DE102014013179A1

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Info

Publication number: DE102014013179A1
Application number: DE102014013179.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Gross
Original assignee: Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Current assignee: Diehl Defence GmbH and Co KG
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2016-03-10
Also published as: EP2993440A1; EP2993440B1

Abstract

Translated fromGerman

Die Erfindung nennt eine Vorrichtung (1) zur Zielerfassung für einen Lenkflugkörper (2), umfassend eine erste Abbildungsoptik (4), welche eine erste Eintrittslinse (12) aufweist, eine zweite Abbildungsoptik (6), welche eine zweite Eintrittslinse (20) aufweist, einen ersten Sensor (8), und einen zweiten Sensor (10), wobei die erste Abbildungsoptik (4) einen ersten Strahlengang (26) auf den ersten Sensor (8) führt, wobei die zweite Eintrittslinse (20) in einer Ausnehmung (25) in der ersten Eintrittslinse (14) eingebracht ist, wobei der zweite Sensor (10) außerhalb des ersten Strahlengangs (26) angeordnet ist, und wobei die zweite Abbildungsoptik (6) einen zweiten Strahlengang (28) mittels wenigstens eines Spiegelmittels (22) auf den zweiten Sensor (10) führt.The invention specifies a device (1) for target detection for a guided missile (2), comprising a first imaging optic (4) having a first entrance lens (12), a second imaging optic (6) having a second entry lens (20), a first sensor (8), and a second sensor (10), wherein the first imaging optics (4) leads a first beam path (26) to the first sensor (8), wherein the second entrance lens (20) in a recess (25) in the first entrance lens (14) is introduced, wherein the second sensor (10) outside the first beam path (26) is arranged, and wherein the second imaging optics (6) a second beam path (28) by means of at least one mirror means (22) on the second sensor (10) leads.

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zielerfassung für einen Lenkflugkörper, umfassend eine erste Abbildungsoptik, welche eine erste Eintrittslinse aufweist, eine zweite Abbildungsoptik, welche eine zweite Eintrittslinse aufweist, einen ersten Sensor, und einen zweiten Sensor, wobei die erste Abbildungsoptik einen ersten Strahlengang auf den ersten Sensor führt, und wobei die zweite Eintrittslinse in einer Ausnehmung in der ersten Eintrittslinse eingebracht ist.The invention relates to a device for target detection for a guided missile, comprising a first imaging optics, which has a first entrance lens, a second imaging optics, which has a second entrance lens, a first sensor, and a second sensor, wherein the first imaging optics a first beam path on the first sensor leads, and wherein the second entrance lens is inserted in a recess in the first entrance lens.

Die Zielerfassung für einen Lenkflugkörper erfolgt häufig mittels eines in einem Suchkopf integrierten Infrarot(IR)-Sensors, welcher zur Auflösung bereits sehr geringer Temperaturdifferenzen ausgelegt ist. Die vom IR-Sensor gewonnene IR-Bildinformation kann ausgewertet werden, indem das Zielobjekt im IR-Bild vom Hintergrund diskriminiert, als Ziel klassifiziert und in den Bildkoordinaten lokalisiert wird. Diese Information wird dann zur Lenkung des Lenkflugkörpers verwendet.The target detection for a guided missile is often carried out by means of an integrated in a seeker infrared (IR) sensor, which is designed to resolve even very small temperature differences. The IR image information obtained by the IR sensor can be evaluated by discriminating the target object in the IR image from the background, classifying it as a target and localizing it in the image coordinates. This information is then used to steer the missile.

Insbesondere bei Luft-Boden-Lenkflugkörpern war bisher eine möglichst autonome Zielerfassung und entsprechende Lenkung eine häufige Anforderung. Bei einer vollautomatischen Zielerfassung, der sog. „Fire-and-forget”-Funktion, ist nach einem Start des Lenkflugkörpers keine Möglichkeit mehr für einen Operateur vorgesehen, in den Lenkprozess von außen einzugreifen, um den Lenkflugkörper in sein vorgesehenes Ziel zu steuern.In particular, in the case of air-to-ground guided missiles so far was a possible autonomous target detection and appropriate steering a frequent requirement. In a fully automatic target acquisition, the so-called "fire-and-forget" function, after a start of the missile no possibility for an operator is provided to intervene in the steering process from the outside to control the missile to its intended destination.

In modernen Einsatzszenarien wird jedoch aus Gründen einer höheren Sicherheit zunehmend die Fähigkeit benötigt, den autonomen Zielerfassungs- und Lenkprozess bis zum Ziel durch den Menschen beeinflussbar zu halten (sog. „Fire-and-observe”-Funktion). Eine derartige Fähigkeit kann auch bei einem bestehenden autonom zielerfassenden IR-Suchkopf nachgerüstet werden, indem man in den bestehenden IR-Sensor einen unabhängigen zweiten Sensor integriert. Bei einer solchen nachträglichen Integration des zweiten Sensors sollten die Auswirkungen auf das räumliche Auflösungsvermögen und die thermische Empfindlichkeit des IR-Sensors möglichst gering gehalten werden. Als zusätzlicher, nachzurüstender Sensor kommt hierbei beispielsweise ein abbildender Sensor in einem alternativen Spektralbereich (z. B. im sichtbaren Bereich) oder ein sog. halb-aktiver Laser-Sensor in Betracht. Letzterer registriert Laserstrahlung, welche von einem im Lenkflugkörper integrierten Laser zum Ziel emittiert und an diesem reflektiert wird.In modern application scenarios, however, the ability to keep the autonomous Zielerfassungs- and steering process up to the goal by the people to influence manageable (so-called "fire-and-observe" function) is increasingly needed for reasons of greater security. Such an ability can also be retrofitted to an existing autonomously-targeted IR seeker by integrating an independent second sensor into the existing IR sensor. In such subsequent integration of the second sensor, the effects on the spatial resolution and the thermal sensitivity of the IR sensor should be kept as low as possible. As an additional sensor to be retrofitted, an imaging sensor in an alternative spectral range (eg in the visible range) or a so-called semi-active laser sensor may be considered here. The latter registers laser radiation which is emitted by a laser integrated in the guided missile to the target and reflected thereon.

