EP1391681B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Echtzeit-Geländeaufklärung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Echtzeit-Geländeaufklärung Download PDF

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EP1391681B1
EP1391681B1 EP03018450A EP03018450A EP1391681B1 EP 1391681 B1 EP1391681 B1 EP 1391681B1 EP 03018450 A EP03018450 A EP 03018450A EP 03018450 A EP03018450 A EP 03018450A EP 1391681 B1 EP1391681 B1 EP 1391681B1
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image
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terrain
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/02—Aiming or laying means using an independent line of sight

Definitions

  • the invention relates to a method for real-time terrain clearance according to the preamble of claim 1 and an apparatus for carrying out this method according to the preamble of claim 7.
  • a combined image and sound transmission is made with analog signals for real-time terrain reconnaissance and for acquiring measurement data such as the air temperature, the wind direction, etc.
  • measurement data such as the air temperature or the like.
  • the sound carrier can be used by the quasi-scalar measurement data are modulated this.
  • this is only possible with a limited bandwidth of about 40 kbit / sec with NRZ data (non return to zero), ie with common bipolar, binary coded digital signals.
  • Another possibility is to use two mutually different carrier frequencies for the image signal transmission and for the measured data signal transmission.
  • the use of two mutually different carrier frequencies However, the use of two separate carrier frequencies also requires a considerable effort, because for these mutually different carrier frequencies, for example, suitable antennas are required.
  • An end-phase correctable search fuse ammunition and a method for controlling armored target objects with such ammunition is known from DE 35 16 673 C2.
  • DE 41 04 800 C2 discloses a device for real-time land reconnaissance by means of at least one sensor which can be moved as a load body of a carrier projectile in the manner of a submunition and whose information can be transmitted via a relay to a remote receiving station.
  • the at least one sensor and the relay are designed as a load body equipped with descent braking means of an artillery carrier projectile, which can be released from the carrier projectile after being fired over a target area to be verified.
  • the relay is equipped with a braking device for a much lower rate of descent than the rotating and thereby the target area spirally narrowing scanning sensor.
  • a reconnaissance device with a sensor unit, which is provided for detecting and localizing targets is known from EP 0 800 052 A2.
  • This known reconnaissance device is provided in an artillery projectile.
  • the reconnaissance device is connected to a buoyancy device, which between a space-saving collapsed in the artillery shell resting state and a released from the artillery projectile active state is changeable.
  • the buoyancy device serves to maintain the reconnaissance device at a corresponding height for a relatively long period of time, of the order of magnitude of up to ten minutes, over a target area for detection and localization thereof.
  • the reconnaissance sensor system comprises an optronics sensor and a high-frequency sensor, both of which are mounted vertically in the drone relative to the vertical at a small angle and are pivotable about the vertical at least by a certain arc length, preferably completely, so that a detected in overflown terrain potential target in different spectral ranges and directions - preferably in quick succession from opposite directions - detected and obtained in this way weather-independent contour-accurate sensor information and can be delivered by radio to a ground control station.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus of the type mentioned, wherein only a relatively small effort is required for the transmission of the image signals and the measurement signals.
  • digitized image and measurement data signals are transmitted from the reconnaissance missile to the receiver of the ground station.
  • This has the advantage that other methods, such as data compression and / or data encryption as opposed to transmitting analog signals, are easily implemented.
  • each image line is preferably provided with a sub-synchronization word, which allows, for example, a digitized graphics card of a decoder of the receiver of the ground station to perform a line synchronization.
  • a main sync word can be used in a particular image line, preferably in the last image line, through which the receiver's digital video card can recognize the image sync.
  • the measurement data scattered into the image data are treated like pixels and thus also displayed. This is possible because the measured data change virtually continuously and thus do not differ in the image representation of this.
  • FIG. 1 shows schematically in a block diagram a reconnaissance missile 10 with a transmitting antenna 12, a relay station 14 with a receiving antenna 16 and with a transmitting antenna 18, and a ground station 20 with a receiving antenna 22.
  • the ground station 20 has a receiver 24 and a decoder 26 which will be described below in connection with FIG.
  • FIG. 1 schematically illustrates the data connection between the reconnaissance missile 10 and the ground station 20 via the relay station 14.
  • the pixel signals Pik are input to an encoder 30.
  • the reconnaissance missile 10 has, in addition to the camera 28, a sensor device 32 for acquiring measured data Ai.
