DE4325589B4

DE4325589B4 - Target seeker for guided missiles or projectiles

Info

Publication number: DE4325589B4
Application number: DE19934325589
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr. Uwira
Original assignee: Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Current assignee: Diehl Defence GmbH and Co KG
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2013-07-31
Also published as: DE4325589A1; FR2782554A1

Abstract

Zielsuchkopf für Lenkflugkörper oder Geschosse (68) mit einem starr eingebauten, optischen, bildauflösenden Sensor (60) mit einer zweidimensionalen Anordnung von Detektorelementen,
dadurch gekennzeichnet, dass
(a) an dem Lenkflugkörper oder Geschoss (68) Mittel zur Erzeugung einer kontrollierten Rollbewegung um eine Rollachse (28) vorgesehen sind und
(b) der bildauflösende Sensor (60) zur Erfassung eines zur Rollachse (28) des Lenkflugkörpers oder Geschosses (68) außermittigen Gesichtsfeldes (76) angeordnet ist, indem der Sensor (60) exzentrisch zur Rollachse (28) angeordnet ist.A missile or missile sighting head (68) comprising a rigidly mounted, image-resolving optical sensor (60) having a two-dimensional array of detector elements,
characterized in that
(A) on the missile or projectile (68) means for producing a controlled rolling movement about a roll axis (28) are provided and
(B) the image-resolving sensor (60) for detecting a roll axis (28) of the missile or projectile (68) off-center field of view (76) is arranged by the sensor (60) is arranged eccentrically to the roll axis (28).

Description

Die Erfindung betrifft einen Zielsuchkopf für Lenkflugkörper oder Geschosse mit einem starr eingebauten, optischen, bildauflösenden Sensor mit einer zweidimensionalen Anordnung von Detektorelementen.The The invention relates to a homing head for guided missiles or projectiles with a rigidly built-in, optical, image-resolving sensor with a two-dimensional Arrangement of detector elements.

Zielsuchköpfe haben die Aufgabe, einen Flugkörper oder ein Geschoss zu einem Ziel zu führen. Dabei werden passive, bildauflösende Sensoren verwendet. Die bildauflösenden Sensoren arbeiten nach Art einer Fernsehkamera mit einer "Detektor-Matrix", d. h. einer zweidimensionalen Anordnung von Detektorelementen. Solche Sensoren erfassen ein rechteckiges oder quadratisches Gesichtsfeld. Dieses Gesichtsfeld ist üblicherweise sehr begrenzt. Es soll eine hohe Bildauflösung möglich sein, die eine Erkennung von Zielen durch Bildverarbeitung ermöglicht und die Zielposition genau wiedergeben kann. Es muss daher eine sehr feine Anordnung von Detektor-Elementen verwendet werden. Eine Vergrößerung der Fläche der Detektor-Matrix führt dann aber zu erheblichem Kostenanstieg. Mit einer Vergrößerung der Fläche der Detektor-Matrix wird die Ausbeute im Herstellungs-Prozess vermindert. Der Kühlaufwand für die insbesondere bei Infrarot-Sensoren erforderliche Kühlung der Detektor-Matrix wird hoch. Die abbildenden optischen Systeme für große Gesichtsfelder werden komplex und aufwendig. Das gilt insbesondere für Infrarot-Optiken. Schließlich muss bei einem großen Gesichtsfeld die nachgeschaltete Signalverarbeitung entsprechend große Bilder mit sehr hohen Datenraten verarbeiten.Have homing heads the task of a missile or to lead a projectile to a target. This will be passive, image resolution Sensors used. The image-resolving Sensors work in the manner of a television camera with a "detector matrix", i. H. a two-dimensional Arrangement of detector elements. Such sensors detect a rectangular or square field of view. This field of vision is common very limited. It should be possible a high image resolution, the detection of targets through image processing and the target position can accurately reproduce. It therefore needs a very fine arrangement be used by detector elements. An enlargement of the area the detector matrix leads but then to a considerable increase in costs. With an enlargement of the area The detector matrix reduces the yield in the manufacturing process. The cooling effort for the especially with infrared sensors required cooling the Detector matrix becomes high. The imaging optical systems for large fields of vision become complex and expensive. This is especially true for infrared optics. After all must be at a big one Field of view the downstream signal processing accordingly size Process images at very high data rates.

Der Suchkopf muss zunächst ein Ziel erfassen. Dieses Ziel kann sich innerhalb eines relativ großen Gesichtsfeldes befinden. Daher muss zunächst ein möglichst großes Gesichtsfeld beobachtet werden. Nach dem Erfassen eines Zieles wird der Sensor auf dieses Ziel ausgerichtet. Dann kann eine Zielerkennung durch Bildverarbeitung erfolgen.Of the Seeker must first capture a goal. This goal can be within a relative huge Field of view are located. Therefore, the largest possible field of vision must first be observed become. After detecting a target, the sensor will be on this Target aligned. Then, a target recognition through image processing respectively.