Bei einer vorgegebenen Strahlführung bzw. einem vorgegebenen Strahlengang in Inneren eines IR-Suchkopfes bedeutet es daher aufgrund des häufig sehr knapp bemessenen Platzes im Suchkopf eine technische Herausforderung, den Strahlengang für einen zweiten Sensor zu implementieren, ohne dabei die Leistungsfähigkeit des primären IR-Sensor-Systems maßgeblich zu beeinträchtigen.Given a given beam guidance or a predetermined beam path in the interior of an IR seeker, it therefore represents a technical challenge to implement the beam path for a second sensor due to the often very tight space in the seeker, without compromising the performance of the primary IR sensor. Significantly affect systems.

Wesentliche Randbedingungen für diese Implementierung sind hierbei die Geometrie und die Strahlführung für den primären IR-Sensor sowie der noch vorhandene Bauraum im Suchkopf. Eine in vielen Anwendungen verwendete Strahlführung sieht dabei vor, den primären IR-Sensor in einen Ablenkspiegel zu integrieren, welcher den einfallenden Strahlengang auf dem IR-Sensor gegenüberliegende optische Ablenkelemente reflektiert. Hierdurch entsteht im einfallenden Strahlengang ein Ausnehmungsbereich, welcher nicht zum primären IR-Sensor geführt wird. Eine derartige Anordnung ist beispielhaft beschrieben in derDE 41 35 260 C1. In derEP 1 956 336 B2 wird nun vorgeschlagen, die natürliche, nicht auf den primären IR-Sensor abgebildete Fläche der Haupteintrittslinse des Suchkopfes dazu zu verwenden, dort in einer Ausnehmung optische Elemente und den zweiten Sensor anzubringen. Diese Anordnung des zweiten Sensors und seiner Optik in der nicht vom primären IR-Sensor erfassten Ausnehmung in dessen Strahlengang berücksichtigt besonders den knapp bemessenen Platz im IR-Suchkopf.The essential boundary conditions for this implementation are the geometry and the beam guidance for the primary IR sensor as well as the available space in the seeker head. A beam guide used in many applications provides for integrating the primary IR sensor into a deflection mirror, which reflects the incident beam path on the IR sensor opposite optical deflection elements. This results in the incident beam path a recessed area, which is not performed to the primary IR sensor. Such an arrangement is exemplified in the DE 41 35 260 C1 , In the EP 1 956 336 B2 It is now proposed to use the natural, not on the primary IR sensor imaged surface of the main entrance lens of the seeker head to install there in a recess optical elements and the second sensor. This arrangement of the second sensor and its optics in the not detected by the primary IR sensor recess in the beam path takes into account in particular the tight space in the IR seeker.

Es ist jedoch hierbei zu bedenken, dass der zweite Sensor durch auf ihn eintreffende Strahlung eine Verlustleistung produzieren kann, welche in seine Umgebung als Wärmestrahlung abgegeben wird. Diese Wärmestrahlung kann nun in den Strahlengang des primären IR-Sensors gelangen, und hierdurch dessen Auflösungsvermögen beeinträchtigen. Andererseits würde beispielsweise ein Abschirmen dieser Wärmestrahlung des zweiten Sensors aufgrund seiner Anordnung zentral im ihn umgebenden primären Strahlengang diesen Strahlengang des primären IR-Sensors beeinträchtigen und zu anderen optischen Fehlern führen.It should be noted, however, that the second sensor can produce a power loss due to radiation impinging on it, which is emitted into its environment as heat radiation. This thermal radiation can now enter the beam path of the primary IR sensor, and thereby affect its resolution. On the other hand, for example, a shielding of this heat radiation of the second sensor due to its arrangement centrally in the surrounding primary beam path would affect this beam path of the primary IR sensor and lead to other optical errors.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur möglichst hochauflösenden Zielerfassung für einen Lenkflugkörper anzugeben, welche zwei voneinander unabhängige Sensoren aufweist, die sich gegenseitig möglichst nicht beeinträchtigen sollen.The invention is therefore an object of the invention to provide a device for high-resolution target detection for a missile, which has two independent sensors that should not affect each other as possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderische Ausgestaltungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.This object is achieved by a device having the features of claim 1. Advantageous and partly inherently inventive embodiments and further developments of the invention are set forth in the dependent claims and the description below.

Die Erfindung schlägt eine Vorrichtung zur Zielerfassung für einen Lenkflugkörper vor, welche eine erste Abbildungsoptik mit einer ersten Eintrittslinse und eine zweite Abbildungsoptik mit einer zweiten Eintrittslinse sowie einen ersten Sensor, und einen zweiten Sensor umfasst, wobei die erste Abbildungsoptik einen ersten Strahlengang auf den ersten Sensor führt, wobei die zweite Eintrittslinse in einer Ausnehmung in der ersten Eintrittslinse eingebracht ist, wobei der zweite Sensor außerhalb des ersten Strahlengangs angeordnet ist, und wobei die zweite Abbildungsoptik einen zweiten Strahlengang mittels wenigstens eines Spiegelmittels auf den zweiten Sensor führt.The invention proposes a device for target detection for a missile, which a first imaging optics having a first entrance lens and a second imaging optics having a second entrance lens and a first sensor, and a second sensor, wherein the first imaging optics a first beam path leads to the first sensor, wherein the second entrance lens in a recess in the first entrance lens is introduced, wherein the second sensor is arranged outside the first beam path, and wherein the second imaging optical system performs a second beam path by means of at least one mirror means on the second sensor.

