DE4208516C2 - Bilderzeugendes Suchkopfsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein bilderzeugendes Suchkopfsystem für einen um eine Hauptachse rotierenden Flugkörper.

Es sind bilderzeugende Infrarot-Suchkopfsysteme für Flugkörper bekannt, die aus einer flugkörperfesten Aufnahmeoptik und einem ebenfalls mit dem Flugkörper fest verbundenen, optoelektrischen Detektormosaik bestehen, welches aus zweidimensional in der Bildebene der Aufnahmeoptik verteilten, zeilenweise abgetasteten Detektorelementen zusammengesetzt ist. Derartige Suchkopfsysteme erfordern für eine zufriedenstellende Bildauflösung eine sehr hohe Anzahl von Detektorelementen und sind dementsprechend kostspielig.

Ferner sind bilderzeugende Infrarot-Zielsuchsysteme bekannt (DE 30 07 893 A1; DE 30 48 496 C1) bei denen das Sehfeld der Aufnahmeoptik mechanisch, etwa mit Hilfe eines oszilierenden Umlenkspiegels oder eines gyroskopischen Antriebs, über die interessierende Sehszene verschwenkt und dadurch eine lineare oder zirkulare Bildabtastung mit einer einzigen, in der Bildebene der Aufnahmeoptik angeordneten Detektorreihe erreicht wird. Der mechanische Aufwand für eine exakte Steuerung der Bildbewegung und der Rechenaufwand für die Korrelation der einzelnen Bildsignale zu den entsprechenden Bildpunkten sind erheblich, vor allem wenn ein derartiges Zielsuchsystem an Bord eines rotierenden Flugkörpers mitgeführt und die lineare oder zirkulare Bildabtastung von der Drehbewegung des Flugkörpers überlagert wird.

Weiterhin ist aus der EP 00 28 966 A1 ein Suchkopfsystem für einen rotierenden Flugkörper zur Erfassung eines punktuellen Zielobjekts bekannt, bei dem die Richtung des Zieles zur Berechnung des Ablagewinkels in einem flugkörperbezogenen Koordinatensystem mit Hilfe einer flugkörperfesten Aufnahmeoptik und einer ebenfalls flugkörperfesten, radialen Detektoranordnung ermittelt wird. Ein derartiges Suchkopfsystem zur Erfassung des Zielablagewinkels in einer flugkörperfesten Visierebene ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein bilderzeugendes Suchkopfsystem der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auf baulich und signaltechnisch einfache Weise eine raumstabile zweidimensionale Vollbilderzeugung mit einer hohen Bildqualität erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 angegebene Suchkopfsystem gelöst.

Aufgrund der besonderen, polaren Signalauswertung in Kombination mit einer flugkörperfesten, radialen, aus vergleichsweise wenigen Einzelelementen bestehenden Detektoranordnung und Aufnahmeoptik wird erfindungsgemäß unter Ausnutzung der Flugkörper-Eigenrotation eine mechanisch und signalverarbeitungsmäßig sehr einfache, zweidimensionale Bilderzeugung erreicht, bei der auf eine komplizierte Schwingspiegelabtastung und/oder rotationsstabile Suchkopfaufhängung verzichtet und die Abtastsignale problemlos und ohne aufwendige Koordinatentransformation zu einem nicht-rotierenden, qualitativ hochwertigen Vollbild mit hoher Bildpixelzahl in Echtzeit verarbeitet werden können. Das erfindungsgemäße Suchkopfsystem ist wegen seiner einfachen Bauweise und seiner hohen Bildqualität hervorragend für rotierende Flugkörper, aber natürlich auch für andere bewegte Trägersysteme, die eine kontinuierliche Rotation um eine Hauptachse ausführen, geeignet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind gemäß den Ansprüchen 2 und 3 anstelle einer einzigen, vorzugsweise mehrere, jeweils bezüglich der Flugkörperachse winkelig versetzt zueinander angeordnete Detektorreihen vorgesehen, wodurch sich auf sehr einfache Weise, nämlich durch entsprechende Wahl der Frequenzempfindlichkeit der einzelnen Detektorreihen, eine frequenzselektive Bildabtastung (Anspruch 2) und/oder eine gegenüber der Rotationsfrequenz des Flugkörpers erhöhte Bildabtastfrequenz (Anspruch 3) erzielen läßt.

Um das Sehfeld der Aufnahmeoptik verändern zu können, ist diese gemäß Anspruch 4 vorzugsweise bezüglich der Flugkörperachse schwenkbeweglich einstellbar, während die Detektoranordnung aus Gründen einer baulichen Vereinfachung gemäß Anspruch 5 starr mit dem Flugkörper verbunden und im Falle einer schwenkbaren Aufnahmeoptik nach Anspruch 6 jeweils kreisbogenförmig mit dem Krümmungsmittelpunkt im Schwenkzentrum der Aufnahmeoptik ausgebildet ist.

