DE202007018452U1 - Search head for a guided missile for detecting and tracking a target - Google Patents
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Abstract
Dual-Mode-Suchkopf für einen Lenkflugkörper zur Erfassung und Verfolgung eines mittels Laserpulsen markierten Zieles (Z), der einen die reflektierten Laserstrahlen und einen die von dem Ziel (Z) emittierte IR-Strahlung aufnehmenden Detektor (12, 16) aufweist und mit einer Signalverarbeitungselektronik (20) die nach Zielmarkierung durch die Laserpulse die Zielanflugphase des Lenkflugkörpers steuernden Lenksignale liefert, gekennzeichnet durch einen auf die reflektierte Laserstrahlung ansprechenden 4-Quadranten-Detektor (12) und ein auf die vom Ziel (Z) emittierte IR-Strahlung ansprechendes ungekühltes bildgebendes IR-Bolometer (16), welche über ein gemeinsames bispektrales Objektiv (18) gespeist werden, dies alles in derartiger Anordnung, dass über die Signalverarbeitungselektronik (20) nach erfasster Laser-Zielmarkierung die Lenksignale für den Ziel-Endanflug des Lenkflugkörpers allein über die Signale des bildgebenden IR-Solometers (16) erzeugt werden.Dual-mode seeker for a missile for acquisition and tracking a target (Z) marked by laser pulses, one of the reflected laser beams and receive an IR radiation emitted from the target (Z) Detector (12, 16) and with a signal processing electronics (20) the target approach phase after targeting by the laser pulses of steering missile steering signals supplies, characterized by a 4-quadrant detector responsive to the reflected laser radiation (12) and responsive to the IR radiation emitted from the target (Z) uncooled IR-imaging bolometer (16), which over a common bispectral lens (18) are fed, this everything in such an arrangement that over the signal processing electronics (20) after detected laser target marking the steering signals for the final destination approach of the guided missile alone over the signals of the imaging IR solometer (16) are generated.
Description
Die Neuerung betrifft einen Suchkopf für Lenkflugkörper zum Erfassen und Verfolgen eines mittels Laserpulsen markierten Zieles, der einen die reflektierten Laserstrahlen und einen die vom Ziel emittierte IR-Strahlung aufnehmenden Detektor umfasst, deren Signale von einer Signalverarbeitungselektronik in die Zielanflugphase des Flugkörpers steuernde Lenksignale umgeformt werden sowie ein Verfahren zu dessen Anwendung.The Innovation concerns a seeker head for guided missiles for detecting and tracking a laser pulse marked Zieles, one the reflected laser beams and one the comprises IR radiation receiving detector emitted by the target, their signals from a signal processing electronics in the Zielanflugphase steering signals controlling the missile are reshaped and a method for its use.
Solche
Suchköpfe sind als sogenannte Dual-Mode-Suchköpfe
bekannt, wie z. B. die
Der technische Aufwand hierfür ist groß. Beide Detektoren müssen hierzu ein gleichgroßes Bildfeld aufweisen, so dass erhebliche Schwierigkeiten für die Optiken der Detektoren – reflektierte Laserimpulse liegen im Wellenbereich von 1.06 μm, emittierte IR-Strahlung liegt im Wellenbereich von 3–5 μm – entstehen. Darüber hinaus muss der bildgebende Detektor gekühlt werden. Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus der Notwendigkeit, das zu erreichende Ziel bis zum Ende des Zielanfluges zu markieren. Auf diese Weise wird einem Gegner die Möglichkeit eröffnet, Abwehrmaßnahmen gegen den Standort des Laser-Designators einzuleiten.Of the technical effort for this is great. Both detectors must have an equally large image field for this, causing considerable difficulty for the optics of the Detectors - reflected laser pulses are in the wave range of 1.06 μm, emitted IR radiation is in the wave range of 3-5 μm - arise. About that In addition, the imaging detector must be cooled. One Another disadvantage arises from the need to achieve that Target to mark until the end of the target approach. In this way an opponent is given the opportunity to take defensive measures against the location of the laser designator.
Obzwar ein derartiger Suchkopf in drei unterschiedlichen Modi betrieben werden kann, nämlich als semi-aktiver last-pulse-logic Sucher, als IR-Sucher oder als Laser-IR-korrelierter Sucher, haben in Folge der vorstehend genannten Nachteile solche Suchköpfe keinen Eingang in die Praxis gefunden.although Such a seeker operated in three different modes can be, namely as a semi-active last-pulse-logic Viewfinder, as an IR viewfinder or as a laser IR correlated viewfinder as a result of the aforementioned disadvantages such seekers no entrance to the practice found.
