SE451347B - Anordning for att detektera en varm punkt i en scen samt anvendning av anordningen for att styra en missil mot ett mal - Google Patents

Description

451 347 2 'band av avsökningsstrålknippets våglängdsband, att detekteringssystemet inne- fattar två strålníngskänsliga detektorer, varvid den första och den andra de- tektorn omvandlar strålning av våglängder som är belägna i det första respek- tive det andra delbandet till en elektrisk signal, och att den elektroniska signalbehandlingskretsen, vars ingångar är anslutna till detektorernas utgångar, innefattar en subtraktionskrets, vars utgångssignal är indikativ för uppträdandet av en varm punkt, samt en summeringskrets, vars utgångssignal representerar scen-luminansen.

Uppfinningen är baserad på insikten om det faktum att den varma punktens luminans i det använda våglängdsbandet minskar vid ökande våglängder, medan scenens luminans i detta band förblir i huvudsak konstant. Genom att dela nämn- da våglängdsband i två delband medelst filtersystemet och genom att subtrahera de elektriska signalerna, som är förorsakade av strålningen i vart och ett av nämnda band, från varandra kan den varma punkten detekteras på ett tillförlit- ligt sätt.

Uppfinningen beskrivs mera detaljerat med hänvisning till ritningarna, där jj¿Ll visar ett missilstyrsystem som är utrustat med en första utföringsfonn av en anordning enligt uppfinningen för att detektera en varm punkt i en scen, fig; visar luminansen som funktion av våglängden för två olika temperaturer, jjg_§ visar en detalj av ett utförande av den elektroniska kretsen som utnytt- jas i anordningen enligt fig 1, fig¿¶ visar en andra utföringsform av anord- ningen enligt uppfinningen och jjg_§ visar ett exempel på strâlningskänsliga detektorer som utnyttjas i anordningen enligt uppfinningen.

Fig 1 visar ett system för att styra en missil M mot ett mål C. Detta sy- stem innefattar en anordning för att detektera en varm punkt, varvid förekomst av en varm punkt anges genom en signal pâ anordningens utgångsklämma. I före- liggande exempel utgöres den varma punkten av en spårare TR som är monterad på utblåsningsröret på missilen M och som har en temperatur av ungefär 1500°K.

Missilen M och målet C är belägna inom ett avsökningsfält som är begränsat av en pyramid 3, vars spets O svarar mot avsökningssystemets 4 optiska centrum och vars bas är en rektangel R.

Infraröd strålning med en våglängd som är större än en mikron kan inte detekteras med en "Vidicon"-anordning. Detektorn innefattar därvid ett begrän- sat antal strålningskänsliga element. För att observera hela scenen måste den avsökas punkt för punkt. För detta ändamål utnyttjas avsökningssystemet 4 som i följd riktar ett strålknippe 6 som kommer från olika ytor i scenen, mot en strålningskänslig detektor 5. Avsökning åstadkommas i enlighet med linjerna L1, ..., Ln, ..., LM, ... i fig 1. Ett sådant avsökningssystem är t.ex. beskrivet 451 347 i franska patentskriften 2.245.970. Detektorn 5 avger en signal vars amplitud svarar mot luminansen hos objektet som observeras. Denna signal möjliggör t.ex. att scenen återges på skärmen av ett katodstrålerör 10 vars katod är ansluten till anordningens 1 utgång 11. En styrkrets 12 avger styrsignalerna för avsök- ningssystemet 4 och för katodstråleröret 10, så att elektronstrålknippet avlän- kas exakt i synkronism med avsökningen av scenen.

För styrning av missilen M överlagras ett skalmönster på den återgivna bilden, varvid skalmönstrets centrum har bringats att sammanfalla med målet som är observerat på skärmen. Axeln OC i scenen svarar mot skalmönstrets centrum.

Detta centrum är definierat av en avsökningslinje LM och ett tidsintervall TC som har förflutit efter starten av avsökningslinjen LM. Således kommer den var- ma punkten som svarar mot missilen att detekteras på en annan linje och vid en annan tidpunkt. Medelst en instyrningskrets 24 som bestämer koordinaterna för den varma punkten kan missilen M styras mot målet C medelst styrsignaler via en förbindning 15 mellan missilen M och instyrnings- kretsen 14.

Enligt uppfinningen är anordningen 1 för att detektera en varm punkt ut- rustad med ett optiskt filter 20, vilket delar upp strålknippet 6 i delstrål- knippen 22 och 23 som vart och ett omfattar en del av strålknippets 6 våg- längdsband, vilket band ligger mellan 8 och 13 mikron. Delstrålknippet 22 inne- håller därvid strålning av våglängder mellan 8 och 10,5 mikron medan strålknip- pet 23 innehåller strålning av våglängder mellan 10,5 och 13 mikron. Detektorn 5 är anordnad i delstrålknippets 23 strålningsbana, medan den strålningskänsli- ga detektorn 25 är anordnad i delstrålknippets 22 bana. Utgångssignalerna från dessa detektorer matas till de båda ingångarna på en subtraktionskrets 30, Det optiska filtret 20 kan utgöras av en dikromatisk spegel som reflek- terar strålning av en våglängd mellan 8 och 10,5 mikron och som transmitterar strålning med en våglängd som är större än 10,5 mikron. Subtraktionskretsen 30 kan innefatta en differentialförstärkare 35 efterföljd av en en tröskelkrets 36. En summeringskrets 40 vars ingångar är anslutna till detektorernas 5 och 25 utgångar alstrar en scenluminanssignal på sin utgångsklämma 11.