Es sind Suchköpfe für Flugkörper bekannt, bei denen ein bildauflösender Sensor schwenkbar angeordnet ist oder der Strahlengang über verschwenkbare optische Glieder geführt wird. Solche Anordnungen benötigen ein Rahmensystem mit zwei bis drei beweglichen Achsen. Solche Rahmensysteme sind sehr aufwendig.It are seekers known for missiles, at which an image-resolving Sensor is arranged pivotally or the beam path via pivotable guided optical links becomes. Such arrangements need a frame system with two to three moving axes. Such frameworks are very expensive.

Besondere Probleme ergeben sich bei Lenkflugkörpern oder Geschossen, die extrem hohen Beschleunigungen unterworfen sind. Das gilt für endphasengelenkte Geschosse, die mittels einer Kanone verschossen werden. Das gilt aber auch für Lenkflugkörper, die im hohen Überschallbereich von mehr als Mach 3 fliegen. Dabei muss das Rahmensystem während des Abschießens abgestützt und gesichert werden. In manchen Fällen ist die Verwendung von Rahmensystemen überhaupt nicht möglich.Special Problems arise with guided missiles or projectiles, the subjected to extremely high accelerations. This applies to endphasengelenkte Projectiles fired by means of a cannon. That is true but also for Missile, in the high supersonic range of more than Mach 3 fly. The frame system must be during the firing supported and secured. In some cases, the use of framework systems is at all not possible.

Es sind Suchköpfe bekannt, bei denen bildauflösende Sensoren starr in den Lenkflugkörper oder das Geschoss eingebaut sind. (AGARD Conference Proceedings No.292 (1980)," Guidance and Control Aspects of Tactical Air-launched Missiles", Seiten 11-1 bis 11-15). Das bietet wesentliche Vorteile: Der Aufbau wird wesentlich einfacher. Im Suchkopfbereich braucht keine Leistungs-Elektronik vorgesehen zu werden, die sonst zur Verstellung des Rahmensystems benötigt wird. Es brauchen keine besonderen Maßnahmen zur Abstützung von beweglichen Teilen beim Verschuss getroffen zu werden. Die Geometrie des Lenkflugkörpers oder Geschosses wird vereinfacht. Die Kosten werden vermindert.It are seekers known in which image-resolving Sensors rigid in the missile or the bullet are installed. (AGARD Conference Proceedings No.292 (1980), "Guidance and Control Aspects of Tactical Air-Launched Missiles, "pp. 11-1 bis 11-15). This offers significant advantages: the structure becomes essential easier. The seeker area does not need any power electronics to be provided otherwise for the adjustment of the frame system need becomes. There are no special measures to support to be hit when moving parts. The geometry of the guided missile or bullet is simplified. The costs are reduced.

Nachteilig ist dagegen das aus den schon vorstehend erwähnten Gründen begrenzte Gesichtsfeld.adversely On the other hand, this is the limited field of vision for the reasons already mentioned above.

Die DE 36 38 879 A1 beschreibt ein Radarsystem zur Führung von Lenkwaffen, bei welchem eine Hochfrequenz-Linsenempfangsantenne die empfangene Strahlung auf einer Reihenanordnung integrierter Antennen-Mischkreise fokussiert. Die Reihenanordnung ist dabei radial und symmetrisch zur Rollachse der Lenkwaffe fest angeordnet. Dadurch, daß die Lenkwaffe um ihre Rollachse in Drehung versetzt wird, wird ein festes, zu der Rollachse zentriertes Gesichtsfeld mit Radar abgetastet.The DE 36 38 879 A1 describes a radar system for guiding guided missiles in which a high frequency lens receiving antenna focuses the received radiation on a series arrangement of integrated antenna mixing circuits. The series arrangement is fixedly arranged radially and symmetrically to the roll axis of the missile. Characterized in that the missile is rotated about its roll axis, a fixed, centered to the roll axis field of view is scanned with radar.

Aus der DE 34 46 009 A1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Roll-, Nick- und Gierbewegung sowie der Flugrichtung eines Flugkörpers bekannt. Anstelle von aus gegeneinander beweglichen Komponenten bestehenden Kreiselsystemen werden dabei in einem Flugkörper fest installierte Komponenten verwendet, nämlich vor allem eine vorzugsweise in Richtung der Körperlängsachse bzw. in die gewünschte Flugrichtung orientierte Optik, in deren bildseitiger Brennebene ein flächenhaftes Array aus Photodetektorelementen, beispielsweise CCD-Sensoren, angeordnet ist. Die von der DE 34 46 009 A1 zu lösende Aufgabe besteht in der Bestimmung der Roll-, Nick- und Gierbewegung sowie der Flugrichtung eines Flugkörpers. Von einer Gesichtsfeldsvergrößerung eines mit dem Flugkörper starr verbundenen Sensors ist in dieser Druckschrift nicht die Rede.From the DE 34 46 009 A1 a device for determining the roll, pitch and yaw and the direction of flight of a missile is known. Instead of consisting of mutually movable components gyroscopes fixed components are used in a missile, especially a preferably oriented in the direction of the body longitudinal axis or in the desired direction of flight optics, in the image-side focal plane, a planar array of photodetector elements, such as CCD sensors , is arranged. The of the DE 34 46 009 A1 To be solved task is to determine the roll, pitch and yaw and the direction of flight of a missile. From a visual field magnification of a rigidly connected to the missile sensor is not mentioned in this document.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Suchkopf der eingangs genannten Art mit starr montiertem, bildauflösenden Sucher mit geringstmöglichem Aufwand eine Vergrößerung des von dem Sensor erfassten Raumwinkels zu erreichen.Of the Invention is based on the object at a seeker of the above mentioned type with rigidly mounted, image-resolving viewfinder with the lowest possible Expenditure an increase of To reach the spatial angle detected by the sensor.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass

(a) an dem Lenkflugkörper oder Geschoß Mittel zur Erzeugung einer kontrollierten Rollbewegung um seine Rollachse vorgesehen sind und
(b) der bildauflösende Sensor zur Erfassung eines zur Rollachse des Lenkflugkörpers oder Geschosses außermittigen Gesichtsfeldes angeordnet ist, indem der Sensor exzentrisch zur Rollachse angeordnet ist.

According to the invention, this object is achieved in that

(a) on the guided missile or projectile means are provided for generating a controlled rolling motion about its roll axis and
(B) the image-resolving sensor is arranged for detecting a to the roll axis of the missile or projectile off-center field of view by the sensor is arranged eccentrically to the roll axis.

Durch die Rollbewegung in Verbindung mit dem außermittig zur Rollachse angeordneten Gesichtsfeld des Sensors wird das von dem Sensor erfasste Gesichtsfeld vergrößert.By the rolling motion in conjunction with the eccentric to the roll axis arranged Field of view of the sensor becomes the field of view detected by the sensor increased.

Zweckmäßig ist es, wenn die Rollachse des Lenkflugkörpers oder Geschosses durch das Gesichtsfeld des Sensors hindurchgeht. Der bildauflösende Sensor kann ein Matrix-Detektor mit einer zweidimensionalen, rechteckigen Anordnung von Detektor-Elementen sein. Dann kann eine Ecke des rechteckigen Gesichtsfeldes sich über die Rollachse des Lenkflugkörpers oder Geschosses erstrecken. Der Matrix-Detektor ist dann diagonal eingebaut. Singularitäten im Bereich der Rollachse werden vermieden. Es ergibt sich ein ausnutzbares Gesichtsfeld, dessen Radius ungefähr der Diagonale des rechteckigen oder quadratischen Gesichtsfeldes entspricht.Is appropriate it when the roll axis of the missile or projectile through the field of view of the sensor passes. The image-resolving sensor can be a matrix detector with a two-dimensional, rectangular Be arrangement of detector elements. Then a corner of the rectangular Field of view is over the roll axis of the guided missile or projectile. The matrix detector is then diagonal built-in. singularities in the area of the roll axis are avoided. It results in a usable Field of view whose radius is approximately the diagonal of the rectangular or square field of view.

Die Mittel zur Erzeugung der Rollbewegung können so steuerbar sein, dass die Rollbewegung nach Zielaufschaltung abgebaut und der Rollwinkel im Sichtlinienbereich des Ziels stabilisiert wird. Dadurch kann in der Phase der Zielsuche durch die Rollbewegung des Lenkflugkörpers oder Geschosses ein relativ großes Gesichtsfeld erfaßt werden. Nach der Zielaufschaltung wird die Rollbewegung abgebaut. Der Rollwinkel wird so stabilisiert, daß die Sichtlinie zum Ziel stets innerhalb des Gesichtsfeldes verbleibt. Die Aktualisierungsraten der Zielablage, d.h. die Bildfrequenz, können dann auf dem für die Endphasenlenkung erforderlichen Wert von z.B. 100 Hz gehalten werden. Die Genauigkeit der Rollagestabilisierung ist nicht kritisch, da das gesamte Gesichtsfeld des starren Sensors zur Beobachtung des Ziels zur Verfügung steht.The Means for generating the rolling motion may be controllable such that The rolling movement degraded after target connection and the roll angle in Line of sight of the target is stabilized. This can be done in the phase of the target search by the rolling motion of the guided missile or Bullet a relatively large Field of view detected become. After targeting, the rolling motion is reduced. Of the Roll angle is stabilized so that the line of sight to the target always remains within the field of view. The update rates the destination tray, i. the frame rate, can then be on the for the final phasing required value of e.g. 100 Hz. The precision The rollback stabilization is not critical because the entire field of view of the rigid sensor is available for observation of the target.

