DE60205462T2

DE60205462T2 - Laserrichtzielsystem mit visierlaserentfernungsmessgerät

Info

Publication number: DE60205462T2
Application number: DE60205462T
Authority: DE
Inventors: François Dufresne de Virel
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2022-03-07
Also published as: EP1366336B1; WO2002070981A1; US7053993B2; US20040069896A1; EP1366336A1; DE60205462D1; FR2821929B1; FR2821929A1

Description

ALLGEMEINES GEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft Laserrichtzielsysteme mit einem Kennzeichnungsfernmesser.
Herkömmlich sind Zielsysteme vom Typ Zielgerät/Kennzeichnungsgerät bekannt, die zusätzlich zu einem rein optischen Beobachtungs- und Zielkanal einen oder mehrere Visualisierungskanäle mit TV- oder IR-Kameras umfassen, sowie einen Sende/Empfangs-Laserkanal, der sowohl für die Fernmeßfunktion als auch für die Kennzeichnungsfunktion verwendet wird.
Im allgemeinen arbeiten diese Zielsysteme im "autonomen" Modus: der Laserkanal des Fernmessers wird zur Beleuchtung eines Ziels verwendet, das für eine Waffe mit Laserselbststeuerung gekennzeichnet werden soll, die von dem Fahrzeug abgefeuert wird, das mit dem Zielsystem ausgerüstet ist, und die von dem Laserfleck geführt wird, der sich auf dem Ziel bildet.
Es sind außerdem Zielsysteme bekannt, bei denen das Ziel auf "kooperative" Weise gekennzeichnet wird: das Ziel wird dabei von Mitteln beleuchtet, die nicht diejenigen des Fahrzeugs sind, das die selbstgelenkte Waffe trägt und abfeuert. In diesem Funktionsmodus ist es daher notwendig, daß das Zielgerät dieses Fahrzeugs über Mittel verfügt, die es ihm gestatten, in der Weise den beleuchteten Fleck des Ziels zu detektieren und seine Ziellinie auf diesen Fleck geregelt auszurichten, daß die selbstgelenkte Waffe in Richtung des gekennzeichneten Ziels abgefeuert wird und nur, wenn dieses tatsächlich beleuchtet wird.
Bestehende Zielsysteme, die einen kooperativen Betrieb gestatten, sind relativ komplex. Sie integrieren Mittel zur elektronischen Abstandsmessung mit Laserpunkten, die speziell für diese Aufgabe vorgesehen sind und die neben den verschiedenen anderen Kanälen des Zielsystems stehen, wobei sie sehr präzise mit diesen gekoppelt sind, wodurch die Konzeption der Systeme komplizierter wird und deren Volumen, Masse und Kosten vergrößert.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung schlägt ein Zielsystem vor, das dafür geeignet ist, im autonomen wie auch im kooperativen Modus zu arbeiten und das nicht die Nachteile der heute bestehenden Zielsysteme hat, die einen Betrieb im kooperativen Modus gestatten.
Das vorgeschlagene Zielsystem ist ein Laserrichtzielsystem vom Typ, der einen Kennzeichnungsfernmesser umfaßt, der folgendes umfaßt: Mittel zum Aussenden eines Kennzeichnungsstrahls und Empfangsmittel zur Detektion und zum Verarbeiten der Reflexion eines leuchtenden Flecks, der vom Strahl auf einem Ziel gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsmittel dafür eingerichtet sind, bei fehlender Aussendung eines Kennzeichnungsstrahls durch den Fernmesser, die Reflexion eines leuchtenden Flecks zu detektieren, der von einer dritten Kennzeichnungsvorrichtung auf einem Ziel gebildet wird, wobei das System Mittel umfaßt, die dafür eingerichtet sind, sich automatisch in Bezug auf die durch diesen Fleck definierte Richtung auszurichten, wenn die Empfangsmittel des Fernmessers einen solchen leuchtenden Fleck detektieren.
Es ist zu bemerken, daß ein solches System den Vorteil hat, einen kooperativen Betrieb zu gestatten, ohne andere optische Kanäle und Detektoren zu benötigen, als diejenigen, die allgemein in Zielsystemen vorkommen.
Ein solches System wird außerdem vorteilhaft durch die folgenden verschiedenen Eigenschaften vervollständigt, die einzeln oder in ihren technisch möglichen Kombinationen angewendet werden können:

