SE532100C2 - Sökhuvud för en styrflygkropp för detektering och förföljning av ett mål och metod för dess användning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 532 'IÜÛ målinflygningen. På det sättet öppnar man en möjlighet för motståndaren att inleda försvarsåtgärder mot platsen för laser-designatorn. Även om ett sådant sökhuvud kan drivas i tre olika moder, nämligen som semi-aktiv sistapulslogik ("last-pulse-logic") - sökare, som infrarödsökare eller som laser-infraröd- korrelerad sökare har sådana sökhuvud som följd av de tidigare nämnda nackdelarna inte slagit igenom i praktiken.

Här börjar uppfinningen nu, vars uppgift det är att skapa ett nytt dual-mod-huvud vilket är bättre lämpat för användning i samband med självdrivna styrflygkroppar.

Denna uppgift löses uppfinningsenligt genom särdragen i patentkrav 1.

Ytterligare särdrag för uppfinningen följer ur de osjälvständiga kraven.

Uppfinningen möjliggör drivning av en laserpunktsensor för att upptäcka och identifiera ett lasermarkerat mål och för att driva en okyld bildgivande infrarödsensor för autonom målföljning under slutinflygningen genom bestämning av träffpunkten på målet via ett gemensamt bispektralt objektiv. Härvid använder man en spektral stràldelningsspegel och en relayoptik i lasersensorkanalen genom vilken laserpunktsensorns bildfält kan väljas i huvudsak oberoende av infrarödsensorns bildfält och under kontroll av den optiska aberrationen. Manövreringssignalerna skapas beroende av sensorsignalerna genom en signalbehandlingselektronik och där det via slgnalbehandlingselektroniken sker en operationell process för mällåsning och förföljning efter avfyrande av flygkroppen.

Den uppfinningsenliga utformningen av dual-mode-sökhuvudet är särskilt fördelaktig eftersom man till skillnad från ett sökhuvud med enbart en laserpunktsensor genom infrarödsensorn erhåller en reducering av tiden för den aktiva målbelysningen ner till ett minimum, nämligen ner till mållåsningen av den som målsökare arbetande infrarödsensorn. Ett sökhuvud med enbart en bildgivande infrarödsensor skulle däremot för att kunna uppnå de operationellt nödvändiga upptäcknings- och identifieringsräckvidderna behöva tillverkas med betydligt mer komplicerad teknologi, nämligen med kylda MCT- eller lnSb-sensorer. För målspàrning skulle man behöva täcka ett mycket större synfält och för identifiering skulle man behöva realisera en hög geometrisk upplösning. Detta kräver en dyr sensor med ett stort antal pixlar. 10 15 20 25 30 532 'IÛO Fördelen med uppfinningen ligger därmed i synnerhet i att uppgifterna spårning och identifiering av målet kan tilldelas laserkanalen där de kan utföras av en enkel detektor med en 4-kvadrants-fotodiod. Eftersom den geometriska upplösningen för denna sorts detektor är låg utanför bildens mitt kan man lätt realisera en passande optik vilken överför ett för detektering fördelaktigt stort bildfält.

Därefter styr lasersensorn visirlinjen så att det identifierade målet är centrerat i synfåltet för de båda mot varandra riktade sensorerna. Därefter tar en passiv målsökare som är kopplad efter infrarödsensorn över màlkonturen i sensorns mitt, så att den aktiva mälbelysningen kan stängas av. Till denna uppgift behöver den infraröda bildsensorn enbart ett litet synfält. Den infraröda bildsensorns termiska och geometriska upplösning är tillräcklig för att möjliggöra en tracker-låsning. Detta kräver dock betydligt mindre av sensorn och den tillhörande bildbehandlingen än en identifiering med samma avstånd till målet.

Den ”enögda” uppbyggnaden med det gemensamt utnyttjade bispektrala objektivet möjliggör en särskilt fördelaktig kompakt anordning med enkelt realiserbar harmonisering av de optiska axlarna och är dessutom kostnadseffektiv. l regel använder man reflektiv optik för bispektrala avbildningar om de spektrala områden som skall avbildas ligger långt ifrån varandra (jfr till exempel US 7 049 597). Med sådan optik är det dock mycket svårt att uppnå de nödvändiga små öppningstalen i bägge sensorkanaler och en storlek på synfältet kring 10° i laserkanalen. Med de refraktiva optiska material som finns tillgängliga (ZnS, ZnSe, BaFZ) kan man däremot mycket väl realisera bispektral optik vilken uppfyller ovannämnda kriterier.

Slutligen kan man också utrusta laserkanalen med en aktiv laseravståndsmätare vilket ytterligare möjliggör en användning av en integrerad avstàndständare. l stridsinsatser år det i synnerhet fördelaktigt att bestämningen av laserdesignatorns läge och inledande av motåtgärder blir svårare, om inte omöjliga att genomföra.