Hier setzt nun die Neuerung ein, deren Aufgabe es ist, einen neuen Dual-Mode-Suchkopf zu schaffen, der besser als bisher für den Einsatz in Verbindung mit selbst angetriebenen Lenkflugkörpern geeignet ist.Here Now put the innovation, whose task is a new dual-mode seeker to create that better than before for use in conjunction is suitable with self-propelled guided missiles.
Diese Aufgabe ist gemäß der Neuerung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.These Task is according to the innovation by the features of claim 1.
Weitere Merkmale der Neuerung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further Features of the innovation will be apparent from the dependent claims.
Die Neuerung ermöglicht, den Laserspot-Sensor zur Entdeckung und Identifizierung eines lasermarkierten Ziels und einen ungekühlten bildgebenden IR-Sensor zur autonomen Zielverfolgung im Endanflug unter Bestimmung des Treffpunktes auf das Ziel über ein gemeinsames bispektrales Objektiv zu betreiben. Hierzu dient ein spektraler Strahlteilerspiegel und eine Relay-Optik im Lasersensorkanal, durch die das Bildfeld des Laserspot-Sensors weitgehend unabhängig von dem des IR-Sensors unter Kontrolle der optischen Aberration gewählt werden kann. Über eine Signalverarbeitungselektronik werden die Lenksignale in Abhängigkeit der Sensorsignale erzeugt und erfolgt der operationelle Ablauf der Zielaufschaltung und -verfolgung nach Abschuss des Lenkflugkörpers.The Innovation allows the laser spot sensor to be discovered and identifying a laser-marked target and an uncooled imaging one IR sensor for autonomous target tracking in final approach under determination of the meeting point to the target via a common bispectral lens to operate. For this purpose, a spectral beam splitter mirror and a relay optics in the laser sensor channel through which the image field of the Laser spot sensor largely independent of that of the IR sensor be chosen under the control of optical aberration can. About a signal processing electronics are the Steering signals generated in dependence of the sensor signals and the operational sequence of the target activation and tracking follows Launch of the guided missile.
Die neuerungsgemäße Ausbildung des Dual-Mode-Suchkopfes ist besonders vorteilhaft, da im Unterschied zu einem Suchkopf nur mit einem Laserspot-Sensor der IR-Sensor die Reduzierung der Zeit für die aktive Zielbeleuchtung auf ein Minimum erlaubt, nämlich bis zum Aufschalten des als Zieltrackers arbeitenden IR-Sensors. Ein Suchkopf mit nur einem bildgebenden IR-Sensor müsste dagegen zum Erreichen der operationell notwendigen Entdeckungs- und Identifizierungsreichweiten in deutlich aufwendigerer Technologie, nämlich mit gekühlten MCT- oder InSb-Sensoren hergestellt werden. Zur Entdeckung des Zieles müsste ein großes Sehfeld abgedeckt werden, zur Identifizierung muss eine hohe geometrische Auflösung realisiert werden. Dies erfordert einen teuren Sensor mit einer sehr großen Anzahl von Pixeln.The modern design of the dual-mode seeker head is particularly advantageous since, in contrast to a seeker only with a laser spot sensor the IR sensor will reduce the time for the active target lighting allowed to a minimum, namely until the onset of working as a target tracker IR sensor. A seeker head with only one IR imaging sensor would have to on the other hand, to achieve the operationally necessary detection and identification ranges in much more sophisticated technology, namely with cooled MCT or InSb sensors getting produced. To discover the goal would have to large field of vision must be covered, to identify a high geometric resolution can be realized. This requires an expensive sensor with a very large number of pixels.
Der Vorteil der Neuerung besteht also insbesondere darin, dass die Aufgaben der Entdeckung und Identifizierung des Ziels dem Laserkanal zugeordnet werden, wo sie von einem einfachen Detektor wie einer 4-Quadranten-Photodiode erledigt werden können. Da die geometrische Auflösung dieses Detektors außerhalb der Bildmitte sehr gering ist, lässt sich leicht eine passende Optik realisieren, die ein zur Detektion vorteilhaftes großes Bildfeld überträgt.Of the Advantage of the innovation is therefore in particular that the tasks the discovery and identification of the target assigned to the laser channel where they are from a simple detector such as a 4-quadrant photodiode can be done. Because the geometric resolution this detector is very low outside the center of the image, can be easily realized a matching optics, the transmits an image field advantageous for detection.