– es umfaßt Mittel, die dafür eingerichtet sind, die Zielrichtung auf den von den Empfangsmitteln des Fernmessers detektierten leuchtenden Fleck zu regeln;
– die Regelungsmittel umfassen Mittel, die dafür eingerichtet sind, Störungen der Beobachtungsrichtung des Fernmessers zu erzeugen und diese Richtung auf das Maximum des Detektionsflusses zu regeln, der von den Empfangsmitteln des Fernmessers empfangen wird;
– es umfaßt einen Kamera-Visualisierungskanal, dessen Beobachtungsrichtung mit der Beobachtungsrichtung des Fernmessers ausgerichtet ist, wobei der Fernmeßkanal und der Visualisierungskanal teilweise gemeinsam sind;
– das Beobachtungsfeld des Fernmeßkanals ist in der Größenordnung von 1 mrad;
– die Störungen der Zielrichtung entsprechen Störungen in der Größenordnung von 1 bis 10 Pixel in dem von der Kamera erfaßten Bild;
– es umfaßt Mittel, um die Zielrichtung durch automatische Verfolgung zu regeln bevor ein leuchtender Fleck vom Fernmesser detektiert wird;
– es umfaßt Mittel, die dafür eingerichtet sind, für den detektierten leuchtenden Fleck eine Wellenlänge und/oder einen Code zu verifizieren.

Die Erfindung schlägt außerdem ebenfalls ein Kennzeichnungsverfahren für ein Ziel vor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es folgendes ausführt:

– ein Positionieren des Ziels im Zielfeld eines Systems vom zuvor genannten Typ;
– ein Aussenden eines Laserstrahls durch ein drittes Kennzeichnungsgerät auf das Ziel;
– eine Detektion des Flecks, der vom Strahl auf dem Ziel gebildet wird; und
– ein Festhalten des gekennzeichneten Ziels durch das Zielsystem.

