DE3719678C1 - Verfahren und Anordnung zum Verhindern der Ortung und Täuschung einer thermischen Kamera - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Anordnung zur Verwirklichung dieses Verfahrens.

Gegenwärtig übliche, thermische Kameras beitzen zwei besondere Eigenschaften, die zur Entdeckung oder Ortung dieser Kameras dienen können:

• - Die Detektoren sind auf tiefe Temperaturen, beispiels­ weise 80° K gekühlt,
• - die Analyse des Gesichtsfeldes geschieht mittels einer optimechanischen Vorrichtung, die bewegliche optische Teile umfaßt, so daß das Bild der Detektoren das zu beobachtende Gesichtsfeld durchläuft.

Ausgehend von diesen Eigenschaften können zur Ortung zwei Methoden verwendet werden:

• - Eine rein passive Ortung, die auf der Erkennung eines kalten, pulsierenden Punktes in der Landschaft beruht und
• - eine aktive Ortung, die die zeitabhängigen Änderungen der reflektierenden Eigenschaften der Abtast-Detektor- Einheit ausnutzt.

Das gesamte optische System der thermischen Kamera verhält sich wie ein Kollimator, der die Detektoren ins Unendliche abbildet und das Gesichtsfeld mit der Analysegeschwindigkeit abtastet oder überstreicht. Eine Kamera kann somit auf passive Art entdeckt werden, da die Eintrittspupille eine scheinbare Temperatur aufweist, die zyklische Schwankungen hat, weil ein Beobachter abwechselnd das Innere der Kamera bei normaler Temperatur und die auf niedrige Temperatur gekühlten Detektoren "sieht".

Die Feststellung dieser zyklischen Temperaturänderun­ gen ist theoretisch möglich. In der Praxis macht die relativ niedrige Frequenz des Phänomens (einige hundert Hertz) und die sehr geringe Abmessung der Eintritts­ pupille eine kurzfristige oder rasche Ortung schwierig. Die Ortungsvorrichtung muß nämlich ein Gesichtsfeld überwachen, das wenig größer als die Abmessung der Pupille der Kamera ist, damit die Flußänderung ent­ sprechend der sehr niedrigen Temperatur des Detektors festgestellt werden kann und die Vorrichtung muß in jeder Ortungsrichtung zumindest die Dauer eines Ablenk­ zyklus der Kamera abwarten.

Für die aktive Ortung verhält sich das optische System der Kamera wie ein Kollimator, dessen Ausrichtung sich ablenkungsabhängig ändert. Im Brennpunkt dieses Kollimators befinden sich die Detektoren, die sich aus einer bestimmten Anzahl von unterschiedlich reflektieren­ den Oberflächen zusammensetzen, beispielsweise aus empfindlichen Bereichen und Metallisierungen. Diese Einheit hat in bezug auf sich im Gesichtsfeld befindende Quellen in dem Moment, wo das Bild des Detektors über die­ se Quellen streicht, die Eigenschaften eines Retro­ reflektors. Ein einer Quelle zugeordneter Detektor erhält daher in dem Moment ein starkes Echosignal, zu dem der "Kollimator" in die geeignete Richtung weist. Des weiteren kann dieses Echosignal durch die Differenzen der Reflexionskoeffizienten der um die Detektoren herum angeordneten Oberflächen moduliert sein. Auch hier hängt die Frequenz, mit der sich die Erscheinung wiederholt, vom Aufbau der Kamera ab. Die Frequenz ist wenigstens gleich der Bildfrequenz (oder der Rasterfrequenz, wenn das Bild aus mehreren ineinandergeschachtelten Rastern besteht) . Die obengenannten Schwierigkeiten bei der passiven Ortung finden sich auch hier, aber weil die Ortungsvorrichtung Herr der Leistung der Quelle ist, ist es möglich, einen prinzipiell wesentlich größeren Elementarwinkel vorzusehen, was die notwendige Ortungs­ zeit vermindert.

Ausgehend von einer aktiven Ortungseinrichtung ist es möglich, eine thermische Kamera nach einem Verfahren zu täuschen, das beispielsweise aus der FR-OS 2 547 059 vom 31.5.1983 bekannt ist.

Das Täuschungsverfahren besteht darin, die Kamera mittels eines Lasers zu beleuchten, der mit der Ablen­ kung der Kamera synchrone Impulse zu Momenten sendet, zu denen die Kamera ihr Elementarfeld nicht auf die Laserquelle gerichtet hat, wobei vorausgesetzt wird, daß keinerlei von der Quelle stammende Energie auf die Detektoren gelangen kann, abgesehen von demjenigen Teil, der gegebenenfalls an den optischen Flächen, absorbieren­ den Blenden usw. gestreut wird, d. h. einem sehr kleinen Teil der Energie, was wiederum die Verwendung sehr leistungsfähiger Quellen erfordert.