Förutom det beskrivna dual-mod-driftläget vid vilket bägge sensorer sekventiellt generar insignalerna, vilka används för orientering och efterföljning av visirlinjen med avseende pà målet, är naturligtvis också de enkla driftlägena möjliga: styrning genom enbart lasersensorn vid permanent målbelysning fram till träffen eller rent passiv bekämpning 10 15 20 25 30 53.? '100 genom att en användare markerar målet i infrarödsensorns bild och därmed kopplar in en màlsökare.

Uppfinningen kommer i fortsättningen beskrivas med hjälp av ett i ritningen mer eller mindre schematiskt framställt utföringsexempel.

Det visas i Figur 1 en framställning av en flygkroppslancering under målflygningen, figur 2 ett snitt genom ett dual-mod-sökhuvud enligt uppfinningen, figur 3 uppbyggnadsprincipen för dual-mod-sökhuvudet enligt figur 2, figur 4 en schematisk framställning av bildfältet för dual-mod-sökhuvudets sensorers enligt figur 2 och figur 5 ett kretsschema för signalbehandlingselektroniken.

En möjlig flygbana av en styrflygkropp bärandes ett duaLmOd-sökhuvud innefattar så som det visas i figur 1 till exempel en genom intertialnavigering styrd inflygningsbana A och en enligt proportionalnavigationsprincipen arbetande sökhuvudstyrda slutfas-flygbanan E, tills flygbanan träffar målet Z. Lasersensorn upptäcker och identifierar målet och centrerar det i synfältet genom visirlinjens styrning, vilken orienteras ungefär med hjälp av en tvàaxlig gimbals, på vilken en dual-mod-sensor finns monterad. Därefter kopplar infraröd- bildsensorn om till infraröd-màlkonturen i bildens mitt. Därefter sker övergången fràn den inertialt styrda flygbanan till den sökhuvudstyrda flygbanan. Slutfasstyrningen sker av sig självt enbart genom infrarödsensorn, vilket gör att belysning av målet genom en laserdesignator blir öveiflödig.

Härvid innefattar det sammantaget med referensnummer 10 betecknade dual-mod- huvudet, så som det visas i figurerna 2 och 3, en 4-kvadrantdetektor 12, en relayoptik 13, en spektral stràldelare 14 och en infrarödsensor 16, vilken är tilldelad ett gemensamt objektiv 18. 4-kvadrantdetektorn 12 är utformad som lnGaAs-diodkombination och arbetar 10 15 20 25 30 35 532 'IOO i våglängdsintervallet från 1.06 till 1.55 pm motsvarande våglängden för den till målmarkering använda lasern.

Som infrarödsensor används en bildgivande mikrobolometersensori form av en okyld detektorarray med 160 X 120 pixlar (focal-plane-array typ UL 02 051, från företaget Ulis, Grenoble), vilken är försedd med en spektral stràldelare 14 som träffas av infrarödandelen av strålningen genom objektivet 18 i dual-mod-sökhuvudet.

Relayoptiken 13 används för förstoring av detektorns 12 bildfält, vars yta är mindre än sensorns 16 yta, vilket visas i figur 4. Relayoptiken 13 förkortar därmed den sammanlagda brännvidden för ”laserkanalen” gentemot objektivets 18 brännvidd.

Dual-mod-sökhuvudet 10 innefattar vidare häri inte visade och i sig kända medel för styrning av dess visirlinje 15.

Signalbehandlingen av det tidigare beskrivna dual-mod-sökhuvudet visas i figur 5 och är uppdelad i en analog signalförberedning med 4-kvadrant-detektorn 12 och dess digitala signalbehandling genom signalbehandlingselektroniken 20. Hos den använda lnGaAs- detektorn är katoderna sammanförda i en stjärnpunkt till skillnad från de vanligtvis använda ßt-kvadrant-detektornerna i germanium och klsel, vid vilka anoderna bildar en stjärnpunkt. På grund av den valda konfigurationen drivs Ll-kvadrant-detektorn 12 i fotovoltaikläget. Beroende på den infallande strålningen flyter en ström genom detektordioderna A1 till A4. De efterkopplade förstärkarna V1 till V4 har två uppgifter: För det första en impedansmätning och för det andra en förstärkning av signalnivåerna.

Förstärkarnas utgångar leds var och en till en A/D-omvandlare W1 till W4. Deras utgångssignaler utvärderas därefteri en digital signalbehandlare 20 som också tillförs infrarödsensorns 16 signaler.

Det ovan beskrivna dual-mode-sökhuvudet med sin bispektrala optik är kännetecknat genom en kompakt och utrymmessnàl uppbyggnad och samtidigt genom hög sökprestanda så att sökhuvudet också vid kardanlagring intar ett inbyggnadsutrymme av 70 mm i diameter och ungefär 100 mm i inbyggnadslängd, dvs. som är i hög grad lämpat för inbyggnad för styrflygkroppar fràn och med kalibern 75 mm. Inkoppling av infraröd- sökläget sker ungefär vid 2 km till 1,5 km avstånd till målet. 10 15 20 25 532 100 REFERENSNUMMERLISTA 12 4-kvadrantdetektor 13 relaisoptik 14 stràldelare 15 visirlinje 16 infrarödsensor 18 gemensamt objektiv 20 signalbehandlingselektronik A A1 till A4 E V1 till V4 W1 ti!! W4 Z inflygningsbana detektordioder slutfasflygbana förstärkare A/D-omvandmre mål