Vorteilhafterweise wird insbesondere das Positionieren des Ziels im Zielfeld durch eine automatische Verfolgung ausgeführt.
Die Erfindung schlägt außerdem ebenfalls ein Feuerleitsystem vor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es ein Zielsystem vom zuvor genannten Typ umfaßt und dadurch, daß das System Mittel umfaßt, die dafür eingerichtet sind, das Auslösen eines Schusses der Bewaffnung zu gestatten, wenn die Empfangsmittel des Fernmessers einen solchen leuchtenden Fleck detektieren.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden noch aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform ersichtlich. Für die beigefügten Zeichnung gilt dabei:
1 ist eine schematische Darstellung eines optischen Aufbaus von einem Ziel- und Feuerleitsystems gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung;
2 ist ein Strukturschema der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
3 ist ein Strukturschema der Arbeitsweise des kooperativen Modus der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
BESCHREIBUNG EINER ODER MEHRERER MÖGLICHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Optischer Aufbau
1 stellt den optischen Aufbau der Fernmesser- und TV-Kanäle eines Ziel- und Feuerleitsystems dar, das allgemein mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet ist.
Diese Anordnung umfaßt einen optischen Kopf, der dem TV- und dem Fernmesser-Kanal gemeinsam ist und der eine Eingangsöffnung 1, Mittel 2 zur Feinstabilisierung, eine Kopflinse 4 und Umlenkspiegel (Kopfspiegel 3 und Spiegel 6) umfaßt.
Sie umfaßt ebenfalls einen Strahlteilerspiegel 7, der die vom optischen Kopf empfangenen Lichtstrahlen zum einen auf optische Mittel verteilt, die spezifisch für den TV-Kanal sind, und zum anderen auf optische Mittel, die spezifisch für den Fernmesser-Kanal sind.
In dem in 1 dargestellten Beispiel umfassen die für den TV-Kanal spezifischen Mittel eine Linse 8 und einen Umlenkspiegel 9, der das von der Platte 7 empfangene Bild zum Eingang einer Kamera 11 umlenkt, die beispielsweise eine Kamera 11 ist, die beispielsweise eine TV-Kamera ist, die jedoch auch eine IR-Kamera sein kann.
Die für den Fernmessungskanal spezifischen Mittel umfassen einen Teilerwürfel 14, der über eine Sammellinse 12 die von der Strahlteilerplatte 7 empfangenen Lichtstrahlen auf Empfangsmittel R eines Fernmessers 19 umlenkt und der von Sendemitteln E dieses Fernmessers den von diesem ausgesandten Laserstrahl empfängt, wobei der ausgesandte Strahl des Fernmessers den Strahlteilerwürfel 14 durchläuft, um vom Spiegel 7 auf den optischen Kopf des Ziel- und Feuerleitsystems umgelenkt zu werden.
In 1 bezeichnen die Bezugszeichen 15, 17 und 20 Umlenkspiegel der Sende- und Empfangskanäle des Fernmessers.
Selbstverständlich sind zahlreiche optische Aufbauten denkbar, die sich von dem in 1 dargestellten unterscheiden.
Insbesondere kann es sein, daß die Kamera 11 und der Fernmesser 19 keinen gemeinsamen Kanal haben. Allerdings sind Aufbauten mit gemeinsamem Kanal insoweit bevorzugt, als das Empfangsfeld eines Laserfernmessers besonders klein ist (typischerweise 1 mrad) gegenüber dem Feld einer Kamera (etwa 20 mrad).
Verarbeitung
Außer einem optischen Aufbau von dem in 1 dargestellten Typ, umfaßt ein System gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung Verarbeitungsmittel T, die dafür eingerichtet sind, den Betrieb des Fernmessers 19 im autonomen Modus (Block 120 in 2) sowie seinen Betrieb im kooperativen Modus (Block 110) zu verwalten und die außerdem dafür eingerichtet sind, die geregelte Einstellung der Zielrichtung und der Feuerrichtung für jeden der beiden Betriebsmodi zu verwalten (Feuerleitung 130).
Im autonomen Modus wird die Richtung, in die die Bewaffnung ausgerichtet ist, von der Feuerleitung auf die Zielrichtung geregelt, die der Kennzeichnungsrichtung des Fernmessers entspricht.
Im kooperativen Modus arbeitet der Fernmesser nur als Empfänger und sendet keinen Kennzeichnungsstrahl aus.
Er zielt in die vom optischen Kopf des Systems erfaßte Beobachtungs- und Zielrichtung, wobei er gegebenenfalls um diese Richtung herum kleine Störungen erzeugt.
Wenn der Fernmesser 19 in der von ihm beobachteten Richtung einen Laserfleck detektiert, verifizieren die Verarbeitungsmittel T, daß dieser Laserfleck der Wellenlänge und/oder dem erwarteten Code eines Kennzeichnungsflecks entspricht.