Ist, wie gemäß Anspruch 7 bevorzugt, die Detektoranordnung zur Infrarot-Bildabtastung vorgesehen, so zeigt sich als weiterer Vorteil der Erfindung, daß der sonst für bilderzeugende Infrarot-Suchköpfe mit großflächigen oder rotierenden Detektoranordnungen erforderliche, hohe Kühlaufwand in Fortfall gerät.

Um sowohl die Gesamtszene als auch interessierende Szenenausschnitte mit hoher Bildpixelzahl abbilden zu können, empfiehlt es sich schließlich gemäß Anspruch 8, eine Aufnahmeoptik mit kontinuierlich veränderlicher Brennweite vorzusehen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung

Fig. 1 einen Längsschnitt eines am Bugende eines Flugkör­ pers angeordneten Bildaufnahmesystems;

Fig. 2 eine einzelne Detektorreihe des Bildaufnahmesystems gemäß Fig. 1 mit polarer Bildabtastung sowie einen Ausschnitt einer sich hieraus ergebenden Abbildung;

Fig. 3 eine Anordnung mehrerer, im gleichen Frequenzbe­ reich empfindlicher Detektorreihen zur Erhöhung der Bildabtastfrequenz;

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung einer so­ wohl zur Erhöhung der Bildabtastfrequenz als auch zur Bildabtastung in unterschiedlichen Freqenzbe­ reichen aus mehreren Detektorreihen bestehenden De­ tektoranordnung; und

Fig. 5 eine Modifikation des Bildaufnahmesystems gemäß Fig. 1 mit einer schwenkbeweglich einstellbaren Aufnahmeoptik.

Das Bildaufnahmesystem gemäß Fig. 1, welches am vorderen Ende ei­ nes um seine Längsachse A-A rotierenden Flugkörpers 2 im Schutze einer Infrarot-Kuppel 4 angeordnet ist, enthält als Hauptbestand­ teile eine mit ihrer optischen Achse zur Flugkörperachse koaxia­ le, aus flugkörperfesten Einzelelementen bestehende Infrarot-Auf­ nahmeoptik 6, die nach Art eines mehrlinsigen Zoomobjektivs eine veränderliche Brennweite besitzt, sowie eine in der Bildebene der Aufnahmeoptik 6 ebenfalls flugkörperfest angeordnete Infra­ rot-Detektoranordnung 8, die an eine Elektronik 10 zur Verarbei­ tung der von der Detektoranordnung 8 erzeugten, elektrischen Bildsignale angeschlossen ist und eine zentrale kyrostatische Kühlung 12 besitzt.

Gemäß Fig. 2 besteht die Detektoranordnung 8 aus einer einzigen, linearen Reihe 14 aus einzelnen Detektorelementen 16, die sich von der Flugkörperachse A radial nach außen bis zum Bildfeldrand der Aufnahmeoptik 6 erstreckt, also in ihrer Länge und Elementen­ anzahl etwa einer Halbzeile eines das Bildfeld flächig abdecken­ den Detektormosaiks gleicher Bildauflösung entspricht. Da die De­ tektorreihe 14 bewegungsgleich zum Flugkörper 2 um die Flugkör­ perachse A (in Drehrichtung R) umläuft, entsteht eine rotative Bildbewegung des raumfesten Szenenbildes relativ zur Detektorrei­ he 14 mit einer polaren Bildabtastung derart, daß das Szenenbild von den einzelnen Detektorelementen 16 auf zueinander konzentri­ schen Kreisen abgetastet wird. Aus dem von den Detektorelementen 16 erzeugten Bildsignalen lassen sich auf der Basis einer Polar­ koordinatendarstellung auf signalverarbeitungstechnisch sehr einfache Weise die zugeordneten Bildpunkte nach Maßgabe des Ra­ dialabstandes des jeweiligen Detektorelements 16 von der Flug­ körperachse A und der Drehlage des Flugkörpers 2 und damit der Detektorreihe 14 im Ablesezeitpunkt ermitteln. Auf diese Weise wird eine von der Flugkörperrotation unbeeinflußte - in Fig. 2 ausschnittweise dargestellte - Bildwiedergabe der interessieren­ den Sehszene, etwa in visueller Form auf einem Bildschirm oder durch Datenübermittlung an ein automatisches Bildüberwachungsge­ rät, erreicht.