Um einer aktiven Ortung vorzubeugen, kann man die Änderungen des Reflexionskoeffizienten gegenüber ex­ ternen quellen klein halten. Man kann auch die Einrich­ tungen zur aktiven Ortung ihrerseits orten und dann die Kameraablenkung stillsetzen. Hierzu nutzt man die hohe Leuchtdichte und die Monochromie der Laserquellen aus. Beide Eigenschaften lassen sich mittels der Detektoren ermitteln.

Natürliche Lichtquellen strahlen stets wie ein mehr oder minder stark gefilterter schwarzer Körper. Der schwarze Körper mit der normalerweise höchsten vorkommenden Temperatur ist die Sonne (6000° K).

Die Differenz der Leuchtdichte zwischen Sonne und Himmel stellt daher den maximalen Wert dar, der ab­ gesehen von Lasern auftritt. Diesem Wert entspricht ein maximales elektrisches Signal. Wenn dieser Wert überschritten wird, läßt dies den Schluß zu, daß die Kamera von einem Laser angestrahlt wird.

Normalerweise kommen die Schaltungen der Kamera in die Sättigung bevor der der Sonne entsprechende Wert erreicht wird. Es müssen daher entweder spezielle Schaltungen mit geringer Verstärkung vorgesehen werden oder es muß - für den Fall der Sättigung - ein optisches Filter eingefügt werden um den Dynamikbereich der Kamera zu hohen Temperaturen hin zu verschieben.

Allerdings kann ein Laser auch eine scheinbare Leuchtdichte haben, die kleiner als diejenige der Sonne ist (weit entfernter Laser, der unter einem kleineren Winkel als dem Elementarfeld gesehen wird) . Die Eigen­ schaft der sehr hohen Leuchtdichte erweist sich mithin als schwierig zu erkennen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verhindern der Ortung und Täuschung einer thermischen Kamera zu schaffen, das nicht auf der Erkennung der hohen Leuchtdichte sondern auf der Erkennung der charakteristischeren Eigenschaft der Monochromie von Laserquellen beruht.

Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren der im Ober­ begriff des Anspruches 1 angegebenen Gattung durch die in dessen Kennzeichen angegebenen Merkmale gelöst.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausge­ staltungen des Verfahrens.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung noch näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine integrierte Filter- und Detektionsvorrichtung zur Ermittlung einer monochromati­ schen Quelle im Verlauf einer einzigen Ablenkung und

Fig. 2 zeigt eine andere integrierte Filter- und Detektionsvorrichtung zur Ermittlung einer monochromati­ schen Quelle durch mehr als eine Ablenkbewegung.

In Fig. 1 ist jedes Element einer Zeile von Detektoren in wenigstens zwei andere Elemente aufgespalten, also je nach Betrachtungsweise halbiert oder verdoppelt (d′₁-d′′₁, d′₂-d′′₂, . . .d′_n -d′′_n). Jedem dieser zwei anderen Elemente ist ein Filter vorgeschaltet, das in der einen und in der anderen Hälfte des Spektralbandes durchlässig ist (f′₁-f′′,f′₂f′′₂, . . .f′_n-f′′_n), wobei f′ für die Durchlässigkeit in der einen Spektralbandhälfte und f" für die Durchlässigkeit in der anderen Spektralband­ hälfte steht. Die Laserenergie findet sich dann in einem der zwei Bänder wieder, während sich die Energie eines schwarzen Körpers auf die beiden Spektralbänder verteilt. Die Analyse der in den zwei Spektralbändern vorhandenen Energie ermöglicht folglich die Entscheidung, ob eine Quelle monochromatisch ist oder nicht. Dieses Verfahren kann auf mehr als zwei Elemente ausgedehnt werden, in denen man das Spektralband stärker als in nur zwei Hälften unterteilt.

Fig. 2 zeigt eine Zeile normaler Detektoren (d₁, d₂. . .d_n), die für ein breites Spektralband empfindlich sind. Jedem der Detektoren sind wenigstens zwei Filter und (ϕ′₁ undϕ′′₁,ϕ′₂ und ϕ′′₂, . . .ϕ′_n und ϕ′′_n) vorgeschaltet, wenn oder sobald die Leuchtdichte einen bestimmten Wert überschreitet. Das Spektralband kann beispielsweise in zwei Halbbänder von 8-9,5 µm und von 9,5-11 µm zerlegt werden, die im Verlauf von zwei Abtastbewegungen nacheinander abgesucht werden. Die Strahlung eines schwarzen Körpers wird dann in zwei Anteile zerlegt, deren Verhältnis von der Temperatur des schwarzen Körpers abhängig ist, wohingegen die monochromatische Strahlung eines Lasers mit einer Wellenlänge von 10,6 µm ausschließlich in dem Band von 9,5-11 µm auftritt.

Die thermische Kamera ist aufgrund dieser Maßnahmen in der Lage, das Vorhandensein eines sie beleuchtenden Lasers festzustellen. Die Gegenmaßnahme besteht darin, dann die Abtastung oder Ablenkbewegung zu unterbrechen oder stillzusetzen, wodurch die Bilderzeugung und die Ortung aufhören bzw. unterbunden werden.