Unter einer Eintrittslinse ist hierbei eine solche Linse zu verstehen, auf welche Strahlung, die von einem Ziel zur Vorrichtung hin reflektiert oder emittiert wurde, an der Vorrichtung zuerst auftrifft. Bevorzugt ist die Vorrichtung hierbei von einem Gehäuse umgeben, welches für die erste Eintrittslinse eine entsprechende Ausnehmung aufweist. In diesem Fall wird durch das Gehäuse, die erste Eintrittslinse und die zweite Eintrittslinse ein Innenraum der Vorrichtung, in welchem weitere Elemente der ersten Abbildungsoptik und der zweiten Abbildungsoptik sowie der erste Sensor und der zweite Sensor angeordnet sind, gegen die Umgebung abgeschirmt. Insbesondere kann die Vorrichtung zur besseren Beweglichkeit bei der Zielerfassung in einem Halterahmen, beispielsweise kardanisch, aufgehängt sein.In this case, an entry lens is to be understood as meaning a lens to which radiation which has been reflected or emitted by a target towards the device first impinges on the device. In this case, the device is preferably surrounded by a housing which has a corresponding recess for the first entrance lens. In this case, an interior of the device, in which further elements of the first imaging optics and the second imaging optics as well as the first sensor and the second sensor are arranged, is shielded from the environment by the housing, the first entrance lens and the second entrance lens. In particular, the device for better mobility in the target detection in a holding frame, for example gimbal, be suspended.

Unter einem Spiegelmittel ist hier ein optisches Element zu verstehen, welches zumindest in einer Teilfunktion dazu geeignet ist, den zweiten Strahlengang mittels einer wenigstens teilweisen Spiegelung in Richtung des zweiten Sensors zu führen, also beispielsweise ein Spiegel, eine plane Metallplatte oder ein Strahlteiler.A mirror means here is to be understood as an optical element which, at least in a partial function, is suitable for guiding the second beam path in the direction of the second sensor by means of at least partial reflection, for example a mirror, a flat metal plate or a beam splitter.

Die räumliche Begrenzung eines Strahlengangs sei hierbei jeweils gegeben durch die jeweils äußersten geometrischen Strahlenbündel, welche durch eine Eintrittslinse von der Abbildungsoptik noch auf einen Sensor geführt werden. Dementsprechend ist eine Anordnung des zweiten Sensors außerhalb des ersten Strahlenganges so zu verstehen, dass der zweite Sensor auch nicht in einem vom ersten Strahlengang umgebenen oder teilweise umgebenen Bereich liegt Der Erfindung liegen hierbei folgende Überlegungen zugrunde: Die Anordnung eines zweiten Sensors in einem vom ersten Strahlengang umgebenen Bereich bietet den Nachteil, dass als Wärmestrahlung abgegebene Verlustleistung des zweiten Sensors den ersten Strahlengang beeinflussen würde. Dieser Nachteil kann dadurch umgangen werden, dass der zweite Sensor vollständig außerhalb des ersten Strahlenganges angeordnet wird.The spatial boundary of a beam path is in each case given by the respective outermost geometric beam bundles, which are guided by an entrance lens of the imaging optics still on a sensor. Accordingly, an arrangement of the second sensor outside the first beam path is to be understood so that the second sensor is not in a region surrounded by the first beam path or partially surrounded area The invention is based on the following considerations: The arrangement of a second sensor in one of the first beam path surrounded area has the disadvantage that emitted as heat radiation power loss of the second sensor would affect the first beam path. This disadvantage can be circumvented by arranging the second sensor completely outside the first beam path.

Andererseits sollte eine von der zweiten Abbildungsoptik auf den zweiten Sensor abgebildete Umgebungsszene möglichst mit der von der ersten Abbildungsoptik auf den ersten Sensor abgebildeten Umgebungsszene übereinstimmen. Da eine Vorrichtung zur Zielerfassung für einen Lenkflugkörper oftmals beweglich innerhalb des Lenkflugkörpers gelagert ist, um das Ziel auch gegen eine Bewegung des Lenkflugkörpers im Sichtfeld eines Sensors halten zu können, würde eine Anordnung des zweiten Sensors außerhalb der Vorrichtung zu einem steuerungstechnischen Mehraufwand führen.On the other hand, an environmental scene imaged on the second sensor by the second imaging optical system should match as much as possible with the environmental scene imaged on the first sensor by the first imaging optical unit. Since a target for a missile detection is often mounted movably within the missile in order to hold the target against movement of the missile in the field of view of a sensor, an arrangement of the second sensor outside the device would lead to a tax-technical overhead.

Andererseits ist in einem Lenkflugkörper und dementsprechend auch in einer Vorrichtung zu seiner Zielerfassung der Bauraum üblicherweise sehr knapp bemessen, weswegen die Vorrichtung nicht ohne weiteres um einen zweiten Strahlengang, welcher gänzlich außerhalb des ersten Strahlenganges geführt wird, erweitert werden kann.On the other hand, in a missile and, accordingly, in a device for its target detection of the space usually very tight, so the device is not readily to a second beam path, which is performed entirely outside the first beam path, can be extended.