Während bei Anordnung einer einzelnen Detektorreihe 14 das Bild­ feld der Aufnahmeoptik 6 bei jedem Umlauf des Flugkörpers 2 je einmal abgetastet wird, ist es ohne weiteres auch möglich, die Bildabtastrate gegenüber der Rotationsfrequenz zu vervielfachen, etwa gemäß Fig. 3 dadurch zu verdreifachen, daß anstelle einer einzigen drei radial zur Flugkörperachse A mit gleichförmigem Winkelabstand verlaufende Detektorreihen 14 A, B und C vorgesehen sind. Wahlweise oder gemäß Fig. 4 zusätzlich kann die Bildabta­ stung auch in unterschiedlichen Frequenzbereichen erfolgen, wobei für jeden Frequenzbereich eine oder - bei einer gegenüber der Ro­ tationsfrequenz erhöhten Bildabtastrate gemäß Fig. 4 - mehrere Detektorreihen 14, nämlich die Detektorreihen 14.1 A . . . C für einen ersten und die Detektorreihen 14.2 A . . . C für einen zwei­ ten Frequenzbereich vorgesehen sind.

Gemäß der in Fig. 5 gezeigten Modifikation ist die Aufnahmeoptik 6 an einem flugkörperfesten Träger 18 um eine auf der Flugkör­ perachse A liegende Schwenkachse 20 winkelbeweglich einstellbar angeordnet, während die Detektorreihe(n) weiterhin starr mit dem Flugkörper verbunden, aber konzentrisch zur Schwenkachse 20 kreisbogenförmig ausgebildet und in Schwenkrichtung S der Aufnah­ meoptik 6 soweit verlängert sind, daß sie in jeder Einstellage der Aufnahmeoptik 6 bis zum äußeren Bildfeldrand reichen. Durch eine Schwenklagenverstellung der Aufnahmeoptik 6 kann die abge­ tastete Sehszene verändert oder ein einmal anvisiertes Zielgebiet weiter im Sehfeld der Aufnahmeoptik 6 gehalten werden, selbst wenn sich die Flugrichtung und/oder die räumliche Ausrichtung der Flugkörperachse A während des Fluges verändert.

Das erfindungsgemäße Bildaufnahmesystem ist nicht unbedingt an rotierende Flugkörper gebunden, sondern gleichermaßen auch für andere, kontinuierlich um eine Hauptachse rotierende Trägersyste­ me, z. B. Torpedos, verwendbar.

Claims (8)

1. Bilderzeugendes Suchkopfsystem für einen um eine Hauptachse rotierenden Flugkörper, mit

• - einer Aufnahmeoptik (6),
• - einer in der Bildebene der Aufnahmeoptik gelegenen, aus einer oder mehreren, sich quer zur Flugkörper-Hauptachse (A) ersteckenden Detektorreihen (14) bestehenden Detektoranordnung (8), wobei die Detektoranordnung und die Aufnahmeoptik mit ihrer optischen Achse bewegungsgleich mit dem Flugkörper (2) um die Flugkörper-Hauptachse rotierend angeordnet sind, und
• - einer polaren, die elektrischen Abtastsignale der Detektoranordnung für eine nicht-rotierende, zweidimensionale Bilderzeugung auswertenden Signalverarbeitung (10) mit dem Abstand des jeweils abgetasteten Detektorelements (16) von der Flugkörperachse (A) als Radiusvektor und dem jeweiligen Drehwinkel des Flugkörpers (2) als Polarwinkel.

2. Suchkopfsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur frequenzselektiven Bildabtastung mehrere, jeweils auf einen unterschiedlichen Frequenzbereiche ansprechende, bezüglich der Flugkörperachse (A) winkelig versetzt zueinander angeordnete Detektorreihen (14.1 und 14.2) vorgesehen sind (Fig. 4).

3. Suchkopfsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer gegenüber der Rotationsfrequenz des Flugkörpers (2) erhöhten Bildabtastrate mehrere, auf den gleichen Frequenzbereich ansprechende, bezüglich der Flugkörperachse (A) winkelig versetzt zueinander angeordnete Detektorreihen (14A, 14B, 14C) vorgesehen sind (Fig. 3).

4. Suchkopfsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeoptik (6) bezüglich der Flugkörperachse (A) schwenkbeweglich einstellbar ist (Fig. 5).

5. Suchkopfsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (8) starr am Flugkörper (2) befestigt sind.

6. Suchkopfsystem nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (8) kreisbogenförmig mit dem Krümmungsmittelpunkt im Schwenkzentrum (20) der Aufnahmeoptik (6) ausgebildet ist (Fig. 5).

7. Suchkopfsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektorreihen (14) Infrarot-Detektoren vorgesehen sind.

8. Suchkopfsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeoptik (6) eine kontinuierlich veränderliche Brennweite aufweist.