  • measurement data A1, A2, A14 and A14 are illustrated by way of example.
  • the measurement data of the sensor device 32 are input to an encoder 34, which is connected to the encoder 30 of the camera 28.
  • the encoder 30 has an output 36, on which a signal matrix 38 is given, as illustrated by way of example in FIG.
  • This signal matrix 38 i. the corresponding frame structure is input to a transmitter 40 and wirelessly transmitted to the ground station 20 by the corresponding transmitting antenna 12 (via a relay station 14 - see FIG.
  • the reference numeral 22 in Figure 2 the receiving antenna of the ground station 20 is designated.
  • the receiving antenna 22 is connected to the receiver 24 as mentioned above in connection with FIG.
  • the receiver 24 is connected via a bit synchronizer 40 to the decoder 26 already mentioned in connection with FIG.
  • the decoder 26 has an image output 42, measured data outputs 44 and an output 46, to which an interface 48 for measuring data selection is connected.
  • the interface 48 is connected to a device 50 for displaying the measured data.
  • a measurement data PC 52 is connected to the measured data outputs 44 of the decoder 26 to the measured data outputs 44 of the decoder 26 .
  • an image data interface 54 Connected to the image output 42 of the decoder 26 is an image data interface 54 which is connected to a digital graphics card 56.
  • the arrow 58 between the image data interface 54 and the digital graphics card 56 schematically illustrates the horizontal synchronization and the arrow 60 illustrates the vertical synchronization.
  • the arrow Pl, 1 between the image data interface and the digital graphic card with DSP (digital signal processor) illustrates the above-mentioned in connection with the camera 28 pixel 1 of the first image line.
  • the digital video card 56 also shows beside the corresponding image of the area to be cleared also a corresponding image of the recorded simultaneously by the reconnaissance missile measurement data.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Echtzeit-Geländeaufklärung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 7.
  • Üblicherweise wird zur Echtzeit-Geländeaufklärung und zum Erfassen von Meßdaten wie der Lufttemperatur, der Windrichtung usw. eine kombinierte Bild- und Tonübertragung mit analogen Signalen vorgenommen. Um Meßdaten wie die Lufttemperatur o.dgl. beispielsweise aus einem Geschoß oder einem Flugkörper zusätzlich zu den Bildsignalen des aufzuklärenden Geländes vom Aufklärungs-Flugkörper zu einem Empfänger einer Bodenstation zu übertragen, kann der Tonträger benutzt werden, indem die quasi skalaren Meßdaten diesem aufmoduliert werden. Das ist jedoch nur mit einer eingeschränkten Bandbreite von ca. 40 kBit/sec bei NRZ-Daten (non return to zero), d.h. bei gängigen bipolaren, binär kodierten Digitalsignalen möglich. Eine andere Möglichkeit besteht darin, für die Bildsignalübertragung und für die Meßdaten-Signalübertragung zwei voneinander verschiedene Trägerfrequenzen zu verwenden. Die Verwendung von zwei voneinander verschiedenen Trägerfrequenzen stellt jedoch eine Verschwendung der nur eingeschränkt zur Verfügung stehenden Frequenzbänder dar. Die Verwendung zweier getrennter Trägerfrequenzen bedingt außerdem einen erheblichen Aufwand, weil für diese voneinander verschiedenen Trägerfrequenzen beispielsweise geeignete Antennen erforderlich sind.
  • Ein Verfahren zur Echtzeit-Geländeaufklärung mittels eines Sensors sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist in der DE 33 13 648 C2 beschrieben.
  • Eine endphasen-korrigierbare Suchzünder-Munition und ein Verfahren zum Bekämpfen gepanzerter Zielobjekte mit einer solchen Munition ist aus der DE 35 16 673 C2 bekannt.
  • Die DE 41 04 800 C2 offenbart eine Einrichtung zur Echtzeit-Geländeaufklärung mittels wenigstens eines Sensors, der als Lastkörper von einem Trägerprojektil nach Art einer Submunition verbringbar ist und dessen Informationen über ein Relais an eine abgesetzte Empfangsstation übertragbar sind. Der mindestens eine Sensor und das Relais sind als mit Abstiegs-Bremsmitteln ausgestattete Lastkörper eines Artillerie-Trägerprojektiles ausgelegt, die nach Verschuß über ein zu verifizierendes Zielgebiet aus dem Trägerprojektil freigebbar sind. Das Relais ist mit einem Bremsmittel für wesentlich geringere Sinkgeschwindigkeit ausgestattet als der rotierend und dabei das Zielgebiet spiralförmig einengend abtastende Sensor.