Demgegenüber wird nun vorgeschlagen, einerseits den zweiten Strahlengang über ein Spiegelmittel aus dem ersten Strahlengang abzuzweigen, und andererseits den zweiten Sensor vollständig außerhalb des ersten Strahlenganges, bevorzugt seitlich davon, anzuordnen. Somit wird der Anteil an Wärmestrahlung des zweiten Sensors, welche dieser infolge von Verlustleistung bei der Detektion abstrahlt, in den ersten Strahlengang, verglichen mit einer vom ersten Strahlengang umgebenen Anordnung des zweiten Sensors, Anordnung erheblich verringert. Das Sichtfeld des ersten Sensors innerhalb der Vorrichtung, also die Menge aller über den ersten Strahlengang erfassten bzw. abbildbaren Objekte, ist somit auf einer Temperatur, was sich positiv auf das thermische Auflösungsvermögen des ersten Sensors auswirkt. Überdies müssen für eine derartige Anordnung keine Signalkabel des Sensors durch den ersten Strahlengang geführt werden.In contrast, it is now proposed, on the one hand branch off the second beam path via a mirror means from the first beam path, and on the other hand, the second sensor completely outside the first beam path, preferably laterally to arrange. Thus, the proportion of thermal radiation of the second sensor, which radiates this due to power loss during detection, in the first beam path, compared with a surrounded by the first beam path arrangement of the second sensor, arrangement significantly reduced. The field of view of the first sensor within the device, that is to say the amount of all objects detected or imaged via the first beam path, is thus at a temperature, which has a positive effect on the thermal resolution of the first sensor. Moreover, no signal cable of the sensor must be passed through the first beam path for such an arrangement.

Insbesondere im in einer Vielzahl an Zielvorrichtungen auftretenden Fall, dass die erste Abbildungsoptik einen Ablenkspiegel aufweist, in welchen der erste Sensor integriert ist, kann die beschriebene Anordnung des zweiten Sensors so gestaltet werden, dass sie zu keiner zusätzlichen Vignettierung eines vom ersten Sensor generierten Bildsignals führt. Durch die Anordnung des ersten Sensors im Ablenkspiegel wird im beschriebenen Fall im ersten Strahlengang ein Ausnehmungsbereich gebildet, welcher nicht zum ersten Sensor geführt wird. In diesem Ausnehmungsbereich kann dann der zweite Strahlengang mittels des wenigstens einen Spiegelmittels, welches dann im ohnehin nicht vom ersten Sensor erfassbaren Bereich liegt, abgezweigt werden.In particular, in the case that the first imaging optics has a deflection mirror in which the first sensor is integrated, the described arrangement of the second sensor can be designed such that it does not lead to any additional vignetting of an image signal generated by the first sensor , Due to the arrangement of the first sensor in the deflection mirror, in the case described, a recess region is formed in the first beam path, which is not guided to the first sensor. In this recess region, the second beam path can then be branched off by means of the at least one mirror means, which is then located in the region which can not be detected anyway by the first sensor.

Für die Abzweigung des zweiten Strahlengangs wird eine Eintrittslinse in einer Ausnehmung der ersten Eintrittslinse vorgesehen, wodurch der zweite Strahlengang unabhängig vom ersten Strahlengang, insbesondere von der ersten Eintrittsline, fokussiert werden kann.For the diversion of the second beam path, an entrance lens is provided in a recess of the first entrance lens, whereby the second beam path can be focused independently of the first beam path, in particular from the first entry line.

Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der zweite Strahlengang durch eine Blende auf den zweiten Sensor geführt ist. Die Blende ist hierbei bevorzugt außerhalb des ersten Strahlengangs, dabei besonders bevorzugt nahe an dessen Rand, anzuordnen. Insbesondere ist die Größe der Blendenöffnung dabei auf die Strahlaufweitung des zweiten Strahlenganges an der Position der Blende abgestimmt, so dass der zweite Strahlengang die Blendenöffnung vollständig ohne Vignettierung, jedoch unter möglichst flächendeckender Ausleuchtung der Blendenöffnung passiert. Ist zur Führung des ersten Strahlenganges in der Vorrichtung hinter der ersten Eintrittslinse ein optischer Tubus, ggf. mit einer Öffnung für den zweiten Strahlengang, vorgesehen, so ist die Blende bevorzugt in den Tubus zu integrieren und/oder aus einem Material mit dem gleichen Emissionsgrad wie die dem ersten Strahlengang zugewandte Oberfläche des optischen Tubus zu fertigen. It proves to be advantageous if the second beam path is guided through an aperture on the second sensor. The aperture here is preferably outside the first beam path, thereby particularly preferably close to its edge to arrange. In particular, the size of the aperture is matched to the beam expansion of the second beam path at the position of the aperture, so that the second beam path, the aperture completely without vignetting, but under the widest coverage possible illumination of the aperture. If an optical tube, possibly with an opening for the second beam path, is provided for guiding the first beam path in the device behind the first entrance lens, the diaphragm is preferably to be integrated into the tube and / or made of a material with the same emissivity to manufacture the surface of the optical tube facing the first beam path.

Durch die Blende wird der erste Strahlengang vom zweiten Sensor abgeschirmt. Wärmestrahlung, welche vom zweiten Sensor durch Verlustleistung aus Strahlungsdetektion emittiert wird, kann somit möglichst weitgehend außerhalb des ersten Strahlenganges gehalten werden. Hierdurch kann erreicht werden, dass das Signal, welches der erste Sensor durch Detektion von Strahlung des ersten Strahlenganges generiert, nicht nennenswert durch die Präsenz bzw. den Betrieb des zweiten Sensors beeinträchtigt wird. Besonders wirksam ist hierfür die Blende in einer Position außerhalb des ersten Strahlenganges, um diesen nicht zu beeinflussen, jedoch möglichst nahe am Rand des ersten Strahlenganges, um einen möglichst weiten Raumwinkelbereich der Wärmestrahlung abschirmen zu können, welche vom welcher ggf. entfernter angeordneten zweiten Sensor emittiert wurde.Through the aperture of the first beam path is shielded by the second sensor. Thermal radiation, which is emitted by the second sensor due to power loss from radiation detection, can thus be kept as far as possible outside the first beam path. It can thereby be achieved that the signal which the first sensor generates by detecting radiation of the first beam path is not significantly impaired by the presence or the operation of the second sensor. Particularly effective for this purpose is the diaphragm in a position outside the first beam path, so as not to influence it, but as close as possible to the edge of the first beam path to shield the widest possible solid angle range of the heat radiation, which emits from which possibly remote arranged second sensor has been.