Zur Bestimmung der Rollrate können bildverarbeitende Mittel vorgesehen sein, mittels derer Rollraten aus Bildfolgen des bildauflösenden Sensors durch Beobachtung der scheinbaren Bewegung von Bilddetails in dem Gesichtsfeld des Sensors bestimmbar sind. Außerdem ist vorteilhafterweise ein Kreisel zur Erzeugung von Nick- und Giersignalen vorgesehen, wobei die Nick- und Giersignale auch auf die bildverarbeitenden Mittel aufgeschaltet sind. Aus den Nick- und Gierwinkeln und der scheinbaren Bewegung der Bilddetails kann die Rollrate durch einen Rechner bestimmt werden. Es ist nur ein zweiachsiger Kreisel für die Nick- und Gierbewegung erforderlich.to Determining the roll rate can be provided image processing means by means of which rolling rates from image sequences of the image-resolving Sensors by observing the apparent motion of image details can be determined in the field of view of the sensor. Besides that is advantageously a gyroscope for generating pitch and yaw signals provided the pitch and yaw signals are also applied to the image processing Medium are switched. From the pitch and yaw angles and the apparent motion of the picture details can increase the roll rate by one Calculator to be determined. It's just a biaxial gyro for pitching and yaw movement required.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.One embodiment The invention is described below with reference to the accompanying drawings explained in more detail.

1 zeigt einen Längschnitt der Spitze eines Lenkflugkörpers oder Geschosses mit einem Suchkopf, der mit einem Sensor mit außermittig angeordnetem Gesichtsfeld arbeitet. 1 shows a longitudinal section of the tip of a missile or projectile with a seeker head, which works with a sensor with eccentrically arranged field of view.

2 ist eine schematisch-perspektivische Darstellung und zeigt einen Lenkflugkörper mit einem Ziel und einem um die Rollachse rotierenden Gesichtsfeld des Sensors. 2 is a schematic-perspective view and shows a guided missile with a target and a rotating around the roll axis field of view of the sensor.

3 ist ein Blockdiagram der Lenkung des Lenkflugkörpers. 3 is a block diagram of the steering of the guided missile.

4 ist eine schematische Darstellung des von dem Sensor erfassten Gesichtsfeldes in zwei aufeinander folgenden Takten. 4 is a schematic representation of the field of view detected by the sensor in two successive cycles.

5 ist ein Blockdiagramm und veranschaulicht die Objektverfolgung mit Bildverarbeitung. 5 is a block diagram illustrating image tracking object tracking.

6 zeigt den Signalverlauf bei der Auslesung des Sensors und 6 shows the waveform when reading the sensor and

7 zeigt ein dabei erhaltenes Binärbild mit einem sich aus dem. Binärbild ergebenden zu verfolgenden Punkt (Trackpunkt). 7 shows a binary image obtained with a from the. Binary image resulting to track point (track point).

In 1 ist mit 10 die Struktur eines Lenkflugkörpers oder Geschosses bezeichnet. Die Struktur 10 ist am vorderen Ende durch eine plane Stirnwand 12 mit einem zentralen Durchbruch 14 abgeschlossen. In dem Durchbruch 14 sitzt eine Suchkopfstruktur 16. In der Suchkopfstruktur 16 sitzt eine Sensor-Einheit 18. Auf der Sensor-Einheit 18 sitzt eine Haube 20, die eine plane Stirnwandung 22 mit einem Fenster 24 aufweist. In der Struktur 10 des Lenkflugkörpers oder Geschosses sitzt eine Elektronikeinheit 26.In 1 is with 10 denotes the structure of a missile or projectile. The structure 10 is at the front end by a flat end wall 12 with a central breakthrough 14 completed. In the breakthrough 14 sits a seeker head structure 16 , In the search head structure 16 sits a sensor unit 18 , On the sensor unit 18 a hood sits 20 that has a plane end wall 22 with a window 24 having. In the structure 10 of the missile or missile sits an electronics unit 26 ,

Mit 28 ist eine Rollachse des Lenkflugkörpers oder Geschosses bezeichnet. Die Stirnwand 12 verläuft in einer zu der Rollachse senkrechten Ebene. Die Suchkopfstruktur 16 bildet einen Flansch 30. Der Flansch 30 liegt mit einer vorderen Ringfläche 32 an der Innenseite der Stirnwand 12 um den Durchbruch 14 herum an. Die Rückfläche 34 des Flansches 30 verläuft in einer geneigt zu der Rollachse 28 verlaufenden Ebene. Der Flansch 30 ist also keilförmig auf der in 1 unteren Seite dicker als an der in 1 oberen Seite. Die Suchkopfstruktur 16 weist weiterhin einen Stutzen 36 auf. Die Außenfläche des Stutzens 36 ist koaxial zu der Rollachse 28. Die Bohrung 40 des Stutzens 36 ist koaxial zu einer Achse 33, die senkrecht zu der Ebene der Rückfläche 34 des Flansches 30 verläuft. Die Achse 33 schneidet die Rollachse 28 in einem Punkt 42 im Inneren der Bohrung 40. Die Achse 33 bildet mit der Rollachse 28 einen kleinen Winkel. Die Wandung des Stutzens 36 ist unten in 1 dicker als oben.With 28 is a roll axis of the missile or projectile designated. The front wall 12 runs in a plane perpendicular to the roll axis. The seeker structure 16 forms a flange 30 , The flange 30 lies with a front ring surface 32 on the inside of the front wall 12 for the breakthrough 14 around. The back surface 34 of the flange 30 runs in a tilted to the roll axis 28 extending level. The flange 30 is thus wedge-shaped on the in 1 lower side thicker than at the in 1 upper side. The seeker structure 16 also has a nozzle 36 on. The outer surface of the neck 36 is coaxial with the roll axis 28 , The hole 40 of the neck 36 is coaxial with an axis 33 perpendicular to the plane of the back surface 34 of the flange 30 runs. The axis 33 cuts the roll axis 28 in one point 42 inside the hole 40 , The axis 33 forms with the roll axis 28 a small angle. The wall of the neck 36 is down in 1 thicker than above.