  • Eine Aufklärungseinrichtung mit einer Sensoreinheit, die zum Detektieren und Lokalisieren von Zielen vorgesehen ist, ist aus der EP 0 800 052 A2 bekannt. Diese bekannte Aufklärungseinrichtung ist in einem Artilleriegeschoß vorgesehen. Die Aufklärungseinrichtung ist mit einer Auftriebseinrichtung verbunden, die zwischen einem im Artilleriegeschoß platzsparend zusammengelegten Ruhezustand und einem aus dem Artilleriegeschoß freigegebenen Aktivzustand veränderbar ist. Die Auftriebseinrichtung dient dazu, die Aufklärungseinrichtung während einer relativ langen Zeitspanne von größenordnungsmäßig bis zehn Minuten über einem Ziel bzw. Zielgebiet, zur Detektion und Lokalisierung desselben, auf einer entsprechenden Höhe zu halten.
  • Eine preiswerte und kleinbauende, vor allem aber leistungsfähige und allwettertaugliche Aufklärungssensorik für eine kleine Aufklärungs-Drohne ist aus der DE 197 14 539 A1 bekannt. Die Aufklärungssensorik weist einen Optronik-Sensor und einen Hochfrequenz-Sensor auf, die beide im wesentlichen vertikal aber der Vertikalen gegenüber um einen kleinen Winkel angestellt in die Drohne eingebaut und um die Vertikale wenigstens um eine gewisse Bogenlänge, vorzugsweise rundum, verschwenkbar sind, so daß ein im überflogenen Gelände erfaßtes potentielles Zielobjekt in unterschiedlichen Spektralbereichen und Richtungen - vorzugsweise kurz nacheinander aus einander entgegengesetzten Richtungen - erfaßt und auf diese Weise wetterunabhängig konturenscharfe Sensorinformationen gewonnen und über Funk an eine Bodenkontrollstation geliefert werden können.
  • Aus der Druckschrift EP 0 447 080 ist ein Verfahren zur Geländeaufklärung bekannt, bei dem eine Kamera ein Bild des aufzuklärenden Geländes aufnimmt und ein Sensor gleichzeitig Meßdaten erfaßt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, wobei zur Übertragung der Bildsignale und der Meßsignale nur ein vergleichsweise kleiner Aufwand erforderlich ist.
  • Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 und vorrichtungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 7 gelöst. Bevorzugte Aus- bzw. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 6 und bevorzugte Aus- bzw. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 8 bis 11 gekennzeichnet.
  • Erfindungsgemäß werden digitalisierte Bild- und Meßdaten-Signale vom Aufklärungs-Flugkörper zum Empfänger der Bodenstation übertragen. Das hat den Vorteil, daß weitere Verfahren wie eine Datenkompression und/oder eine Datenverschlüsselungim Gegensatz zur Übertragung analoger Signale - leicht implementierbar sind.
  • Für die Übertragung der digitalisierten Meßdaten-Signale wird ein geringer Prozentsatz der Pixel des jeweils zu übertragenden Bildes verwendet. Die Übertragung der digitalisierten Bildsignale erfolgt zweckmäßigerweise zeilenweise. Dabei wird jede Bildzeile vorzugsweise mit einem Unter-Synchronisationswort versehen, das es beispielsweise einer digitalisierten Grafikkarte eines Decoders des Empfängers der Bodenstation ermöglicht, eine Zeilensynchronisation durchzuführen. Außerdem kann in einer bestimmten Bildzeile, vorzugsweise in der letzten Bildzeile, ein Haupt-Synchronisationswort verwendet werden, durch das die digitale Grafikkarte des Empfängers die Bildsynchronisation erkennen kann. Desweiteren ist es möglich, einen Zeilenzähler zum Empfänger der Bodenstation mit zu übertragen.
  • Bei der Auswertung der Signale und der Darstellung der Bilddaten werden die in die Bilddaten eingestreuten Meßdaten, deren Position jeweils bekannt ist, wie Pixel behandelt und somit ebenfalls dargestellt. Das ist möglich, weil sich die Meßdaten quasi fortlaufend ändern und sich dadurch in der Bilddarstellung von dieser nicht unterscheiden.