Fig 2 visar luminansen L Ä.som funktion av våglängden Å för temperaturer på 300°K och 1500°K. För koordinaterna har logaritmiska skalor valts. Lumi- nanskurvorna är givna genom Planck's strålningsformel. Den sektionerade ytan är det totala våglängdsbandet från 8 till 13 /u som utnyttjas. Detta band är uppdelat i två delband BS1 som sträcker sig från 8 till 10,5 mikron och BS2 som sträcker sig från 10,5 till 13 mikron. Luminansen hos en varm punkt vid l500°K varierar från 15.109 W.m'3.sr"1 till 6,25.108 W.m'3.sr'1 i ,.~;-< 4s1 347 4 det första delbandet BS1 och från det sistnämnda värdet till 2,9.108 N.m_3. sr'1 i det andra delbandet BS2. Luminansen hos en punkt vid 300°K som sva- rar mot medeltemperaturen varierar från 9.08.106 N.m_3.sr'1 till 9,79.1O5 N.m'3.sr'1 i det första delbandet och från det sistnämnda värdet till 8,2.106 H.m'3.sr'1 i det andra delbandet. Oberoende av den varma punktens avstånd alstrar denna punkt olika energibidrag i de båda banden, medan energibidraget från punkten vid 300°K är i huvudsak lika i de båda banden.

Skillnaden i energibidrag kan detekteras medelst differentialförstärkaren 35.

Tröskelkretsen 36 alstrar en signal så snart en given skillnad detekteras.

Fig 3 visar instyrningskretsen 14 i detalj. Signalerna från styrkretsen 12 vilka anger början av avsökningen av scenen och avlänkningen i katodstråleröret samt början av linjesökningarna matas till kretsen 14 via förbindningarna 50 respektive 51. En första räknare 55 i kretsen 14 räknar antalet linjer som av- sökts. Räknarens 55 räkneingång är ansluten till kretsen 12 via förbindningen 51. Räknaren återställes till noll av signalen på förbindningen 50. En andra räknare 56 ger ett mått på den tid som har förflutit sedan början av en avsök- ningslinje. För detta ändamål räknar denna räknare signalerna från en klocka 57 vars frekvens är hög relativt linjeavsökningsfrekvensen. Räknaren 56 återstäl- les till noll vid början av varje avsökningslinje genom signalen på förbind- “É ningen 51. Kretsen 14 innehåller vidare två register 60 och 61 vilkas ingångar är anslutna till utgångarna på de respektive räknarna 55 och 56. Registrens 60 och 61 styringångar är anslutna till subtraktionskretsens 30 utgångsklämma 2.

Så snart en signal uppträder på utgângskläman 2 överföres innehållen i räknar- na 55 och 56 till registren 60 och 61. Skillnaden mellan missilens M koordina- ter och målets C koordinater kan bestämmas medelst subtraktionselement 62 och 63. För detta ändamål är elementet 62 anslutet till registret 60 och till ett minne 65, vilket lagrar numret på den avsökningslinje LM på vilken skalmönst- rets centrum är beläget. Elementet 63 är anslutet till registret 61 och till ett minne 66 som innehåller värdet på den tid TC som svarar mot skalmönstrets centrum. De digitala signalerna i elementen 62 och 61 omvandlas till analoga signaler av två digital-analogomvandlare 68 och 70, vilka signaler överföres till missilen M via förbindningen 15, så att missilens bana kan korrigeras på sådant sätt att den träffar målet C.

Fig 4 visar en andra utföringsform av en anordning enligt uppfinningen.

Denna utföringsfonn innefattar medel för att ställa in nivåerna hos de signaler som avges av detektorerna 5 och 25. Nämnda medel innefatar två förstärkare 80 och 82 som är inkopplade mellan detektorerna 5 och 25 och differentialförstär- karens 35 ingångar, varvid förstärkarens 82 förstärkningsfaktor är inställbar.

Genom att ställa in förstärkarens 82 förstärkningsfaktor kan signalen på dif- 5 ' 451 347 ferentialförstärkarens 35 utgång ställas in på noll vid en given temperatur To, så att vid en temperatur T>To utgångssignalen blir negativ och vid en tempera- tur T roende av strålningskällans avstånd och bara beror på strålningens spektrala karaktäristika. Genom att välja To på lämpligt sätt är det lätt möjligt att särskilja spårarstrålningen från scenstrålningen. Den i fig 4 visade anordning- en arbetar i två tidsintervall: före eldgivning och under eldgivning.

Före eldgivning bestämmes temperaturen hos den varmaste punkten i scenen.

