DE4443134C2 - Sensoreinrichtung für einen Flugkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung für einen Flugkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 28 53 779 C3 der Anmelderin ist ein Rollagemesser für drallstabilisierte Flugkörper und Geschosse mit einem exzentrisch zur Flugkörperachse angeordneten Sensor zur Erzeugung eines von der momentanen Rollage abhängigen Signals und einer dem Sensor nachgeordneten elektronischen Auswerteschaltung zur Weiterverarbeitung dieses Signales bekannt. Dort besteht der Sensor aus einer piezokeramischen Zelle sowie aus einem massiven Körper, der auf der der Flugkörperachse zugewandten Seite der piezokeramischen Zelle in etwa radialer Richtung zur Flugkörperachse beweglich angeordnet ist und aufgrund der Rotation des Flugkörpers ein Signal erzeugt, das zur momentanen Rollage des Flugkörpers in bezug zum Erdmittelpunkt korreliert ist.

Eine optronische störgeschützte Flugkörperortung nach dem Mehrfach-Wanderblendenverfahren auf der Basis einer LC- oder DMD-Matrix mit inhärenter Ortsbestimmungseigenschaft ist aus der DE 37 41 856 C1 bekannt. Dabei werden die einzelnen Bildpunkte der LC- oder DMD-Matrix in einer "n.m"-Umgebung um den Leuchtsatzpunkt von einem Ortsbestimmungsrechner gesteuert individuell moduliert.

Ein Verfahren zur Kompensation der Taumelbewegung eines rotierenden Körpers, die dieser relativ zu seiner Drehachse ausführt, ist aus der DE 23 13 087 A1 bekannt. Bei diesem Kompensationsverfahren kommt ein Fühler zur Anwendung, der ein Fühlersignal abgibt und der auf die Ausrichtung bezogen auf die Bezugsachse anspricht. Der Körper wird hierbei in Stellungen gedreht, die gegeneinander um 180 Winkelgrad versetzt sind, und in welchen das zugehörige Fühlersignal abgenommen wird. Die Fühlersignale, die um 180 Winkelgrad gegeneinander versetzten Stellungen entsprechen, werden elektronisch gemittelt, um einen Ausgleich für die Taumelbewegung relativ zur genauen Drehachse zu ergeben. Die so gemittelten Fühlersignale werden als Winkelbeziehung zwischen der genauen Drehachse und der Bezugsachse zur Anzeige gebracht.

Die DE 32 41 896 C2 offenbart ein Verfahren zur Verbesserung der Bildverarbeitung bei optronischen Flugkörpererfassungsgeräten, bei denen die Flugkörper mit einer optronischen Bildaufnahmevorrichtung erfaßt werden, die von der Bildaufnahmevorrichtung gelieferten Flugkörperbilder in einem Korrelator mit vorgegebenen Referenzsignalen korreliert werden, die von dem Korrelator abgegebenen Punktzielen entsprechenden Korrelationssignale in einer Datenverarbeitungseinrichtung mit Umlaufstatistik und Zielspur verarbeitet werden, und die Ausgangssignale der Datenverarbeitungseinrichtung an eine Alarmeinrichtung abgegeben werden.

Ein Verfahren zur Extraktion eines Punktzieles aus einem Video-Signal und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist aus der DE 37 18 098 C2 bekannt.

Die DE 37 28 385 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Ermittlung der Anfangsrollage eines Geschosses in einem Abschußrohr. Zu diesem Zwecke ist ein Schwerkraftpendel um die Geschoßlängsachse schwingfähig vorgesehen, dessen Winkellage bezogen auf das Geschoß magnetisch, optisch oder elektrisch abgetastet und in Form eines elektrischen Signales im Geschoß gespeichert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der bauliche Aufwand relativ gering ist, so daß mit einfachen Mitteln ein, insbes. autonom gelenkter, Flugkörper realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichenteiles des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Aus- und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung weist die Vorteile auf, daß sie relativ einfach ausgebildet und zur präzisen Ermittlung des jeweiligen Lagewinkels und der jeweiligen Dreh- bzw. Rollrate eines Flugkörpers mittels kreiselstabilisierter Optikeinrichtung und flugkörperfestem Matrixdetektor geeignet ist.