Falls dies tatsächlich der Fall ist, regeln die Verarbeitungsmittel T die Ziel- und Feuerrichtung auf die Richtung, in die der Fernmesser zielt.
3 zeigt schematisch Mittel, die es den Verarbeitungsmitteln T gestatten, im kooperativen Modus zu arbeiten (Block 110).
Diese Mittel umfassen Mittel 112, die den von den Detektionsmitteln R des Fernmessers empfangenen Lichtfluß analysieren und Motorisierungsmittel 111 steuern, die es gestatten, die Zielrichtung im Schwenk- und Neigewinkel zu bewegen.
Diese Mittel 112 wirken insbesondere auf die Motorisierungsmittel 111 derart ein, daß sie auf die Zielrichtung kleine Störungen anwenden und diese auf die Position regeln, die einem maximalen Detektionsfluß entspricht.
Unter kleinen Störungen werden im vorliegenden Text Störungen verstanden, die im von der Kamera 11 erfaßten Bild Störungen in der Größenordnung von 1 bis 10 Pixel entsprechen, was es gestattet, das detektierte Signal in der Weise zu verändern, daß es auf seinen Maximalwert geregelt werden kann, ohne das dargestellte Bild zu sehr zu stören.
Die Verarbeitungsmittel umfassen ebenfalls Mittel 113, die die Wellenlänge und/oder die Modulation der Phase, Frequenz oder Amplitude des detektierten optischen Flecks analysieren, um zu überprüfen, daß es sich tatsächlich um einen Kennzeichnungsfleck handelt, der das Auslösen eines Schusses der Bewaffnung zuläßt.
Die Mittel 113 setzen hierfür Vergleiche ein zwischen den Codes, die durch synchrone Demodulation des detektierten optischen Flecks ermittelt werden, und Kennzeichnungscodes, die beispielsweise in Speichermitteln 114 gespeichert sind, die für diesen Zweck vorgesehen sind.
Diese Kennzeichnungscodes können beispielsweise NATO-Codes (STANAG 3733) sein oder jeder andere Kennzeichnungscode, der zur Beleuchtung von Zielen eingesetzt wird.
Anwendungsbeispiel
Ein System vom gerade beschriebenen Typ wird beispielsweise auf die folgende Weise eingesetzt.
Zuerst wird durch konventionelle Mittel, wie etwa GPS-Koordinaten oder Navigationskoordinaten oder eine visuelle Schablone, dem Zielsystem ein zu kennzeichnendes Ziel mitgeteilt.
Das Zielsystem wird dann durch automatische Verfolgung auf das so gekennzeichnete Ziel geregelt.
In dem Fall beispielsweise, daß das Ziel durch eine visuelle Schablone gekennzeichnet wird, kann die automatische Verfolgung durch herkömmliche Mittel der Abstandsmessung oder Bildverarbeitung auf dem zur Kamera 11 gehörenden TV- oder IR-Kanal realisiert sein, wobei das von der Kamera erfaßte Bild auf einem Monitor angezeigt wird, auf dem auch ein Fadenkreuz erscheint (Monitor 101 in 2).
Wenn das Zielsystem auf die ihm angezeigte Zone eingestellt wird, beleuchtet ein dritter Kennzeichner (beispielsweise ein Infanterist in der Nähe des Ziels) das Ziel mit einem Laserkennzeichnungsstrahl, der beispielsweise entsprechend einem festgelegten Kennzeichnungscode gepulst ist.
Der auf diesem Ziel durch den Kennzeichnungsstrahl gebildete Fleck kann dann durch den Fernmesser 19 detektiert werden.
Es ist zu bemerken, daß diese Detektion für den Fernmesser 19 keine anderen optischen Mittel oder Verstärkungsmittel benötigt als diejenigen, die für den autonomen Modus verwendet werden: die Detektion des vom dritten Kennzeichner gebildeten optischen Flecks im kooperativen Modus geschieht unter gleichen Bedingungen wie im Fall einer Kennzeichnung im autonomen Modus.
Da der zur Beleuchtung des Ziels verwendete Kennzeichnungscode (NATO-Code, STANAG 3733, oder jeder andere) vom Fernmesser bekannt ist, setzen die Verarbeitungsmittel T eine synchrone Detektion ein, um die gesuchte Beleuchtung zu detektieren.
Die geringe Ausdehnung des Laserempfangsfelds (typischerweise 1 mrad) gestattet es, die Ziellinie des Zielgeräts/Kennzeichnungsgeräts in der Richtung des gekennzeichneten Ziels zu halten und dies mit einer ausreichenden Präzision für den Einsatz und den Schuß, der das Ziel treffen soll.
Zur Vervollständigung des Festhaltens der Position, das so realisiert werden kann, kann das System auch die Motorisierungsmittel 111 ansteuern, um auf der Zielrichtung kleine Störungen auszuführen und diese auf das Flußmaximum bei synchroner Detektion zu regeln.
Nachdem das Ziel- und Feuerleitsystem auf den Kennzeichnungsfleck eingestellt ist, kann der Operateur die Bewaffnung, die von diesem Fleck gelenkt werden soll, einsetzen und abfeuern.