Am vorderen Ende ist der Stutzen 36 senkrecht zu der Achse 33, also schräg zur Rollachse 28 abgeschnitten. Die Stirnfläche 44 des Stutzens 36 ist parallel zu der Rückfläche 34. Auf der Stirnfläche 44 ist eine Optik 46 mit einer Fassung 48 angebracht. Die Fassung 48 ist durch Schrauben 50 befestigt.At the front end is the neck 36 perpendicular to the axis 33 , so obliquely to the roll axis 28 cut off. The face 44 of the neck 36 is parallel to the back surface 34 , On the face 44 is an optic 46 with a socket 48 appropriate. The version 48 is by screws 50 attached.

Die Bohrung 40 der Suchkopfstruktur 16 bildet eine Ringschulter 52. An dieser Ringschulter 52 liegt die Fassung 54 eines Fensters 56 an. Die Fassung 54 ist durch einen in die Bohrung 40 eingeschraubten Gewindering 58 gehalten.The hole 40 the seeker's head structure 16 forms an annular shoulder 52 , At this ring shoulder 52 is the version 54 a window 56 at. The version 54 is through one in the hole 40 screwed in threaded ring 58 held.

In die Bohrung 40 ragt gleichachsig zu der Achse 33 die Sensor-Einheit 18. Die Sensor-Einheit 18 enthält einen als Matrix-Detektor ausgebildeten Sensor 60 mit einer zweidimensionalen, quadratischen Anordnung von Detektor-Elementen. Auf dem Sensor 60 wird durch das abbildende optische System 46 eine Objektszene abgebildet. Die Sensor-Einheit 18 weist einen in die Bohrung 40 hineinragenden, zylindrischen Teil 62 und einen Fuß 64 auf. In dem zylindrischen Teil 62 sitzt ein Kühler, durch den der Matrix-Detektor gekühlt wird. Der Fuß 64 ist in einem Ring 66 mit exzentrischer Bohrung gehalten, der nach der Rückfläche 34 ausgerichtet ist.Into the hole 40 protrudes coaxially to the axis 33 the sensor unit 18 , The sensor unit 18 contains a trained as a matrix detector sensor 60 with a two-dimensional, square array of detector elements. On the sensor 60 is through the imaging optical system 46 an object scene shown. The sensor unit 18 points one into the hole 40 protruding, cylindrical part 62 and a foot 64 on. In the cylindrical part 62 a cooler sits, through which the matrix detector is cooled. The foot 64 is in a ring 66 held with eccentric bore, the rear surface 34 is aligned.

Die Sensor-Einheit 18 ist vorzugsweise nach Art der deutschen Patentanmeldung P 42 44 480.2 aufgebaut.The sensor unit 18 is preferably constructed according to the type of German Patent Application P 42 44 480.2.

Wie in 1 angedeutet ist, geht die Rollachse 28 etwa durch den Rand des Gesichtsfeldes des als Matrix-Detektor ausgebildeten Sensors 60. Das Gesichtsfeld selbst ist zu der Achse 38 zentriert. Der Sensor 60 ist somit exzentrisch zur Rollachse starr in dem Lenkflugkörper oder Geschoss angeordnet.As in 1 is indicated, the roll axis goes 28 for example through the edge of the visual field of the sensor designed as a matrix detector 60 , The field of vision itself is to the axis 38 centered. The sensor 60 is thus arranged eccentrically to the roll axis rigidly in the missile or projectile.

Die Verhältnisse sind in 2 schematisch für den Fall eines Lenkflugkörpers 68 dargestellt.The conditions are in 2 schematically in the case of a guided missile 68 shown.

Der Lenkflugkörper 68 weist gekreuzte Flügel 70 etwa in der Mitte und gekreuzte Steuerflächen 72 am Heck auf. Die Spitze 74 entspricht 1. In der Spitze 74 ist, wie in 1 dargestellt, ein starrer Sensor exzentrisch zur Rollachse 28 des Lenkflugkörpers 68 angeordnet. Mit 76 ist das momentane Gesichtsfeld des Sensors 60 bezeichnet. Entsprechend der quadratischen Form des Matrix-Detektors ist auch das momentane Gesichtsfeld 76 quadratisch.The guided missile 68 has crossed wings 70 approximately in the middle and crossed control surfaces 72 at the rear. The summit 74 corresponds to 1 , In the top 74 is how in 1 shown, a rigid sensor eccentric to the roll axis 28 of the guided missile 68 arranged. With 76 is the current field of view of the sensor 60 designated. According to the square shape of the matrix detector is also the instantaneous field of view 76 square.