Als weiter vorteilhaft erweist es sich, wenn der zweite Sensor wärmeleitend mit einer Wärmesenke verbunden ist. Bevorzugt ist dabei die Wärmesenke außerhalb des ersten Strahlengangs angeordnet. Unter einer wärmeleitenden Verbindung ist hierbei eine Verbindung zu verstehen, welche dazu eingerichtet und vorgesehen ist, einen nennenswerten Wärmeabfluss des mit der Wärmesenke verbundenen Objekts zu dieser hin zu erzielen. Unter einer Wärmesenke ist hierbei ein Objekt mit einer hinreichend großen Wärmekapazität verstanden, welches insbesondere die vom zweiten Sensor während der Flugdauer des Lenkflugkörpers über die wärmeleitende Verbindung abgegebene Wärmemenge ohne Abstrahlung aufzunehmen vermag. Dadurch, dass die Wärmesenke zusätzlich am zweiten Sensor durch Verlustleistung entstehende Wärme aufnimmt, wird die vom zweiten Sensor abgestrahlte Wärmeleistung auch und insbesondere in Richtung des ersten Strahlenganges weiter verringert, was sich positiv auf die Auflösung des ersten Wärmesensors auswirkt.As it proves to be further advantageous if the second sensor is thermally conductively connected to a heat sink. In this case, the heat sink is preferably arranged outside the first beam path. In this case, a heat-conducting connection is to be understood as meaning a connection which is set up and intended to achieve a significant heat removal of the object connected to the heat sink. A heat sink here means an object with a sufficiently large heat capacity, which in particular is able to absorb the heat released by the second sensor during the flight duration of the guided missile via the thermally conductive connection without radiation. Due to the fact that the heat sink additionally absorbs heat generated by the power loss at the second sensor, the heat output radiated by the second sensor is also further reduced, in particular in the direction of the first beam path, which has a positive effect on the resolution of the first heat sensor.

Günstigerweise ist hierbei der zweite Sensor in ein strahlungsabsorbierendes Gehäuse integriert, über welches der zweite Sensor wärmeleitend mit der Wärmesenke verbunden ist. Das strahlungsabsorbierende Gehäuse weist hierbei eine entsprechende Öffnung für den zweiten Strahlengang auf oder ist an entsprechender Stelle mit einem für den relevanten Spektralbereich transparenten Material versehen. Das strahlungsabsorbierende Gehäuse kann so Streustrahlung des zweiten Strahlenganges aufnehmen, welche nicht auf den zweiten Sensor gerichtet ist. Hierdurch kann verhindert werden, dass diese zurückreflektiert wird und dabei über den ersten Strahlengang zum ersten Sensor gelangen kann.Conveniently, in this case, the second sensor is integrated into a radiation-absorbing housing, via which the second sensor is thermally conductively connected to the heat sink. The radiation-absorbing housing in this case has a corresponding opening for the second beam path or is provided at the appropriate place with a transparent material for the relevant spectral range. The radiation-absorbing housing can thus receive scattered radiation of the second beam path, which is not directed to the second sensor. This can be prevented that this is reflected back and can get over the first beam path to the first sensor.

Bevorzugt ist auch die Blende wärmeleitend mit der Wärmesenke verbunden. Die Blende kann im Betrieb der Vorrichtung Wärme aufnehmen, welche vom zweiten Sensor infolge von Verlustleistung abgestrahlt wird. Diese von der Blende aufgenommene Wärme kann dann an die Wärmesenkte abgeführt werden, ohne dass die Blende die aufgenommene Wärme selbst als Wärmestrahlung in Richtung des ersten Strahlenganges abgibt.Preferably, the diaphragm is thermally conductive connected to the heat sink. The diaphragm can absorb heat during operation of the device, which is radiated by the second sensor due to power loss. This heat absorbed by the diaphragm can then be dissipated to the heat sink, without the diaphragm emits the heat absorbed itself as heat radiation in the direction of the first beam path.

Zweckmäßigerweise umfasst die Wärmesenke ein aktives Kühlelement. Unter einem aktiven Kühlelement ist hierbei eine Vorrichtung zu verstehen, welche unter der Aufnahme von Leistung, insbesondere elektrischer Leistung, durch einen thermodynamischen Prozess an einem Bereich der Vorrichtung einen Temperaturgradienten erzeugt, und damit die Umgebung dieses Bereiches zu kühlen vermag bzw. diesem Bereich zugeführte Wärme abzuführen vermag. Durch eine aktive Kühlung kann die Abstrahlung von Wärme durch den zweiten Sensor und/oder eine davor angeordnete Blende besonders wirksam unterbunden werden.The heat sink expediently comprises an active cooling element. An active cooling element here is to be understood as a device which generates a temperature gradient at a region of the device by taking up power, in particular electrical power, by means of a thermodynamic process, and thus is able to cool the surroundings of this area or heat supplied to this area can dissipate. By means of active cooling, the radiation of heat by the second sensor and / or a diaphragm arranged in front of it can be prevented in a particularly effective manner.

