DE3421141C2

DE3421141C2 -

Info

Publication number: DE3421141C2
Application number: DE19843421141
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 8035 Stockdorf De Dietrich
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: DIETRICH, KLAUS, PROF. DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., 87
Priority date: 1984-06-07
Filing date: 1984-06-07
Publication date: 1989-04-20
Also published as: DE3421141A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugkörper-Identifikationssystem mit einem Markierungsstrahler zur Steuerung des Flugkörpers von einer Bodenlenkanlage aus, wobei zur Identifizierung wellenlängenabhängige CCD-Sesoren für mehrere Wellenlängenbereiche verwendet werden.

Durch die DE-OS 31 24 716 ist eine Anordnung zur mehrspektralen Abbil dung von Zielen bekanntgeworden, bei dem eine Optik auf einem ladungs gekoppelten Halbleiterelement die Zielpunkte abbildet und jedes dieser Halbleiterelemente mit einer Vielzahl von Einzeldetektoren ausgestattet ist, die jeweils in zwei Teilbereiche zusammengefaßt sind, die für unterschiedliche Wellenlängen empfindlich sind, wobei die Ausgangssigna le jedes Einzeldetektors einer Ladungstransferschaltung (CCD-Bereich) zugeführt werden. Alle bisher bekannten Flugkörper-Identifikationssyste me verwenden als Markierungslichtquelle sogenannte Glühstrahler, die abgesehen von der Begrenzung der Reichweite und der starken Erwärmung im Heckteil des Flugkörpers auch den Nachteil haben, daß keine Identifi zierbarkeit gegen andere Störlichtquellen gegeben ist.

Durch die US-PS 42 47 059 ist ein automatisches Flugkörper-Tracking- und Führungssystem bekanntgeworden, bei dem eine Infrarotsignatur verwendet wird. Dies setzt jedoch voraus, daß der Operateur bei diversen IR-Strah lungen eine Schutzbrille trägt. Wesentlich aber ist, daß diese Strahlung zu den sogenannten "Planckschen" Strahlen zählt und im Wellenbereich von 800 bis 900 mm eine nur geringfügige Abhängigkeit der Emission von der Wellenlänge zeigt, eine spektrale Identifikation ist hier nicht gegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flugkörper- Identifikationssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine sichere Lenkung von Flugkörpern über große Entfernungen durch eine spektrale und zeitcodierte Identifizierung und Verfolgung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 niedergelegten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert und in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 den Aufbau des Markierungsstrahlers im Flugkör per,

Fig. 2 das Flugkörper-Ortungssystem mit Spektral- und Zeit-Identifikation in einem Blockschaltbild.

Die in Fig. 1 gezeigte schematische Darstellung eines Flugkörpers 10, der von einer Bodenlenkanlage 20 ge steuert wird, weist eine von einem Zeitcodegenerator 16 und einem Blitzimpulsgenerator 15 gesteuerte Licht quelle 11 auf, die als sogenannte Xenon- oder Kryp ton-Kurzbogen-Entladungslampe ausgebildet ist, d. h. eine Edelgas-Hochdrucklampe (bevorzugt Kurzbogen), die gepulst betrieben wird. Bei diesen Lampen wird et wa die Hälfte der gesamten emittierten Strahlung als Linienstrahlung abgegeben, die beispielsweise bei Xe non-Lampen im Bereich zwischen ca. 820 bis 840 nm und ca. 880 bis 900 nm liegt und bei Bedarf die Strahlung im sichtbaren Bereich durch zusätzliche Absorptions filter eliminiert wird. Das Licht dieser Lampe wird nun beispielsweise mit Hilfe eines aus einem Hohlspie gel 12 und einer Linse 13 bestehenden optischen Sy stems gebündelt und in einem kleinen Raumwinkel ϕ - dem Abstrahlwinkel - zur Flugkörper-Bodenlenkanlage 20 abgestrahlt.