Der Lenkflugkörper 68 führt eine Rollbewegung um die Rollachse 28 aus. Die Rollachse 28 verläuft am Rande des momentanen Gesichtsfeldes 76. Es erstreckt sich also eine Ecke 78 des momentanen Gesichtsfeldes über die Rollachse 78. Die Rollbewegung kann durch geeignete Ausschläge der Steuerflächen 70 oder 72 hervorgerufen werden. Durch diese Rollbewegung wird ein relativ großer Raumwinkel durch das relativ kleine momentane Gesichtsfeld 76 des Sensors 60 abgetastet werden. Dieser Raumwinkel ist durch den Pfeil 80 in 2 angedeutet.The guided missile 68 performs a rolling motion around the roll axis 28 out. The roll axis 28 runs on the edge of the current field of vision 76 , So it extends a corner 78 the current field of view over the roll axis 78 , The rolling motion can be controlled by suitable deflections of the control surfaces 70 or 72 be caused. By this rolling motion is a relatively large solid angle through the relatively small instantaneous field of view 76 of the sensor 60 be scanned. This solid angle is through the arrow 80 in 2 indicated.

In dem momentanen Gesichtsfeld 76 des Sensors 60 befindet sich eine Untergrundstruktur, dargestellt durch Bäume 82 und ein Ziel 84.In the current field of vision 76 of the sensor 60 There is an underground structure, represented by trees 82 and a goal 84 ,

Durch die Rollbewegung kann das größere Gesichtsfeld 80 abgetastet werden. Das momentane Gesichtsfeld 76 dreht sich dabei um die Rollachse. Der "Radius" des größeren Gesichtsfeldes 80 entspricht dabei annähernd der "Diagonalen" des momentanen Gesichtsfeldes 76. Dabei wird zwar ein größeres Gesichtsfeld erfaßt, ein Objekt wie das Ziel 84 liegt aber nur auf einem Teil des Umlaufs in dem momentanen Gesichtsfeld 76. Die Aktualisierungsraten für die Zielablage sind daher relativ klein. Das ist nachteilig, wenn bei der Endphasenlenkung der Lenkflugkörper 68 genau in das Ziel geführt werden muß. Wenn daher ein Ziel 84 erfaßt ist und der Lenkflugkörper 68 zur Endphasenlenkung übergeht, dann wird die in der Phase der Zielsuche angeregte Rollbewegung des Lenkflugkörpers 68 abgebaut. Der Rollwinkel wird durch eine Regelung im Bereich der Sichtlinie 86 zu dem erfaßten Ziel stabilisiert. Diese Regelung braucht nicht übermäßig genau zu sein. Es steht das gesamte momentane Gesichtsfeld zur Verfügung. Das Ziel 84 braucht nur sicher in diesem momentanen Gesichtsfeld 76 gehalten zu werden.Due to the rolling motion, the larger field of view 80 be scanned. The current field of vision 76 turns around the roll axis. The "radius" of the larger field of view 80 corresponds approximately to the "diagonal" of the current field of view 76 , Although a larger field of view is detected, an object like the target 84 but is only on a part of the circulation in the current field of view 76 , The update rates for the destination storage are therefore relatively small. This is disadvantageous when in the final phase steering of the missile 68 exactly in the destination must be led. Therefore, if a goal 84 is detected and the guided missile 68 goes to the final phase control, then the excited during the phase of the target search rolling movement of the missile 68 reduced. The roll angle is controlled by a line of sight 86 stabilized to the goal. This regulation does not need to be overly accurate. It is the entire current field of view available. The goal 84 just needs sure in this momentary field of vision 76 to be held.

3 zeigt ein Blockdiagramm der Lenkung des Lenkflugkörpers 68. 3 shows a block diagram of the steering of the missile 68 ,