För detta ändamål innefattar anordningen en toppdetektor som utgöres av en diod 84 och en kondensator 86 som är ansluten till summeringskretsens 40 utgång via en strömställare 88 i dess slutna tillstånd. Spänningen över kondensatorn 86 matas till en av ingângarna på en multiplikationskrets 87 för analoga signaler, vars utgång är ansluten till styringången på den variabla förstärkaren 82. Till den andra ingången på multiplikationskretsen 87 matas en spänning som ställer in differentialförstärkarens 35 utgångssignal på noll. Denna spänning erhålles från en sågtandsgenerator 90 vars utgång ansluts till en lagringskondensator 94 via en strömställare 92 i dess slutna tillstånd. Strömställaren 92 öppnar så snart signalen på differentialförstärkarens 35 utgång blir noll, vilket detek- teras medelst en nollgenomgångsdetektor 96. Detektorns 96 ingång är ansluten till förstärkarens 35 utgång via en strömställare 98 i dess slutna tillstånd.

Detektorns 96 utgångssignal styr strömställaren 92. Förstärkarens 82 förstärk- ningsfaktor regleras således så att signalen på förstärkarens 35 utgång är noll vid temperaturen To hos den varmaste punkten i scenen.

Under eldgivning öppnas strömställarna 88 och 98 så att spåraren TR alst- rar en negativ signal som är lätt urskiljbar.

Hittills har antagits att detektorerna 5 och 25 bara innehåller ett strål- ningskänsligt element. Dessa detektorer kan emellertid alternativt omfatta ett flertal strålningskänsliga element. Den detektor 5 som är visad i fig 5 kan t.ex. utgöras av en rad av strålningskänsliga element E1...En som vart och ett avsöker en given linje så att hela scenen undersökes genom en enda avsökning i en riktning. Detektorn 25 kan omfatta ett antal strålningskänsliga element Fl, F2 ...F6 som vart och ett avsöker en linje i centrum av scenen, dvs där missi- len rör sig. Differentialförstärkarens 35 utgångssignal kan alltid bringas att anta värdet noll genom inställning av förstärkarens 82 förstärkning.

För att möjliggöra att strålningsintensiteten i de båda våglängdsbanden detekteras separat är det ej nödvändigt att utnyttja en dikromatisk strålnings- uppdelare. De båda detektorerna 5 och 25 kan t.ex. vara anordnade efter varand- ra i strålknippets 6 bana. Den första detektorn skall därvid vara transparent för den våglängd för vilken den andra detektorn är känslig. För detta ändamål 451 347 % 6 kan man använda kadmium/kvicksiiver-teHurid-detektorer med en 1ämp1ig relativ andeï av kadmium-teïiurid och kvicksilver-teïïurid. Den spektraïa separationen erhåHes därvid genom skiHnaden i detektonnaterialens känsiighetsområde.

”J

Claims (5)

1. :sr 7 451 547 Patentkrav l. Anordning för att samtidigt detektera en varm punkt i en scen och avsöka nämnda scen medelst infraröd-strålning i infraröd-våglängdsbandet 8-13/um, vilken anordning innefattar ett avsökningssystem, ett strålnings- känsligt detekteringssystem för att omvandla ett avsökningsstrålknippe, som erhålles från avsökningssystemet, till en elektrisk signal och en elektronisk krets för behandling av nämnda signal, k ä n n e t e c k n a d av att i avsökningsstråiknippets (6) bana efter avsökningssystemet (Å) är anordnat ett filtersystem (20) för att dela upp avsökningsstrålkníppet i två delstrålknippen (22,23), varvid det första och det andra delstrål- knippet innehåller strålning av en våglängd i ett första respektive ett andra delband av avsökningsstrålknippets vâglängdsband, att detekterings- systemet innefattar två strålníngskänsliga detektorer (25,5), varvid den första och den andra detektorn omvandlar strålning av våglängder som är belägna i det första respektive det andra delbandet till en elektrisk signal, och att den elektroniska signalbehandiingskretsen, vars ingångar är anslutna till detektorernas utgångar, innefattar en subtraktionskrets (30,35), vars utgångssignal (2) är indikatív för uppträdandet av en varm punkt, samt en summeringskrets (A0), vars utgångssígnal (ll) represen- terar scen-luminansen.

2. Anordning enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d av att mellan detektorernas (25,5l utgångar och subtraktionskretsens (35) in- gångar finns elektroniska element (80,82) för att variera nivåerna på de signaler som matas till subtraktionskretsen.

3. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att ett av nämnda elektroniska element (82) är styrt av utgångssignalen (2) från subtraktionskretsen (35), varvid utgångssignalen från denna krets ställes in på noll vid en given temperatur hos ett objekt som observeras. 451 347 8 Ä.

4. Anordning enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d av att var och en av detektorerna (5; 25) utgöres av en rad av strålníngs- känsliga element (El-En; FI-F6).

5. Användning av en anordning enligt något av patentkraven 1~Å i ett system för att styra en missïl mot ett mål, vilken missil är utrustad med en ïnfrarödavgívande punktformig strålningskälla.