In der französischen Patentanmeldung 2 547 059 ist ein Täuschungsverfahren beschrieben, das darin besteht, die Kamera mittels eines Lasers zu beleuchten, der zu der Ablenkung der Kamera synchrone Impulse zu Momenten aussendet, in denen die Kamera ihr Elementar­ feld nicht auf die Laserquelle gerichtet hat, wobei vorausgesetzt ist, daß ein hinreichender Teil der Energie durch Diffusion und Reflexion auf die Detektoren ge­ langt.

Eine kamerainterne Einrichtung kann zur Feststellung einer solchen Täuschung verwendet werden.

Wenn die Impulsenergie auf die Detektoren durch Reflexion oder Diffusion gelangt, werden alle Detektoren gleichzeitig beleuchtet. Während der Abtastung eines Gesichtsfeldes kann dieser Zustand nur eintreten, wenn der Detektor eine Gesichtsfeldkonfiguration über­ streicht, die seinen Aufbau im korrekten Maßstab dar­ stellt, was höchst unwahrscheinlich ist. Die Detektion eines Signals mit einer nennenswerten Amplitude, das gleichzeitig an sämtlichen Detektoren - oder einem großen Teil derselben - auftritt, erlaubt also den Schluß, daß die Kamera durch einen Laser angestrahlt wird.

Es ist folglich möglich, die Verstärkerschaltungen zu sperren, um das durch die Täuschung erzeugte Signal zu unterdrücken. Dies wiederum gestattet die Feststellung der Richtung, aus der der die Kamera beleuchtende Laser strahlt, der die Ablenkbewegung der Kamera geortet hat.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verhindern der Ortung und Täuschung einer thermischen Kamera, die zunächst durch eine Dauerstrich-Laserquelle beleuchtet wird, die zur Ortung dient und zufolge eines zugeordneten Echo­ empfängers elektrische Impulse mit der Ablenk­ frequenz der Kamera liefert, welche Impulse in bezug auf das im Rhythmus der Ablenkung empfangene Echo­ signal verzögert werden und zur Synchronisation einer anderen Laserquelle dienen, die Lichtimpulse liefert, die ebenfalls die Kamera beleuchten, welche Impulse im Kamerabild zufolge der genannten Verzögerung ein fiktives Objekt erzeugen, das in einer anderen Richtung als die Laserquellen liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme gegen die Ortung der Kamera darin besteht, vor ihren Detektoren in die Kamera integrierte Filter anzuordnen, die es ihr gestatten, zwischen der von natürlichen Quellen des Gesichtsfeldes stammenden Strahlung einerseits und der von einer Laserquelle mit einer ganz bestimm­ ten Wellenlänge stammenden Stahlung andererseits zu unterscheiden und damit die Quellen zu markieren oder zu peilen und gegebenenfalls die optomechanische Ablenkung der Kamera abzuschalten, wodurch diese nicht mehr ortbar ist, und daß die Maßnahme gegen die Täuschung, wenn die Ablenkung nicht abgeschaltet wird, darin besteht, die Verstärkerschaltungen für die von den Detektoren gelieferten elektrischen Signale während der Dauer der Lichtimpulse zu sperren, so daß die Kamera weder getäuscht noch geblendet wird, was die Ortung der Quellen in ihrer wahren Position ermöglicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme gegen die Ortung darin besteht, jeden Detektor in mindestens zwei Elemente zu teilen, von denen dem ersten Element ein erstes, in der einen Hälfte des Spektralbandes der Laser durchläs­ siges Filter vorgeschaltet ist und dem zweiten Element ein zweites, in der anderen Hälfte dieses Spektralbandes durchlässiges Filter vorgeschaltet ist, wodurch die von natürlichen Quellen des Ge­ sichtsfeldes stammende Strahlung sich auf beide Spektralbänder aufteilt, während die Strahlung einer Laserquelle in einem der beiden Bänder liegt und die Markierung daher mit einer einzigen Ablenkung der Kamera erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spektralband der Detektoren der thermischen Kamera in mindestens zwei Bänder zerlegt wird und die Maßnahme gegen die Ortung darin besteht, vor den Detektoren mindestens zwei Filter anzuordnen, die jeweils in den betreffenden Bändern durchlässig sind und im Verlauf von zwei oder mehr Analysen mitwirken, so daß die Strahlung einer natürlichen Quelle des Gesichtsfeldes in zwei oder mehr Anteile aufgeteilt wird, während die monochrome Strahlung einer Laserquelle nur in einem der unterschiedlichen Bänder liegt und die Markierung in mehr als einer Ablenkung der Kamera erfolgt.

4. Anordnung zur Verhinderung der Ortung und Täuschung einer thermischen Kamera, gekennzeichnet durch die Verwirklichung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2 oder 1 und 3.