Bei autonom gelenkten Flugkörpern mit abbildendem Suchkopf, bei dem es sich üblicherweise um einen IR-Suchkopf handelt, kommen in der Suchphase üblicherweise gekühlte IR- Matrixdetektoren zur Anwendung, die bspw. 128 . 128 Pixelelemente aufweisen. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ist es möglich, den Matrixdetektor, bei dem es sich vorzugsweise um einen IR-Matrixdetektor handelt, in der zeitlich vor der Suchphase gegebenen Flugphase des Flugkörpers zur Bestimmung der Fluglage und der Roll- d. h. Drehgeschwindigkeit des Flugkörpers zu benutzen. Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung eignet sich also nicht nur zur Fluglage- und Drehgeschwindigkeits- Bestimmung in der Flugphase, bei der es sich z. B. um eine Gleitphase zur Erreichung einer maximalen Flugstrecke handeln kann, sondern außerdem auch zur entsprechenden Bestimmung in der aktiven Zielsuchphase. Zu diesem Zwecke wird erfindungsgemäß eine im Flugkörper fest installierte, vorzugsweise punktförmige Infrarot-Lichtquelle angewandt, bei der es sich bspw. um eine LED-Infrarotdiode handelt. Diese wird über ein kardanisch gelagertes, rotierendes Linsensystem oder über einen kardanisch gelagerten, rotierenden Planspiegel als dem jeweiligen Lagewinkel und der jeweiligen Drehrate entsprechender bewegter Lichtpunkt auf den Matrixdetektor abgebildet, bei dem es sich - wie erwähnt worden ist - vorzugsweise um einen IR- Matrixdetektor handelt. Da die kardanisch gelagerte Kreiseloptik mit dem mit entsprechend hoher Drehzahl angetriebenen Kreiselrotor eine raumfeste Inertialachse bildet, bewegt sich der mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ausgerüstete Flugkörper und somit der durch die Punktlichtquelle generierte Lichtpunkt auf dem flugkörperfesten Matrixdetektor relativ zum raumfesten, mit der genannten Inertialachse zusammenfallenden Winkelgeschwindigkeitsvektor des Kreiselrotors. Das bedeutet, daß die radiale Lage bzw. Geschwindigkeit des Lichtpunktes auf dem Matrixdetektor mittels der mit dem Matrixdetektor zusammengeschalteten elektronischen Auswerteschaltung in Echtzeit ausgewertet werden kann und eine direkte Information über die zeitaktuelle Flugwinkellage und Drehgeschwindigkeit des Flugkörpers liefert. In vorteilhafter Weise sind also für die Ermittlung des jeweiligen Flugzustandes des Flugkörpers keine zusätzlichen Flugzustands-Sensoren wie Lagen- und Rollratenkreisel erforderlich.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung für einen autonom gelenkten Flugkörper, bei dem es sich bspw. um ein Mörser- Projektil handeln kann. Es zeigen:

Fig. 1 längsgeschnitten eine erste Ausführungsform der Sensoreinrichtung, und

Fig. 2 in einer der Fig. 1 ähnlichen teilweisen Schnittdarstellung eine zweite Ausbildung der Sensoreinrichtung.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Sensoreinrichtung 10 für einen autonom gelenkten Flugkörper, mit einem strahlungsempfindlichen Matrixdetektor 12, bei dem es sich vorzugsweise um einen IR-Matrixdetektor handelt, und der ortsfest vorgesehen ist. Mit dem Matrixdetektor 12 ist ein Kühlelement 14 wärmetechnisch verbunden, bei dem es sich um einen sog. Joule-Thompson-Kühler handeln kann. Der Matrixdetektor 12 ist mit einer (nicht dargestellten) elektronischen Auswerteschaltung zusammengeschaltet.

Am Flugkörper 16 bzw. am Suchkopf desselben, der mit einem Dom 18 ausgebildet ist, ist eine Strahlenquelle 20 ortsfest angeordnet, bei der es sich vorzugsweise um eine IR- Punktlichtquelle handelt. Diese kann bspw. durch eine LED- Infrarotdiode realisiert sein. Zwischen der in bezug auf den Flugkörper 16 ortsfest angeordneten Strahlenquelle 20 und dem in bezug auf den Flugkörper 16 ebenfalls ortsfest vorgesehenen Matrixdetektor 12 ist eine im Flugkörper 16 kardanisch gelagerte Kreiseloptikeinrichtung 22 vorgesehen. Die Kreiseloptikeinrichtung 22 weist einen Kreiselrotor 24 auf, der mittels eines Kardangelenkeinrichtung 26 im Flugkörper 16 kardanisch gelagert ist. Die Kardangelenkeinrichtung 26 weist ein Gelenkelement 28 auf, das mittels einer ersten Lagereinrichtung 30 um eine erste, zur Zeichnungsebene der Fig. 1 senkrechte, Kardanachse 32 verschwenkbar ist, was durch den bogenförmigen Doppelpfeil 34 angedeutet ist. Das Gelenkelement 28 ist außerdem um eine zweite Lagereinrichtung 36 herum in einer zur ersten Kardanachse 32 senkrechten, in der Zeichnungsebene der Fig. 1 liegende zweite Kardanachse 38 verschwenkbar, was durch den bogenförmigen Doppelpfeil 40 angedeutet ist. Das Gelenkelement 28 ist am Kreiselrotor 24 mittels einer dritten Lagereinrichtung 42 drehbar gelagert. Zum rotierenden Antrieb des Kreiselrotors 24 ist dieser bspw. mit Permanentmagneten 44 versehen, die in der Nachbarschaft einer am Flugkörper 16 bzw. dem Suchkopf desselben ortsfest angeordneten Antriebsspule 46 vorgesehen sind.