Anschließend steuert der Lasersensor die Visierlinie so, dass das identifizierte Ziel im Sehfeld beider zueinander ausgerichteter Sensoren zentriert ist. Dann übernimmt ein dem IR-Bildsensor nachgeschalteter passiver Zieltracker die IR-Zielkontur in der Sensormitte, so dass die aktive Zielbeleuchtung ausgeschaltet werden kann. Für diese Aufgabe benötigt der IR-Bildsensor lediglich ein kleines Sehfeld. Die thermische und geometrische Auflösung des IR-Bildsensors reichen aus, um eine Tracker-Aufschaltung sicher zu ermöglichen. Dies stellt aber deutlich geringere Anforderungen an den Sensor und die zugehörige Bildverarbeitung als eine Identifizierung in derselben Zielentfernung.Subsequently, the laser sensor controls the sighting line so that the identified target is centered in the field of view of both aligned sensors. Then a passive target tracker following the IR image sensor takes over the IR target contour in the center of the sensor so that the active target illumination can be switched off. For this task, the IR image sensor only needs a small field of view. The thermal and geometric resolution of the IR image sensor is sufficient to safely enable tracker engagement. However, this places significantly lower demands on the sensor and the associated image processing as an identifier at the same target distance.
Der
"einäugige" Aufbau mit gemeinsam genutztem bispektralen
Objektiv ermöglicht eine besonders vorteilhafte kompakte
Anordnung mit einfach zu realisierender Harmonisierung der optischen
Achsen und ist zudem kostengünstig. In der Regel werden
reflektive Optiken für bispektrale Abbildungen genutzt, wenn
die abzubildenden spektralen Bereiche weit auseinander liegen (vgl.
etwa
Schließlich kann der Laserkanal auch mit einem aktiven Laser-Entfernungsmesser bestückt werden, was eine zusätzliche Anwendung eines integrierten Abstandszünders ermöglicht. Für den Gefechtseinsatz ist insbesondere vorteilhaft, dass die Ermittlung des Standortes des Laser-Designators und die Einleitung von Gegenmaßnahmen erschwert, wenn nicht gar unmöglich gemacht werden.After all The laser channel can also work with an active laser rangefinder be populated, giving an additional application an integrated distance fuze allows. For the combat mission is particularly advantageous that the determination of the location of the laser designator and the introduction of countermeasures makes it difficult, if not impossible be made.
Neben der beschriebenen Dual-Mode Betriebsart, bei der die beiden Sensoren sequenziell die Ablagesignale generieren, die zur Ausrichtung und Nachführung der Visierlinie in Bezug auf das Ziel dienen, sind natürlich weiterhin auch die einfachen Betriebsarten möglich: Steuerung durch den Lasersensor allein bei permanenter Zielbeleuchtung bis zum Einschlag oder rein passive Bekämpfung, indem ein Bediener das Ziel im Bild des IR-Sensors markiert und damit einen Zieltracker aufschaltet.Next the described dual-mode mode, in which the two sensors sequentially generate the filing signals for alignment and tracking serve the sighting line in relation to the goal are natural furthermore also the simple operating modes possible: Control through the laser sensor alone with permanent target lighting up for impact or purely passive combat by an operator marks the target in the image of the IR sensor and thus a target tracker aufschaltet.
Die Neuerung ist nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.The Innovation is below in the drawing more or described less schematically illustrated embodiment.
Es zeigen:It demonstrate:
Eine
mögliche Flugbahn eines einen Dual-Mode-Suchkopf tragenden
Lenkflugkörpers umfasst, wie
Hierzu
umfasst der insgesamt mit der Bezugsziffer
Als
IR-Sensor dient ein bildgebender Mikrobolometer-Sensor in Form eines
ungekühlten Detektor-Arrays mit 160 × 120 Pixeln
(Focal-Plane-Array Typ UL 02 051, Firma Ulis, Grenoble), das über
den spektralen Strahlenteiler
Die
Relay-Optik
Der
Dual-Mode-Suchkopf
Die
Signalverarbeitung des vorstehend beschriebenen Dual-Mode-Suchkopfes
ist in
Der vorstehend beschriebene Dual-Mode-Suchkopf mit seiner bispektralen Optik zeichnet sich durch eine kompakte, wenig Raum beanspruchende Bauform bei gleichzeitig hoher Suchleistung aus, so dass dieser auch bei kardanischer Lagerung lediglich einen Einbauraum von 70 mm Durchmesser und etwa 100 mm Einbaulänge beansprucht, also in hohem Maße einbautauglich für Lenkflugkörper ab Kaliber 75 mm ist. Die Aufschaltung des IR-Suchmodes erfolgt etwa bei 2 km bis 1,5 km Zielentfernung.Of the described above dual-mode seeker with its bispectral Optics are characterized by a compact, little space consuming Design at the same time high search performance, so this even with gimbal storage only an installation space of 70 mm diameter and about 100 mm installation length claimed, So highly suitable for installation for guided missiles from caliber 75 mm. The activation of the IR search mode takes place about 2 km to 1.5 km target distance.
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