  • Aufgrund der bekannten Position der Meßdaten im jeweiligen Bild, d.h. innerhalb der Bilddaten, ist eine Extraktion der Meßdaten aus dem gesamten Datenstrom in vorteilhafter Weise einfach möglich.
  • Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Echtzeit-Geländeaufklärung sowie ein Blockdiagramm des Rahmenaufbaus und der Bild- und Meßdaten-Extraktion sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Blockdarstellung der Vorrichtung zur Echtzeit-Geländeaufklärung,und
    Figur 2
    eine Blockdiagrammdarstellung des Rahmenaufbaus der Bild- und Meßdaten-Extraktion der Vorrichtung gemäß Figur 1.
  • Figur 1 zeigt schematisch in einer Blockdarstellung einen Aufklärungs-Flugkörper 10 mit einer Sendeantenne 12, eine Relaisstation 14 mit einer Empfangsantenne 16 und mit einer Sendeantenne 18, sowie eine Bodenstation 20 mit einer Empfangsantenne 22. Die Bodenstation 20 weist einen Empfänger 24 und einen Decoder 26 auf, die nachfolgend n Verbindung mit Figur 2 beschrieben werden. Die Figur 1 verdeutlicht schematisch die Datenverbindung zwischen dem Aufklärungs-Flugkörper 10 und der Bodenstation 20 über die Relaisstation 14.
  • Figur 2 verdeutlicht in einer Blockdarstellung den Rahmenaufbau und die Bild- und Meßdaten-Extraktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Echtzeit-Geländeaufklärung mit einer Kamera 28 eines Aufklärungs-Flugkörpers 10 gemäß Figur 1. Die Kamera 28 generiert Pixel Pik mit
    • Pl,l = Pixel 1 der ersten Bildzeile
    • Pl,n = Pixel n der ersten Zeile,
    • Pm,l = Pixel 1 der m-ten Zeile, und
    • Pm,n = n-tes Pixel der m-ten Zeile.
  • Die Pixelsignale Pik werden in einen Encoder 30 eingegeben.
  • Der Aufklärungs-Flugkörper 10 (sh. Figur 1) weist außer der Kamera 28 eine Sensoreinrichtung 32 zum Erfassen von Meßdaten Ai auf. In Figur 2 sind beispielhaft Meßdaten A1, A2, A14 und A14 verdeutlicht. Die Meßdaten der Sensoreinrichtung 32 werden in einen Encoder 34 eingegeben, der mit dem Encoder 30 der Kamera 28 verbunden ist. Der Encoder 30 weist einen Ausgang 36 auf, an dem eine Signal-Matrix 38 gegeben ist, wie sie in Figur 2 beispielhaft verdeutlicht ist. Diese Signal-Matrix 38, d.h. der entsprechende Rahmenaufbau, wird in einen Sender 40 eingegeben und durch die entsprechende Sendeantenne 12 (über eine in Figur 2 nicht dargestellte Relaisstation 14 - sh. Figur 1 -) an die Bodenstation 20 drahtlos übertragen. Mit der Bezugsziffer 22 ist auch in Figur 2 die Empfangsantenne der Bodenstation 20 bezeichnet. Die Empfangsantenne 22 ist mit dem Empfänger 24 verbunden, wie er oben in Verbindung mit Figur 1 erwähnt worden ist. Der Empfänger 24 ist über einen Bitsynchronizer 40 mit dem bereits in Verbindung mit Figur 1 erwähnten Decoder 26 verbunden. Der Decoder 26 weist einen Bildausgang 42, Meßdaten-Ausgänge 44 sowie einen Ausgang 46 auf, an den ein Interface 48 zur Meßdaten-Selektion angeschlossen ist. Das Interface 48 ist mit einer Einrichtung 50 zur Darstellung der Meßdaten verbunden. An die Meßdaten-Ausgänge 44 des Decoders 26 ist ein Meßdaten-PC 52 angeschlossen.
  • An den Bildausgang 42 des Decoders 26 ist ein Bilddaten-Interface 54 angeschlossen, das mit einer digitalen Grafikkarte 56 verbunden ist. Der Pfeil 58 zwischen dem Bilddaten-Interface 54 und der digitalen Grafikkarte 56 verdeutlicht schematisch die Horizontal-Synchronisation und der Pfeil 60 die Vertikal-Synchronisation. Der Pfeil Pl,1 zwischen dem Bilddaten-Interface und der digitalen Grafikkarte mit DSP (digital signal processor) verdeutlicht das weiter oben in Verbindung mit der Kamera 28 angegebene Pixel 1 der ersten Bildzeile. Die digitale Grafikkarte 56 zeigt also neben dem entsprechenden Bild des aufzuklärenden Geländes auch ein entsprechendes Bild der vom Aufklärungs-Flugkörper gleichzeitig aufgenommenen Meßdaten.