Der Sensor 60 liefert in einem Takt Bildfolgen. Jedes Bild ist Gesichtsfeld, das dem momentanen Gesichtsfeld 76 entspricht. Die Bildfolgen sind auf eine Einrichtung 88 zur Bildverarbeitung geschaltet. Der Einrichtung 88 zur Bildverarbeitung erhält über Eingänge 90 und 92 die Nick- bzw. Gierwinkel des Lenkflugkörpers 68. Die Nick- und Gierwinkel werden von einem Strap-Down Inertial-Rechner 94 geliefert. Dem Strap-Down Inertial-Rechner 94 werden außerdem der Rollwinkel und die Rollrate von der Einrichtung 88 zur Bildverarbeitung zugeführt. Der Strap-Down Inertial-Rechner 94 erhält Nick- und Gierraten über Eingänge 96 bzw. 98 von einem Nick-Gier-Kreisel 100 über eine Kreisel-Signalverarbeitung 102. Weiterhin erhält der Strap-Down Inertial-Rechner 94 Beschleunigungsdaten von einer Beschleunigungsmesser-Einheit 104 über eine Signalverarbeitung 106. Der Strap-Down Inertial-Rechner 94 liefert Lagedaten des Lenkflugkörpers 68 an einem Ausgang 108 und Drehraten des Lenkflugkörpers 68 an einem Ausgang 110. Die Einrichtung 88 zur Bildverarbeitung liefert an einem Ausgang 112 die Richtung der Sichtlinie 86 zum Ziel 84. Die Lagedaten vom Ausgang 108, die Drehraten vom Ausgang 110 und die Richtung der Sichtlinie vom Ausgang 112 sind auf einen Lenkregler 114 geschaltet. Der Lenkregler 114 liefert Stellkommandos an einem Ausgang 116.The sensor 60 delivers image sequences in one cycle. Each picture is field of view, which is the current field of vision 76 equivalent. The image sequences are on a device 88 switched to image processing. The device 88 for image processing receives via inputs 90 and 92 the pitch or yaw angle of the guided missile 68 , The pitch and yaw angles are from a strap-down inertial calculator 94 delivered. The Strap-Down Inertial Calculator 94 In addition, the roll angle and roll rate are determined by the device 88 supplied for image processing. The Strap-Down Inertial Calculator 94 gets pitching and yaw rates via inputs 96 respectively. 98 from a pitch-yaw spinning top 100 via a gyro signal processing 102 , Furthermore, the Strap-Down Inertial calculator receives 94 Acceleration data from an accelerometer unit 104 via signal processing 106 , The Strap-Down Inertial Calculator 94 provides location data of the guided missile 68 at an exit 108 and rotation rates of the guided missile 68 at an exit 110 , The device 88 for image processing delivers at an output 112 the direction of the line of sight 86 to the goal 84 , The location data from the exit 108 , the rotation rates from the output 110 and the direction of the line of sight from the exit 112 are on a steering controller 114 connected. The steering controller 114 provides setting commands at an output 116 ,

Bei der unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen Lenkvorrichtung werden Nick- und Gierwinkel mittels eines Nick-Gier-Kreisels 100 und eines Strap-Down Inertial-Rechners 94 erhalten. Der Rollwinkel und die Rollrate werden aus der Bildverarbeitung abgeleitet. Das soll nachstehend anhand von 4 erläutert werden.When referring to 3 pitch and yaw angles are described by means of a pitch-yaw gyroscope 100 and a strap-down inertial computer 94 receive. The roll angle and the roll rate are derived from the image processing. This will be explained below on the basis of 4 be explained.

In 4 ist mit 118 das Gesichtsfeld des Sensors 60 in einem Takt "n" bezeichnet. In dem Gesichtsfeld 118 ist ein Objekt 120 erkennbar. Die Koordinaten dieses Objekts 120 in dem Gesichtsfeld 118 sind x_n und y_n. Die Lage der Rollachse 28 in einer Ecke des Gesichtsfeldes ist relativ zu der Begrenzung des Gesichtsfeldes 118 fest vorgegeben. Im Takt "n + 1" erfaßt der Sensor ein Gesichtsfeld, das in 4 gestrichelt dargestellt und mit 122 bezeichnet ist. Das – unbewegte – Objekt 120, das in dem Sensorbild des Taktes n etwa in der Mitte des Gesichtsfeldes angeordnet ist, rutscht in dem Beispiel von 4 in die linke, untere Ecke des Gesichtsfeldes. Gegenüber der Position im Takt n, die in 4 gestrichelt eingezeichnet und mit 124 bezeichnet ist, erfolgt eine scheinbare Bewegung des Objekts 120 um die Koordinatendifferenzen Δx und Δy. Die scheinbare Bewegung eines Bilddetails wie des Objekts 120 zwischen aufeinanderfolgenden Bildern beruht einmal auf einer Rollbewegung und zum anderen auf einer Nick- und Gierbewegung des Lenkflugkörpers oder Geschosses 68. Das ist an der Verlagerung der Rollachse 28 relativ zu dem Objekt erkennbar.In 4 is with 118 the field of view of the sensor 60 denoted "n" in one cycle. In the field of vision 118 is an object 120 recognizable. The coordinates of this object 120 in the field of vision 118 are x _n and y _n . The position of the roll axis 28 in a corner of the visual field is relative to the boundary of the visual field 118 fixed. In time "n + 1", the sensor detects a field of vision that is in 4 shown in dashed lines and with 122 is designated. The - unmoved - object 120 , which is arranged in the sensor image of the clock n approximately in the center of the visual field, slips in the example of 4 in the left, lower corner of the visual field. Opposite the position in the clock n, the in 4 dashed lines and with 124 is designated, there is an apparent movement of the object 120 around the coordinate differences Δx and Δy. The apparent movement of a picture detail like the object 120 between successive images is based once on a rolling motion and on the other to a pitching and yawing motion of the missile or projectile 68 , That's because of the displacement of the roll axis 28 recognizable relative to the object.

