DE3230068C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur genauen Posi­ tionierung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 3.

Zur Beschädigung oder Zerstörung von Zielobjekten oder von Teilen davon können Laser als Waffen eingesetzt wer­ den. Mit einem Waffenlaser kann z. B. an einem zur Be­ schädigung oder Zerstörung eines Zielobjektes geeigne­ ten Punkt ein Loch eingebrannt, eine Empfangs- oder Sendeoptik eines elektrooptischen Gerätes beschädigt oder ein elektrotechnisches Gerät außer Funktion ge­ setzt werden. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß der von dem Lasersender ausgehende Laserstrahl überhaupt auf dem Zielobjekt auftrifft. Hierzu kann der Laser­ sender mit Hilfe eines Visiergerätes oder bei beweg­ ten Zielen mittels eines Zielverfolgungsgerätes genügend hoher - jedoch absolut gesehen geringer - Genauigkeit so auf das Ziel gerichtet werden, bzw. dem Ziel nachfol­ gen, daß der Strahl des Waffenlasers eine bestimmte Zone des Ziels trifft. Um nun eine Beschädigung oder eine Zerstörung eines verwundbaren Punktes dieser Zone des Zielobjektes herbeizuführen, ist es jedoch erforderlich, den Laserstrahl und damit eine entsprechende Energie für eine bestimmte Einwirkungszeit, d. h. für die Zeit, die bis zur Beschädigung ider Zerstörung benötigt wird, möglichst genau auf die betreffende Stelle des Zielob­ jektes gerichtet zu halten. Der auf dem Zielobjekt auf­ treffende Laserstrahl wandert jedoch z. B. infolge von Zielbewegungen, atmosphärischen Turbulenzen, Instabili­ täten des Lasermediums oder Ungenauigkeiten des Visier- oder Zielverfolgungsgerätes aus. Da die zu treffende Stelle des Zielobjektes je nach Anwendung einen Durchmesser von einigen Zentimetern bis zur Größenordnung von etwa 1 Meter hat, muß bei einer Zielentfernung von z. B. 5 km die Genauigkeit, mit der der Zielpunkt gehalten werden kann, wesentlich besser als 0,02 mrad bei einem Durchmesser der Strahlauftreffstelle von 10 cm bzw. 0,2 mrad bei einem Durchmesser von 1 Meter sein. Diese Genauig­ keit, vor allem der erstgenannte Wert, ist mit herkömmlichen Visier- oder Zielgeräten jedoch nicht zu erreichen.

Durch die DE 27 57 585 A1 ist eine Einrichtung zum selbst­ tätigen Ausrichten eines Laserstrahles auf ein Ziel mit einem Empfänger bekannt, der einen Teil des vom Ziel reflektierten Laserlichtes auffängt und ein Empfangssignal liefert, und ferner eine im Laserstrahl angeordnete Richtvorrichtung und eine elektrische Einrichtung aufweist, die aus dem Empfangs­ signal Nachführsignale erarbeitet und diese derart auf die einen Spiegel umfassende Richtvorrichtung aufbringt, daß der Laserstrahl ständig auf das Ziel gerichtet bleibt. Bei der bekannten Einrichtung geht es also ganz allgemein darum, einen Laserstrahl überhaupt auf ein Ziel gerichtet zu halten. Davon, daß der auf das Ziel treffende Laserstrahl genau auf eine bestimmte Stelle des Zieles gerichtet werden soll, d. h. daß der auf dem Ziel auftreffende Laserstrahl einen Brennfleck erzeugen und in seiner diesen Brennfleck erzeugenden Position genau stabilisiert werden soll, ist bei der bekannten Einrichtung keine Rede.

