaatste zoekas roteerbare detectoreenheid, voorzien van een detector en focusseermiddelen voor het op de detector focusseren van door doelen uitgezonden of gereflecteerde straling, zoals infraroodstraling, verder omvattende een op de door de detector gegenereerde rij van de omgeving van de inrichting representerende tweedimensionale beeldmatrixen Xlf X2, .. aangrijpende puntdoelextractor, voor het genereren van een predetectie voor elk in één van de beeldmatrixen Xj, X2, .. waargenomen puntdoel, met het kenmerk, dat de detectoreenheid is ingericht voor het per omwenteling genereren van tenminste twee beeldmatrixen en dat is voorzien in een combinatiecircuit voor het genereren van een detectie als voor de tenminste twee beeldmatrixen predetecties voor overeenkomstige matrixelementen worden gegenereerd.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de detectoreenheid is voorzien van een eerste detector voor het per omwenteling genereren van een beeldmatrix Xj en van een tweede detector voor het per omwenteling genereren van een beeldmatrix Yj, waarbij de elevatierichtingen en de openingshoeken van beide detectors althans in hoofdzaak overeenkomen, en dat het combinatiecircuit een detectie genereert als opeenvolgend tenminste twee predetecties voor overeenkomstige matrixelementen in de rij Xj, Yj, Xi+1, Yi+1, ... van beeldmatrices worden gegenereerd.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de spectrale respons van de eerste detector en van de tweede detector verschilt.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de spectrale gevoeligheid van de eerste detector in het gebied van 3-5 micrometer en van de tweede detector in het gebied van 8-12 micrometer een maximum vertonen.

5. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de eerste detector en de tweede detector elk zijn voorzien van een polarisator.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat tenminste één polarisator is voorzien van instelmiddelen voor het zo oriënteren van de polarisator dat het aantal prealarms wordt geminimaliseerd.

7. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de eerste en de tweede detector naast elkaar zijn geplaatst voor het opwekken van een parallaxverschil voor althans nabije doelen.

8. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de detectoreenheid roteerbaar is opgesteld rond een elevatieas welke althans in hoofdzaak loodrecht op de zoekas en loodrecht op de zichtlijn van de tenminste ene detector is geplaatst.

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de detectoreenheid voor is voorzien van één detector voor het in een geselecteerde azirouthsector genereren van twee beeldmatrixen per omwenteling, waarbij steeds na het genereren van een beeldmatrix een rotatie rond de elevatieas wordt uitgevoerd, zodanig dat na een halve omwenteling rond de zoekas een volgende beeldmatrix van de geselecteerde azimuthsector kan worden gegenereerd.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de detector naast de zoekas is geplaatst, voor het bij opeenvolgend gegenereerde beeldmatrixen opwekken van een parallaxverschil voor althans nabije doelen.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de deteetoreenheid is voorzien van een polarisator die per te genereren beeldmatrix kan worden ingesteld.

12. Inrichting volgens conclusie 10 of ll, met het kenmerk, dat de detectoreenheid is voorzien van filters, waarbij per te genereren beeldmatrix een filter voor de detector wordt geplaatst.