Bei hoher Bildfrequenz f_FR sind die Koordinatendifferenzen Δx und Δy Funktionen von Roll-, Nick- und Gierwinkel: x = Δx(φN, φG, φR) Δy = Δy(φN, φG, φR) At high frame rate f _FR , the coordinate differences Δx and Δy are functions of roll, pitch and yaw angles: x = Δx (φ N , φ G , φ R ) Δy = Δy (φ N , φ G , φ R )

Der Nick-Gier-Kreisel 100 mit der Signalverarbeitung 102, 94 liefert Nickwinkel φ_N und Gierwinkel φ_G. Die Einrichtung 88 zur Bildverarbeitung liefert Δx und Δy. Daraus können der Rollwinkel und die Rollrate bestimmt werden. In der Praxis erfolgt die Bestimmung der Δx und Δy dadurch, daß eine Korrelationsfunktion der Grauwerte aufeinanderfolgender Bilder berechnet und deren Maxima gesucht werden.The Nick Greed Spinning Top 100 with the signal processing 102 . 94 provides pitch angle φ _N and yaw angle φ _G. The device 88 for image processing yields Δx and Δy. From this, the roll angle and roll rate can be determined. In practice, the determination of the Δx and Δy takes place in that a correlation function of the gray values of successive images is calculated and their maxima are searched.

5 bis 7 veranschaulichen die Funktion der Einrichtung 88 zur Bildverarbeitung. Die generelle Funktion ist die "Objektverfolgung". Das ist durch Block 126 dargestellt. Dazu erfolgt die Bildung der Korrelationsfunktion und damit die Bestimmung der Lage des Gesichtsfeldes. Daraus läßt sich ein elektronisch stabilisiertes, inertiales Gesichtsfeld festlegen, in welches die Bildinformationen transformiert werden. Das ist in 5 durch Block 128 dargestellt. Die zweite Funktion ist die Erkennung und Lokalisierung des Ziels in dem Gesichtsfeld. Zu diesem Zweck wird für die Auslesung des Matrix-Detektors, bei der etwa ein Signalverlauf 130 (6) auftritt, ein Schwellwert, dargestellt durch Linie 132, vorgegeben. Die den Schwellwert 132 überschreitenden Bildelemente ergeben ein Muster 134 (7). Aus diesem Muster wird ein Verfolgungspunkt 136 bestimmt. Der Verfolgungspunkt bestimmt die Sichtlinie 86 zum Ziel. Die Lenkung erfolgt üblicherweise so, daß sie die Sichtlinie 86 raumfest zu halten trachtet. 5 to 7 illustrate the function of the device 88 for image processing. The general function is the "object tracking". That's through block 126 shown. For this purpose, the formation of the correlation function and thus the determination of the position of the visual field takes place. From this an electronically stabilized, inertial field of view can be defined, into which the image information is transformed. Is in 5 through block 128 shown. The second function is to detect and locate the target in the field of view. For this purpose, for the readout of the matrix detector, which is approximately a waveform 130 ( 6 ), a threshold represented by line 132 , given. The threshold 132 Crossing pixels give a pattern 134 ( 7 ). This pattern becomes a tracing point 136 certainly. The trace point determines the line of sight 86 to the goal. The steering is usually done so that they are the line of sight 86 intends to hold space.

Claims

Homing head for guided missiles or missiles ( 68 ) with a rigidly built-in optical image-resolving sensor ( 60 ) with a two-dimensional array of detector elements, characterized in that (a) on the missile or projectile ( 68 ) Means for producing a controlled rolling movement about a roll axis ( 28 ) and (b) the image-resolving sensor ( 60 ) for detecting a roll axis ( 28 ) of the guided missile or projectile ( 68 ) off-center field of view ( 76 ) is arranged by the sensor ( 60 ) eccentric to the roll axis ( 28 ) is arranged.

A seeker head according to claim 1, characterized in that the roll axis ( 28 ) of the guided missile or projectile ( 68 ) through the visual field ( 76 ) of the sensor ( 60 ) goes through.

A seeker head according to claim 2, characterized in that the image-resolving sensor ( 60 ) is a matrix detector with a rectangular array of detector elements.

A seeker head according to claim 3, characterized in that a corner of the rectangular field of view ( 76 ) over the roll axis ( 28 ) of the guided missile or projectile ( 68 ).

A seeker head according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the means for generating the rolling movement are controllable such that the rolling movement degraded after Zielaufschaltung and the roll angle in the region of the line of sight ( 86 ) of the target ( 84 ) is stabilized.

A seeker head according to any one of claims 1 to 5, characterized in that image processing means ( 88 ) are provided, by means of which rolling rates from image sequences of the image-resolving sensor ( 60 ) by observing the apparent motion of image details in the field of view ( 76 ) of the sensor ( 60 ) are determinable.

A seeker head according to claim 6, characterized in that gyroscope means ( 100 ) are provided for generating pitch and yaw signals, wherein the pitch and yaw signals are also applied to the image processing means ( 88 ) are switched on.