Als vorteilhaft erweist es sich hierbei, wenn der zweite Sensor wärmeleitend mit einem Temperatursensor verbunden ist, und die Temperatur des zweiten Sensors mittels des Temperatursensors und des aktiven Kühlelements regelbar ist. Die Regelung ist hierbei beispielsweise durch eine Steuereinheit durchzuführen, welche ein Signal des Temperatursensors empfängt und das aktive Kühlelement ansteuert. Hierdurch kann nicht nur die Abstrahlung von Wärme unterbunden werden, sondern der zweite Sensor auch auf einer besonderen, für seinen Betrieb vorteilhaften Temperatur gehalten werden. Dies kann insbesondere dann günstig sein, wenn der zweite Sensor als ein IR-Sensor ausgebildet ist, bzw. wenn die Detektion im zweiten Sensor über ein Halbleitermaterial erfolgt, dessen Strahlungskonversion temperaturabhängig ist.It proves to be advantageous if the second sensor is thermally conductively connected to a temperature sensor, and the temperature of the second sensor by means of the temperature sensor and the active cooling element can be controlled. In this case, the regulation is to be carried out, for example, by a control unit which receives a signal from the temperature sensor and activates the active cooling element. In this way, not only the radiation of heat can be prevented, but the second sensor are kept at a special, advantageous for its operation temperature. This can be particularly favorable when the second sensor is designed as an IR sensor, or when the detection in the second sensor via a semiconductor material whose radiation conversion is temperature-dependent.

Günstigerweise ist das wenigstens eine Spiegelmittel der zweiten Ablenkoptik gegen den ersten Strahlengang durch eine Kapsel abgeschirmt. Die Kapsel weist dabei entsprechende Öffnungen für den zweiten Strahlengang auf oder ist im Bereich des zweiten Strahlengangs mit einem für den relevanten Spektralbereich transparenten Material versehen. Die Kapsel kann den ersten Strahlengang gegen Strahlung des zweiten Strahlenganges abschirmen, welche am wenigstens einen Spiegelmittel in unerwünschter Weise gestreut wird.Conveniently, the at least one mirror means of the second deflection optics is shielded from the first beam path by a capsule. The Capsule has corresponding openings for the second beam path or is provided in the region of the second beam path with a transparent material for the relevant spectral range. The capsule can shield the first beam path from radiation of the second beam path which is undesirably scattered at the at least one mirror means.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Sensor als ein Infrarot-Sensor ausgebildet. Die Zielerfassung für einen Lenkflugkörper mittels eines IR-Sensors ist eine weit verbreitete Technologie. Insbesondere hier kann eine entsprechende Vorrichtung zur Zielerfassung mit einem zweiten Sensor wie vorbeschrieben nachgerüstet werden, um die Zielerfassung verbessern sowie das Einsatzspektrum des Lenkflugkörpers erweitern.In an advantageous embodiment of the invention, the first sensor is designed as an infrared sensor. Target detection for a missile by means of an IR sensor is a widely used technology. In particular, a corresponding device for target detection with a second sensor as described above can be retrofitted to improve the target detection and expand the range of use of the missile.

Als weiter vorteilhaft erweist es sich, wenn die erste Abbildungsoptik einen ersten Ablenkspiegel aufweist, wobei der erste Sensor in den ersten Ablenkspiegel integriert ist, und wobei hierdurch im ersten Strahlengang ein Ausnehmungsbereich gebildet wird, welcher nicht auf den ersten Sensor geführt wird. Insbesondere kann hierbei der erste Sensor als ein IR-Sensor ausgebildet sein. Dies ist bei einer Vorrichtung zur Zielerfassung für einen Lenkflugkörper eine häufig verwendete Anordnung, welche wie vorbeschrieben mit einem zweiten Sensor nachgerüstet werden kann. Hierdurch wird die Zielerfassung verbessert sowie das Einsatzspektrum des Lenkflugkörpers erweitert.It proves to be further advantageous if the first imaging optics has a first deflection mirror, wherein the first sensor is integrated into the first deflection mirror, and whereby in this way a recess area is formed in the first beam path which is not guided onto the first sensor. In particular, in this case the first sensor can be designed as an IR sensor. This is a commonly used arrangement in a missile targeting apparatus which can be retrofitted with a second sensor as described above. As a result, the target acquisition is improved and expanded the range of applications of the missile.

Zweckmäßigerweise ist hierbei der zweite Strahlengang von der zweiten Eintrittslinse bis zum wenigstens einen Spiegelmittel in den Ausnehmungsbereich des ersten Strahlengangs integriert. Dadurch wird der vom ersten Sensor ohnehin optisch nicht auflösbare Bereich, welcher dem Ausnehmungsbereich entspricht, dazu genützt, den Strahlengang für den zweiten Sensor zu integrieren, wodurch eine kompakte Bauweise ermöglicht wird.Expediently, in this case the second beam path from the second entrance lens to the at least one mirror means is integrated into the recess area of the first beam path. As a result, the region which is optically non-resolvable by the first sensor and which corresponds to the recess region is used to integrate the beam path for the second sensor, thereby enabling a compact design.

Bevorzugt bilden die zweite Abbildungsoptik und der zweite Sensor eine unabhängig von der ersten Abbildungsoptik bzw. vom ersten Sensor justierbare Baueinheit. Dies ermöglicht es, auch ein bestehendes System zur Zielerfassung ohne unverhältnismäßigen Aufwand mit dem zweiten Sensor nachzurüsten, da hierfür nur die erste Eintrittslinse ausgetauscht werden und durch eine mit der zweiten Abbildungsoptik kompatible Eintrittslinse ersetzt werden muss, und die gesamte Baueinheit aus zweiter Abbildungsoptik und zweitem Sensor dann einfach eingesetzt und justiert werden kann.Preferably, the second imaging optics and the second sensor form an independent of the first imaging optics or by the first sensor adjustable unit. This makes it possible to retrofit even an existing system for target acquisition without disproportionate effort with the second sensor, since this only the first entrance lens to be replaced and replaced with a compatible with the second imaging optics entrance lens, and the entire unit of second imaging optics and second sensor then simply inserted and adjusted.