Der Abstrahlwinkel ist entweder fest oder er ändert sich nach einer vorgegebenen Funktion abhängig von der Flugkörper-Entfernung zur Erzielung größerer Flug körper-Reichweiten. Das optische System zur Bündelung ist entweder starr im Flugkörper angeordnet oder es entfaltet sich während dessen Fluges. Die Lichtab strahlung erfolgt nun

a) gepulst mit konstanter mittlerer Strahlungslei stung,
b) gepulst mit konstanter mittlerer Impulsrate, je doch mit flugkörperentfernungsabhängiger Impulslei stung,
c) gepulst mit konstanter mittlerer Impulsleitung, jedoch mit flugkörperentfernungsabhängiger Impuls rate.

Um nun die Identifizierung des Flugkörpers unter ei ner Vielzahl von verschiedenen Lichtquellen absolut sicher zu gewährleisten, sind einzeln oder in Kombi nation, eine spektrale und eine zeitliche Identifika tion in der Bodenlenkanlage 20 vorgesehen.

Im Gegensatz zu den Glühstrahlern (Planck'sche Strah ler), wie beispielsweise das Sonnenlicht, brennendes Material, Leuchtsätze etc. - die im Wellenlängenbe reich zwischen 800 bis 900 nm nur eine geringfügige Abhängigkeit der Emission von der Wellenlänge zeigen, besitzt die Strahlung einer Edelgas-Hochdrucklampe - hier im Beispiel eine Xenon-Kurzbogenlampe 11 - ei ne Strahlung, deren Hauptmaxima bei ca. 820 nm und 880 nm liegen und ein starkes Minimum bei ca. 850 nm aufweist. Bei der spektralen Identifikation wird die Strahlung I _max der Lichtquellen im Wellenlängenbe reich eines der beiden Hauptmaxima und die Strahlung I _min im Bereich des Minimums bestimmt. Durch eine ein fache Auswertearithmetik-Differenz-, Quotientenbil dung etc., läßt sich ein Objekt mit Xenon-Strahlung also leicht und zuverlässig von Objekten Planck'scher Strahlung trennen bzw. unterscheiden, es ist also ei ne einwandfreie spektrale Identifikation erreicht.

Bei der zeitlichen Identifikation sieht die Erfindung vor, daß der Flugkörper 10 von der Bodenlenkanlage 20 lediglich von einer elektronischen Kamera verfolgt wird. In der gezeichneten Ausführungsform wird diese Kamera durch CCD-Flächenarrays dargestellt, deren Pho tosensoren eine Integrationszeit pro Bild aufweisen, die groß gegen die Blitzzeit des Flugkörper-Markie rungsstrahlers ist. Typische Werte für die Integra tionszeit liegen bei 40 msec und für die Blitzzeit bei 1 msec. Um nun den Flugkörper sicher zu verfolgen ist es erforderlich, daß pro Bild mindestens ein Lichtblitz registriert wird, wobei es zunächst zur Bilderzeugung gleichgültig ist, wann dieser Lich blitz registriert wird, beispielsweise zu Beginn, in der Mitte oder gegen Ende der Integrationszeit. Die ser Freiheitsgrad wird nun beim zeitlichen Identifi kationsverfahren ausgenützt, wobei der Flugkörper 10 zu beliebig vorprogrammierten Zeitpunkten Lichtblitze aussendet. Dieser Zeitcode ist sowohl dem Flugkörper als auch der Bodenlenkanlage 20 bekannt, d. h. in ih nen gespeichert. In der Bodenlenkanlage 20 wird je weils nur das Licht innerhalb der schmalen Zeitfen ster der Breiten von den Sensoren 26, 27, 28 regi striert. Die Zeitfenster werden entweder mit mechani schen Mitteln - beispielsweise Blenden - oder elektro nischen Mitteln - wie beispielsweise elektronischen Verschlüssen in Form von gepulst betriebenen Bildver stärkern oder Flüssigkristall-Blenden - realisiert.