Claims (1)

1. lO 15 20 25 30 532 'lÜÜ PATENTKRAV 1. Dual-mod-sökhuvud för en styrflygkropp för detektering och förföljning av ett med hjälp av laserpulser markerat mål (Z), där dual-mod-sökhuvudet uppvisar en de reflekterade laserstrålarna och den av målet (Z) utsända infrarödstrålningen mottagande detektor (12, 16) och utrustad med en signalbehandlingselektronik (20) vilken efter målmarkering levererar manövreringsslgnaler vilka styr målinflygningsfasen för styrflygkroppen genom laserpulserna, kännetecknat av en 4-kvadrantdetektor (12) vilken reagerar på den reflekterade laserstrålningen och en okyld bildgivande infraröd-bolometer (16) vilken reagerar på infrarödstrålning som sänds ut från målet (Z), där 4-kvadrantdetektorn (12) och bolometern (16) matas genom ett gemensamt bispektralt objektiv (18), och att 4-kvadrantdetektorn är inrättad att styra en visirlinje så att målet är centrerat i synfältet för 4-kvadrantdetektorn (12) och bolometern (16), och detta sker i en anordning så att manövreringssignalerna för styrflygkroppens slutinflygning till målet efter detekterad målmarkering med laser enbart genereras genom signalerna från den bildgivande infraröd-bolometern (16). Dual mod-sökhuvud enligt krav 1, kännetecknat av att strålarna som kommer in genom objektivel separeras spektralt genom en stràldelare (14) och är tillförbara till en laser- och en infrarödkanal och att 4-kvadranddetektorn (12) och stråldelaren (14) är anordnade efter varandra längs sökhuvudets optiska axel (15). Dual-mod-sökhuvud enligt krav 1, kännetecknat av att en bildgivande infrarödbolometer (16) används som bildskapande brännplansarray, vilken arbetar inom ett våglängdsområde av ungefär 10 pm. Dual-mod-sökhuvud enligt krav 1, kännetecknat av att lnGaAs-dioder används som 4-kvadrantdetektorn, vilka arbetar inom ett våglängdsintervall mellan 1.05 um och 1.55 um. Dual-mod-sökhuvud enligt krav 1, kännetecknat av att en förkortande relayoptik (13) vilken förkortar den sammanlagda brännvidden för laserkanalen gentemot 10 15 20 25 30 532 'IÜÛ objektivets (18) brännvidd är kopplad efter stràldelaren (14) för anpassning av 4- kvadrantsdetektorns (12) och den bildgivande infraröd-bolometerns bildfält. Dual-mod-sökhuvud enligt krav 1, kännetecknat av att de vid upptäckten och identifieringen (màlsignatur) av det lasermarkerade målet (Z) uppstående analogsignalerna från 4-kvadrantdetektorn ( 12) via en A/D-omvandlare är tillförbara som digitala signaler till signalbehandlingselektroniken (20), vilken också omvandlar de från som brännplansarrayerna utformade IR-bolometern (16) genererade digitala signalerna till manövreringssignaler för slutinflygning av flygkroppen mot målet. Dual-mod-sökhuvud enligt krav 1, kännetecknat av att sökhuvudet är utrustat med medel för styrning av sin visirlinje. Metod för detektering och förföljning av ett genom en styrflygkropp nåbart mål genom användning av ett med laser- och infraröddetektor (12, 16) utrustat sökhuvud, i synnerhet ett dual-mod-sökhuvud enligt kraven 1 till 7, kännetecknad av att mållåsningen till ett med hjälp av laserpulser markerat mål (Z) sker genom följande faser: - upptäckande av en från målet (Z) reflekterad laserstrålning genom 4- kvadrantdetektorn (12), - orientering av visirlinjen mot målet (Z) genom styrning av vislrlinjen med hjälp av signaler vilka genereras genom signalbehandlingselektroniken (20) ur 4-kvadrant- detektorns (12) signaler, - låsning av infraröddetektor (16) signalbehandlingselektronik (20) till infrarödkonturen i ett valbart område i bildens mitt, - efterstyrning av visirlinjen på målet (Z) genom styrning av visirlinjen med hjälp av signaler, vilka genereras ur infraröddetektorns (16) signaler genom signalbehandlingselektroniken (20). 10 532 'IÛÛ 9. Metod enligt krav 8, kännetecknad av att man för identifiering av en tidssignaturi en sekvens av laserpulser jämför de av 4-kvadrantdetektorn (12) mottagna signalerna i sin tidssekvens med den förprogrammerade signaturen och att man enbart vid detekterad överensstämmelse frigör låsning av infraröddetektorn (16) till en infrarödkontur. 10,. Metod enligt kraven 8 och 9, kännetecknad av att en signal efter genomförd låsning av infraröddetektorn (16) överförs till màlbelysaren, där signalen kan användas för avstängning av målbelysaren.