Der Kreiselrotor 24 ist mit einer zentralen Öffnung 48 ausgebildet, in welcher ein erstes optisches Linsenelement 50 angeordnet ist. Dieses ist bspw. plankonvex ausgebildet.

Ein zweites optisches Linsenelement 52 ist in der zentralen Öffnung 54 des Gelenkelementes 28 der Kardangelenkeinrichtung 26 befestigt. Dieses zweite Linsenelement 52 ist bspw. als bikonvexe Linse gestaltet.

Mit einer dünnen strichlierten Linie 56 ist der Weg der von der Strahlenquelle 20 emittierten Strahlung hin zum Matrixdetektor 12 schematisch angedeutet. Der auf den Matrixdetektor 12 auftreffende Lichtpunkt ist mit der Bezugsziffer 58 bezeichnet. Dieser Lichtpunkt 58 ist gegen die raumfeste Inertialachse 60 seitlich versetzt. Die durch den Dom 18 eintretende Zielsignatur ist durch die Pfeile 62 schematisch angedeutet.

Fig. 2 zeigt in einer teilweisen Schnittdarstellung eine zweite Ausführungsform der Sensoreinrichtung 10 mit ortsfestem Matrixdetektor 12, der mit einem Kühlelement 14 wärmetechnisch gekoppelt ist. Der Matrixdetektor 12 ist in der Nachbarschaft des Domes 18 des Flugkörpers 16 hinter dem Dom 18 angeordnet. Am Flugkörper 16 ist - wie bei der in Fig. 1 gezeichneten Ausbildung - ortsfest eine Strahlenquelle 20 vorgesehen. Eine Kreiseloptikeinrichtung 22 dient dazu, die von der Strahlenquelle 20 emittierte Strahlung, deren Strahlengang mit der Bezugsziffer 56 bezeichnet ist, zum Matrixdetektor 12 umzulenken. Zu diesem Zwecke ist die Kreiseloptikeinrichtung 22 der Sensoreinrichtung 10 gemäß Fig. 2 mit einem Planspiegel 64 ausgebildet, der am Kreiselrotor 24 der Kreiseloptikeinrichtung 22 vorgesehen ist. Der Kreiselrotor 24 ist mit Permanentmagneten 44 versehen, die in der Nachbarschaft einer am Flugkörper bzw. am Zielsuchkopf desselben ortsfest angeordneten Antriebsspule 46 vorgesehen sind. Der Kreiselrotor 24 ist mittels einer dritten Lagereinrichtung 42 an einer Kardangelenkeinrichtung 26 kardanisch gelagert, die ein Gelenkelement 28 aufweist. Auch bei dieser Ausführungsform ist das Gelenkelement 28 an einer ersten Lagereinrichtung 30 um eine erste Kardanachse 32 sowie an einer zweiten Lagereinrichtung 36 um eine zweite Kardanachse 38 kardanisch gelagert.

Claims (8)

1. Sensoreinrichtung insbesondere für einen autonom gelenkten Flugkörper, mit einem strahlungsempfindlichen Matrixdetektor und mit einer mit dem Matrixdetektor zusammengeschalteten elektronischen Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß am Flugkörper (16) eine Strahlenquelle (20) ortsfest angeordnet und daß zwischen der Strahlenquelle (20) und dem Matrixdetektor (12), der ortsfest vorgesehen ist, eine im Flugkörper (16) kardanisch gelagerte Kreiseloptikeinrichtung (22) vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle (20) als IR-Punktlichtquelle ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiseloptikeinrichtung (22) einen Kreiselrotor (24) aufweist, der mittels einer Kardangelenkeinrichtung (26) im Flugkörper (16) gelagert ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiseloptikeinrichtung (22) einen am Kreiselrotor (24) angeordneten Planspiegel (64) aufweist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiseloptikeinrichtung (22) mindestens ein am Kreiselrotor (24) angeordnetes Linsenelement (50) aufweist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiseloptikeinrichtung (22) mindestens ein an der Kardangelenkeinrichtung (26) angeordnetes zweites Linsenelement (52) aufweist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreiselrotor (24) elektromagnetisch mit einer ortsfesten Antriebsspule (46) des Flugkörpers (16) gekoppelt ist.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrixsensor (12) mit einem Kühlelement (14) verbunden ist.