Vorteilhafterweise ist der zweite Sensor als ein halb-aktiver Laser-Sensor ausgebildet. Unter einem halb-aktiven Laser-Sensor ist hierbei ein solcher Sensor zu verstehen, welcher Laserstrahlung registriert, die von einem im Lenkflugkörper integrierten Laser zum Ziel emittiert und an diesem reflektiert wird. Insbesondere weist der Spektralbereich des zweiten Sensors mit dem Spektralbereich des ersten Sensors keinen nennenswerten Überlapp auf. Ein halb-aktiver Laser-Sensor erlaubt ein hohes Auflösungsvermögen, wenn die von der abzubildenden Umgebungsszene emittierte Strahlung sehr schwach ist und insbesondere ein ungünstiges Signal-zu-Rauschen-Verhältnis aufweist. In diesem Fall braucht die Detektion des zweiten Sensors sich nicht auf die von der Umgebungsszene selbst emittierte Strahlung zu beschränken, sondern kann die Strahlungsleistung aktiv erhöhen, was die Auflösung verbessert.Advantageously, the second sensor is designed as a semi-active laser sensor. A half-active laser sensor here is to be understood as meaning a sensor which registers laser radiation which is emitted by a laser integrated in the guided missile to the target and reflected thereon. In particular, the spectral range of the second sensor with the spectral range of the first sensor has no appreciable overlap. A semi-active laser sensor allows a high resolution capability when the radiation emitted by the environmental scene to be imaged is very weak and in particular has an unfavorable signal-to-noise ratio. In this case, the detection of the second sensor does not need to be limited to the radiation emitted by the environmental scene itself, but can actively increase the radiation power, which improves the resolution.

Alternativ dazu kann der der zweite Sensor auch als ein abbildender Strahlungssensor, beispielsweise als ein CCD- oder ein CMOS-Chip, ausgebildet sein, welcher ein Kamerabild von einer durch die zweite Abbildungsoptik auf den Sensor abgebildeten Umgebungsszene aufzeichnet. Insbesondere ist dabei möglich, dass der Spektralbereich des zweiten Sensors mit dem Spektralbereich des ersten Sensors keinen nennenswerten Überlapp aufweist. Ein abbildender Strahlungssensor weist einen besonders einfachen Bildverarbeitungsprozess auf.Alternatively, the second sensor may also be embodied as an imaging radiation sensor, for example as a CCD or a CMOS chip, which records a camera image from an environmental scene imaged onto the sensor by the second imaging optical unit. In particular, it is possible that the spectral range of the second sensor with the spectral range of the first sensor has no appreciable overlap. An imaging radiation sensor has a particularly simple image processing process.

Die Erfindung nennt des Weiteren einen Lenkflugkörper mit einer Vorrichtung zur Zielerfassung der vorbeschriebenen Art. Die für die Vorrichtung und ihre Weiterbildung angegebenen Vorteile können dabei sinngemäß auf den Lenkflugkörper übertragen werden.The invention further mentions a guided missile with a device for target detection of the type described above. The advantages stated for the device and its further development can be transmitted analogously to the guided missile.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt schematisch:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. This shows schematically:

1 eine Vorrichtung zur Zielerfassung, welche auf einem Lenkflugkörper angeordnet ist. 1 a target detection device which is arranged on a guided missile.

In1 ist eine Vorrichtung1 zur Zielerfassung für einen Lenkflugkörper2 gezeigt. Die Vorrichtung1 umfasst dabei eine erste Abbildungsoptik4, eine zweite Abbildungsoptik6, einen ersten Sensor8 und einen zweiten Sensor10. Der erste Sensor8 ist dabei als ein IR-Sensor ausgebildet, der zweite Sensor10 als ein CCD-Kamerachip. Der erste Sensor8 und der zweite Sensor10 weisen jeweils eine Signalverbindung zu einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Auswerteelektronik auf. Die erste Abbildungsoptik4 umfasst eine erste Eintrittslinse12, einen ersten Ablenkspiegel14, ein Umlenkelement16 sowie zwei direkt vor dem ersten Sensor8 angeordnete Fokussierlinsen18, wobei der erste Sensor8 in den ersten Ablenkspiegel14 integriert ist, und ihm das Umlenkelement16 gegenüberliegt. Die zweite Abbildungsoptik6 weist eine zweite Eintrittslinse20 und ein Spiegelelement22 auf, welches als ein zweiter Ablenkspiegel24 ausgebildet ist. Die zweite Eintrittslinse20 ist dabei in einer Ausnehmung25 der ersten Eintrittslinse14 angeordnet.In 1 is a device 1 for targeting a guided missile 2 shown. The device 1 includes afirst imaging optics 4 , a second imaging optics 6 , a first sensor 8th and a second sensor 10 , The first sensor 8th is designed as an IR sensor, the second sensor 10 as a CCD camera chip. The first sensor 8th and the second sensor 10 each have a signal connection to an evaluation not shown in detail in the drawing. Thefirst imaging optics 4 includes a first entrance lens 12 , a first deflecting mirror 14 , a deflecting element 16 as well as two directly in front of the first sensor 8th arranged focusinglenses 18 , where the first sensor 8th in the first deflecting mirror 14 integrated, and it the deflector 16 opposite. The second imaging optics 6 has a second entrance lens 20 and a mirror element 22 on which as a second deflecting mirror 24 is trained. The second entrance lens 20 is in arecess 25 the first entrance lens 14 arranged.