    • Bezugsziffernliste:
    • 10
    Aufklärungs-Flugkörper
    12
    Sendeantenne (von 10)
    14
    Relaisstation
    16
    Empfangsantenne (von 14)
    18
    Sendeantenne (von 14)
    20
    Bodenstation
    22
    Empfangsantenne (von 20)
    24
    Empfänger (von 20)
    26
    Decoder (von 20)
    28
    Kamera (von 10)
    30
    Encoder (für 28)
    32
    Sensoreinrichtung (von 10)
    34
    Encoder (von 32)
    36
    Ausgang (von 30)
    38
    Signal-Matrix (an 36)
    40
    Bitsynchronizer (an 36)
    42
    Bildausgang (von 26)
    44
    Meßdaten-Ausgänge (von 26)
    46
    Ausgang (von 26 für 48)
    48
    Interface (für 50)
    50
    Einrichtung zur Meßdaten-Darstellung
    52
    Meßdaten-PC (an 44)
    54
    Bilddaten-Interface (für 56)
    56
    digitale Grafikkarte
    58
    Pfeil / Horizontalsynchronisation (zwischen 54 und 56)
    60
    Pfeil / Vertikalsynchronisation (zwischen 54 und 56)

Claims (10)

  1. Verfahren zur Echtzeit-Geländeaufklärung, wobei mittels einer Kamera (28) eines Aufklärungs-Flugkörpers (10) ein Bild des aufzuklärenden Geländes aufgenommen wird und die entsprechenden Bildsignale drahtlos zu einem Empfänger (24) einer Bodenstation (20) übertragen werden, und wobei mittels einer Sensoreinrichtung (32) des Aufklärungs-Flugkörpers (10) gleichzeitig Meßdaten erfaßt und die entsprechenden Meßdatensignale simultan zum Empfänger (24) übertragen werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Bildsignale und die Meßdaten digitalisiert werden, wobei ein bestimmter kleiner Prozentsatz der Pixel des jeweiligen Gelände-Bildes für die Übertragung der digitalisierten Meßdatensignale verwendet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Übertragung der Bildsignale zeilenweise erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jede Bildzeile mit einem Unter-Synchronisationswort versehen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in einer bestimmten Bildzeile, vorzugsweise in der letzten Bildzeile, ein Haupt-Synchronisationswort verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zum Empfänger (24) ein Zeilenzähler mit übertragen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die digitalisierten Bild- und Meßdatensignale über eine Relaisstation (14) zum Empfänger (24) der Bodenstation (20) übertragen werden.
  7. Vorrichtung zur Echtzeit-Geländeaufklärung, mit einer Kamera (28) eines Aufklärungs-Flugkörpers (10) zur Aufnahme des aufzuklärenden Geländes, mit einer Sensoreinrichtung (32) des Aufklärungsflugkörpers (10) zum gleichzeitigen Erfassen von Meßdaten, und mit einem Empfänger (24) einer Bodenstation (20), wobei die dem Gelände entsprechenden Bildsignale und die den Meßdaten entsprechenden Meßdatensignale simultan drahtlos zu dem Empfänger (24) der Bodenstation (20) übertragen werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Sensoreinrichtung (32) mit einem ersten Encoder (34) und daß die Kamera (28) mit einem zweiten Encoder (30) verbunden ist, wobei der erste Encoder (34) mit dem zweiten Encoder (30) derart zusammengeschaltet ist, daß ein bestimmter kleiner Prozentsatz der Pixel des jeweiligen Gelände-Bildes für die digitalisierten Meßdatensignale verwendet wird und daß der Empfänger (24) einen Decoder (26) mit einem Bildausgang (42) und Meßdaten-Ausgänge (44) aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Bildausgang (42) des Decoders (26) mit einer digitalen Grafikkarte (56) verbunden ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die digitale Grafikkarte (56) mit dem Bildausgang (42) des Decoders (26) mittels eines Bilddaten-Interfaces (54) zusammengeschaltet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß an die Meßdaten-Ausgänge (44) des Decoders (26) ein Meßdaten-PC (52) angeschlossen ist.
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