Zur eindeutigen Identifikation des Flugkörpers ist es daher nur mehr erforderlich, in der Bodenlenkanla ge 20 zu überprüfen, ob das von einer Lichtquelle emittierte Licht zu den vereinbarten Zeitpunkten ge mäß des Zeitcodes aufgetreten ist oder auch zwischen den definierten Zeitfenstern. Im ersten Fall handelt es sich um den gesuchten Flugkörper, im letzteren um eine Störlichtquelle.

Die Fig. 2 der Zeichnung zeigt nun ein Ausführungs beispiel einer Bodenlenkanlage für den Flugkörper, deren Ortungssystem als Spektral- und Zeit-Identifika tionssystem ausgebildet ist. Wie vorstehend schon aus geführt, liefert eine Xenon-Kurzbogen-Entladungslampe 11 im Flugkörper 10 Lichtblitze 21 im Takt des Zeit codegenerators 16. Die Entladungslampe 11 ist zwi schen einem Hohlspiegel 12 und einer Linse 13 gela gert, wodurch der Lichtblitz 21 gebündet wird (Ab strahlwinkel ϕ). Eine Positioniereinheit 14 verändert diesen Abstrahlwinkel in Abhängigkeit von der Flug körper-Lenkanlagenentfernung. Beim Abschuß eines Flug körpers werden die Zeitcodegeneratoren 16 des Flugkör pers 29 und der Bodenlenkanlage 20 synchronisiert.

Mit Hilfe der Eingangsoptik 22 der Bodenlenkanlage 20 wird das Gebiet, in dem sich der Flugkörper 10 be wegt, samt allen Störlichtquellen auf drei Sensoren 26, 27, 28 gleichzeitig abgebildet. Diese Sensoren bestehen in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel aus einem Bildverstärker (Microkanalplatte MCP) mit daran angekoppeltem CCD-Sensor. Die MCP hat dabei nur die Funktion eines schnellen optischen Verschlusses. Durch Anlegen einer Spannung aus den MCP-Treibern 30, 31 werden die MCP funktionsfähig gemacht, während das angekoppelte CCD-Glied die innerhalb dieser Zeit auf die MCP fallende Lichtstrahlung 21 registriert.

Den Filtern 24 und 25 sind Strahlteiler 23 a, b, c zugeordnet. Hierbei ist das Filter 24 im Spektralbe reich der Strahlungsmaxima der Blitzlicht-Linienstrah lung 21 durchlässig und zeigt bei anderen Strahlungen eine hohe Absorption. Das Filter 25 ist so gewählt, daß er eine hohe Durchlässigkeit im Bereich des Emis sionsminimums zwischen den Emissionsmaxima der Blitz lichtlampenstrahlung 21 hat, während es in den übri gen Fällen undurchlässig ist.

Vom MCP-Driver 31 werden zu den Zeitpunkten t _i der erwarteten Lichtblitze nur die MCP-CCD-Sensoren 27 und 28 eingeschaltet, der Sensor 26 jedoch ausgeschal tet. In den Zeitintervallen, in denen keine Lichtlbit ze vom Flugkörper zu erwarten sind, ist es umgekehrt, da ist der Sensor 26 eingeschaltet und 27, 28 ausge schaltet. Alle drei Sensoren 26, 27, 28 werden paral lel ausgelesen und deren Signale verstärkt und zur Flugkörper-Identifikation verarbeitet, beispielsweise logarithmiert. Hierzu dient die Auswerteeinheit 40, die in einem Blockschaltbild schematisch skizziert ist. Handelt es sich nun bei einem registrierten Lichtpunkt um den Flugkörper 10, dann gilt für das Ausgangssignal am Subtrahierer 1 B - A » 0 und im Fall eines Planck'schen Störstrahlers B - A ≅ 0. Der Diskri minator 1 erzeugt ein digitales Ausgangssignal und zwar "1" für die Flugkörperstrahlung und "0" für Planck'sche Strahlung.