Eine Umgebungsszene wird von der ersten Eintrittslinse12 über einen ersten Strahlengang26 mittels der ersten Abbildungsoptik4 zum ersten Sensor8 geführt und dort erfasst. Ebenso wird die Umgebungsszene von der zweiten Eintrittslinse20 über einen zweiten Strahlengang28 mittels der zweiten Abbildungsoptik6 zum zweiten Sensor10 geführt und dort erfasst. Der zweite Strahlengang28 ist dabei von der zweiten Eintrittslinse20 bis zum zweiten Ablenkspiegel24 von einer Kapsel30 umgeben, welche den zweiten Strahlengang28 gegen den ersten Strahlengang26 abschirmt. Die zweiten Abbildungsoptik6 ist dabei im ersten Strahlengang26 im Ausnehmungsbereich32 des ersten Strahlengangs26 angeordnet, welcher aufgrund der Integration des ersten Sensors8 in den ersten Ablenkspiegel14 nicht vom ersten Sensor8 erfasst wird.An ambient scene is taken from the first entrance lens 12 via afirst beam path 26 by means of thefirst imaging optics 4 to the first sensor 8th guided and recorded there. Likewise, the surrounding scene of the second entrance lens 20 via asecond beam path 28 by means of the second imaging optics 6 to the second sensor 10 guided and recorded there. Thesecond beam path 28 is from the second entrance lens 20 to the second deflecting mirror 24 from acapsule 30 surrounded, which thesecond beam path 28 against thefirst ray path 26 shields. The second imaging optics 6 is in thefirst beam path 26 in therecess area 32 of thefirst beam path 26 arranged, which due to the integration of the first sensor 8th in the first deflecting mirror 14 not from the first sensor 8th is detected.

Der zweite Sensor10 ist durch eine Blende34, durch welche der zweite Strahlengang28 auf den zweiten Sensor10 geführt wird, gegen den ersten Strahlengang26 abgeschirmt. Die Blende34 ist auf einem Gehäuse36 angeordnet, welches auch den zweiten Sensor10 umgibt. An seiner Unterseite sitzt der zweite Sensor10 auf einer wärmeleitenden Platte38, welche mit einer großen Kontaktfläche an eine Wärmesenke40 angebracht ist. Die Platte38 ist wärmeleitend mit einem Temperatursensor42 verbunden. Über die Platte38 und das Gehäuse36 ist die Blende34 wärmeleitend mit der Wärmesenke40 verbunden. Die Wärmesenke40 ist hierbei ausgebildet als ein Metallkorpus43, welcher mit einem aktiven Kühlelement44 verbunden ist.The second sensor 10 is through apanel 34 through which thesecond beam path 28 on the second sensor 10 is led, against thefirst beam path 26 shielded. Theaperture 34 is on acase 36 arranged, which is also the second sensor 10 surrounds. The second sensor sits on its underside 10 on a thermallyconductive plate 38 , which with a large contact surface to aheat sink 40 is appropriate. Theplate 38 is thermally conductive with atemperature sensor 42 connected. About theplate 38 and thecase 36 is theaperture 34 thermally conductive with theheat sink 40 connected. Theheat sink 40 is here formed as a metal body 43 , which with an active cooling element 44 connected is.

Detektiert nun im Betrieb der Vorrichtung1 zur Zielerfassung der zweite Sensor10 Strahlung, so entsteht dabei Verlustleistung. Diese wird als Wärmestrahlung an seine Umgebung abgegeben, und würde somit über die erste Abbildungsoptik4, insbesondere über den ersten Ablenkspiegel14, auch zum ersten Sensor8 gelangen und dort das aufgezeichnete Signal beeinflussen. Um dies möglichst weit zu unterbinden, ist der zweite Sensor10 durch die Blende34 gegen den ersten Strahlengang26 abgeschirmt. Des Weiteren wird die am zweiten Sensor10 entstehenden Wärme kontrolliert über die Platte38 an die Wärmesenke40 abgeführt. Hierzu wird vom über die Platte38 wärmeleitend mit dem zweiten Sensor10 verbundenen Temperatursensor42 die Temperatur gemessen, und die Wärmesenke40 über das aktive Kühlelement44 auf eine dem Bedarf an Wärmeaufnahme entsprechende Temperatur geregelt.Detects now during operation of the device 1 for target acquisition the second sensor 10 Radiation, this results in power loss. This is emitted as heat radiation to its environment, and would thus be on thefirst imaging optics 4 , in particular via the first deflection mirror 14 , also to the first sensor 8th arrive there and influence the recorded signal. To prevent this as far as possible, the second sensor 10 through theaperture 34 against thefirst ray path 26 shielded. Furthermore, the second sensor 10 resulting heat controlled over theplate 38 to theheat sink 40 dissipated. This is done by the over theplate 38 thermally conductive with the second sensor 10connected temperature sensor 42 the temperature measured, and theheat sink 40 over the active cooling element 44 regulated to a temperature corresponding to the need for heat absorption.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch dieses Ausführungsbeispiel eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by this embodiment. Other variations can be deduced therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorrichtung zur ZielerfassungDevice for target acquisition
22: LenkflugkörperMissile
44: erste Abbildungsoptikfirst imaging optics
66: zweite Abbildungsoptiksecond imaging optics
88th: erster Sensorfirst sensor
1010: zweiter Sensorsecond sensor
1212: erste Eintrittslinsefirst entrance lens
1414: erster Ablenkspiegelfirst deflecting mirror
1616: Umlenkelementdeflecting
1818: Fokussierlinsefocusing lens
2020: zweite Eintrittslinsesecond entrance lens
2222: Spiegelelementmirror element
2424: zweiter Ablenkspiegelsecond deflecting mirror
2525: Ausnehmungrecess
2626: erster Strahlengangfirst ray path
2828: zweiter Strahlengangsecond beam path
3030: Kapselcapsule
3232: Ausnehmungsbereichrecess
3434: Blendecover
3636: Gehäusecasing
3838: wärmeleitende Plattethermally conductive plate
4040: Wärmesenkeheat sink
4242: Temperatursensortemperature sensor
4444: aktives Kühlelementactive cooling element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4135260 C1[0006]DE 4135260 C1[0006]
EP 1956336 B2[0006]EP 1956336 B2[0006]