Claims

Laserrichtzielsystem vom Typ, der einen Kennzeichnungsfernmesser (19) umfasst, der folgendes umfasst: Mittel (E) zum Aussenden eines Kennzeichnungsstrahls und Empfangsmittel (R) zur Detektion und zum Verarbeiten der Reflexion eines leuchtenden Flecks, der vom Strahl auf einem Ziel gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsmittel (R) dafür eingerichtet sind, bei fehlender Aussendung eines Kennzeichnungsstrahls durch den Fernmesser, die Reflexion eines leuchtenden Flecks zu detektieren, der von einer dritten Kennzeichnungsvorrichtung auf einem Ziel gebildet wird, wobei das System Mittel umfasst, die dafür eingerichtet sind, sich automatisch in Bezug auf die durch diesen Fleck definierte Richtung auszurichten, wenn die Empfangsmittel des Fernmessers einen solchen leuchtenden Fleck detektieren.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel (112) umfasst, die dafür eingerichtet sind, die Zielrichtung auf den von den Empfangsmitteln des Fernmessers detektierten leuchtenden Fleck zu regeln.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsmittel (112) Mittel umfassen, die dafür eingerichtet sind, Störungen der Beobachtungsrichtung des Fernmessers zu erzeugen und diese Richtung auf das Maximum des Detektionsflusses zu regeln, der von den Empfangsmitteln des Fernmessers (19) empfangen wird.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Kamera-Visualisierungskanal (11) umfasst, dessen Beobachtungsrichtung mit der Beobachtungsrichtung des Fernmessers ausgerichtet ist, wobei der Fernmesskanal und der Visualisierungskanal teilweise gemeinsam sind.
System nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Störungen der Zielrichtung Störungen in der Größenordnung von 1 bis 10 Pixel in dem von der Kamera (11) erfassten Bild entsprechen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beobachtungsfeld des Fernmesskanals in der Größenordnung von 1 mrad ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel umfasst, um die Zielrichtung durch automatische Verfolgung zu regeln bevor ein leuchtender Fleck vom Fernmesser detektiert wird.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel umfasst, die dafür eingerichtet sind, für den detektierten leuchtenden Fleck eine Wellenlänge und/oder einen Code zu verifizieren.
Kennzeichnungsverfahren für ein Ziel, dadurch gekennzeichnet, dass es folgendes ausführt: – ein Positionieren des Ziels im Zielfeld eines Systems gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; – ein Aussenden eines Kennzeichnungsstrahls durch ein drittes Kennzeichnungsgerät auf das Ziel; – eine Detektion des Flecks, der vom Strahl auf dem Ziel gebildet wird; und – ein Festhalten des gekennzeichneten Ziels durch das Zielsystem.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionieren des Ziels im Zielfeld durch eine automatische Verfolgung ausgeführt wird.
Feuerleitsystem, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Zielsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst und dadurch, dass das System Mittel umfasst, die dafür eingerichtet sind, das Auslösen eines Schusses der Bewaffnung zu gestatten, wenn die Empfangsmittel des Fernmessers einen solchen leuchtenden Fleck detektieren.