Um nun den Flugkörper sicher von fremder Xenon-Stör strahlung zu unterscheiden, erzeugt der Subtrahierer 2 ein Ausgangssignal A-B, wobei folgende Beziehung gilt:

A-B ≅ 0 wenn Strahlung außerhalb der de finierten Zeitintervalle regi striert wurde,
A-B « 0 für den Flugkörper

Der Diskriminator 2 erzeugt ein digitales Ausgangssig nal und zwar "1" für den Flugkörper bei korrektem Zeitcode und "0" bei Störstrahlung bzw. bei inkorrek tem Zeitcode.

Mit Hilfe des UND-Gatters und des Video-Schalters wird aus dem Bild des MCP-CCD-Sensors 27 ein Videosignal zur Weiterverarbeitung erzeugt, bei dem alle Lichtquel len, die nicht im vereinbarten Zeitcode gesendet haben und deren Strahlung nicht der spektralen Charakteri stik der Blitzlichtstrahlung entsprachen, augeblen det. Damit ist ein Höchstmaß an Störsicherheit zur Flugkörper-Identifizierung erreicht und dies bei größ ter Flugkörper-Reichweite und mit geringstem Energie verbrauch des Flugkörper-Markierungsstrahlers.

Die Anzahl der Sensoren 26, 27, 28 kann nun auf einen einzigen Sensor reduziert werden, wenn ein solcher ent sprechend der Patentanmeldung 31 19 184.3 verwendet wird und die Aufnahme der Bilder in den beiden Spek tralbereichen im Zeitmultiplexverfahren durchgeführt werden, wobei für das jeweilige Bild ein digitaler Bildspeicher verwendet wird.

Claims

1. Flugkörper-Identifikationssystem mit einem Markierungsstrahler, der mit einer Edelgas-Hochdrucklampe versehen ist, zur Steuerung des Flugkörpers von einer Bodenlenkanlage aus, wobei zur Identifizierung des Flugkörpers wellenlängenabhängige CCD-Sensoren für mehrere Wellenlängen bereiche verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugkör per-Markierungsstrahler mittels eines Zeitcodegenerators (16, 29) und eines Blitzimpulsgenerators (15) programm- bzw. zeitgesteuerte Licht blitze (21) über ein optisches System zur Lichtbündelung (12, 13, 14) abstrahlt, wobei in der Bodenlenkanlage (20) zur Flugkörperverfolgung eine elektronische Kamera (CCD-Flächenarray) angeordnet ist und zur Flugkörper-Identifikation der Eingangsoptik (22) drei aus einem Bildver stärker und einem daran angekoppelten CCD-Sensor gebildete Empfangssen soren (26, 27, 28) zugeordnet sind.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photosensoren der elektronischen Kamera eine Integrationszeit pro Bild aufweisen, die groß gegen die Blitzzeit des Flugkörper-Markierungsstrah lers ist.

3. System nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Edelgas-Hochdrucklampe (11) eine Xenon-Kurzbogen-Entladungslampe verwendet wird.

4. System nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System zur Lichtbündelung aus einem Hohlspiegel (12) und einer Linse (13) sowie einer Positioniereinheit (14) besteht.

5. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Identifikation in der Bodenlenkanlage (20) der Eingangsoptik ein im Spektralbereich der Strahlungsmaxima der Blitzlam pen-Linienstrahlung durchlässiger Filter (24) und ein im Bereich des zwischen den Emissionsmaxima liegenden Emissionsminimums durchlässiger Filter (25) zugeordnet ist.

6. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flugkörper-Identifikation in der Bodenlenkanla ge (20) die Bildverstärker als elektrooptische Verschlüsse verwendet werden, die zeitsynchron zu den programm- bzw. zeitgesteuerten Licht blitzen des Flugkörpers geöffnet bzw. geschlossen werden.