Die DE 24 26 844 betrifft eine Beobachtungs- und Zielvor­ richtung mit Lasersender und getastetem Wärmebildempfänger. Es geht hierbei um ein Wärmebildgerät zur Beobachtung eines Zieles mit einem starr mit dem Wärmebildgerät gekoppelten Lasersender, der das zu beobachtende Ziel beleuchten soll, wobei Beleuchtung und Beobachtung des Zieles in bestimmter Art und Weise derart aufeinander abgestimmt sind, daß das Gerät die Betriebsart "gestastetes Sehen" ermöglicht. Bei diesem bekannten Gerät wird der aus dem Laserresonator kreiszylinderförmig austretende Strahl durch gekreuzt angeordnete Zylinderlinsen aufge­ weitet und über den sich hin- und herbewegenden Abtastspiegel des Wärmebildgerätes auf das Ziel gerichtet, d. h. der vom sich bewegenden Abtastspiegel auf das Ziel abgelenkte Laserstrahl bewegt sich hin und her und erzeugt auf dem Ziel Beleuchtungs­ streifen. Ein solches Hin- und Herwandern des Laserstrahles auf dem Ziel soll aber gerade dann nicht ausgeführt werden, wenn der Laserstrahl zwecks Beschädigung oder Zerstörung des Zieles einen geeigneten Brennfleck erzeugen und auf diesen Brennfleck stabilisiert werden soll.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, der eine gegenüber herkömmlichen Mitteln genauere Positionierung eines auf eine Stelle eines Zielobjektes gerichteten Laserstrahles ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Erfindung geht davon aus, daß ein auf ein Zielobjekt gerichteter Laserstrahl die getroffene Stelle des Zielobjektes erwärmt, so daß ein Brennfleck entsteht, der thermische Strahlung aussendet, welche diesen Brennfleck von seiner Umgebung unterscheidet. Der Brennfleck ändert nun seine Position auf dem Zielobjekt infolge thermischer Trägheit der dort erhitzten Masse relativ langsam gegenüber dem z. B. aufgrund atmosphärischer Turbulenzen oder Instabilitäten des Lasermediums vom Brennfleck weg wandernden Laserstrahl. Bei dem erfindungs­ gemäßen Verfahren wird nun die thermische Strahlung des Brennflecks mit der Momentanlage des Laserstrahls auf dem Zielobjekt verglichen und zwar dadurch, daß ein Vergleich der Winkellage der Brennfleckstrahlung und der reflektierten Laserstrahlung des ausgewanderten Laserstrahls vorgenommen wird. Aus der Ablageinforma­ tion läßt sich ein Signal gewinnen, das den Lasersender nachsteuert und damit für die gewünschte Einwirkungs­ zeit den Brennfleck auf dem Zielobjekt mit der geforder­ ten Genauigkeit positioniert, d. h. in seiner Position genau stabilisiert.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Verfahrens wird die Winkellage der thermischen Strahlung des Brennflecks und der vom Zielobjekt reflek­ tierten Laserstrahlung über einen Empfänger von einem Winkelsensor gemessen, wobei das Ausgangssignal des Win­ kelsensors einem Komparator zugeführt wird und dessen Ausgangssignal dem Lasersender zugeführt wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Merkmalen der auf die Vorrichtung bezogenen Unteransprüche angegeben.

Dabei ist bei einer Ausführungsform einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung zur Ermöglichung des Vergleiches der beiden Winkellagen für die thermische Strahlung und für die reflektierte Laserstrahlung ein gemeinsamer Empfän­ ger mit einem Filter zur Trennung der beiden Strahlungs­ bereiche vorgesehen ist. Es ist aber auch möglicht, daß für die thermische Strahlung und für die reflektierte Laserstrahlung zwei getrennte Empfänger verschiedener Wellenlängenbereiche vorgesehen sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren steuert das aus den beiden Winkellagen gewonnene Ablagesignal den La­ sersender nach. Es ist daher zweckmäßig, wenn zur Nach­ steuerung des Lasersenders geeignete auf den Lasersen­ der einwirkende Mittel vorgesehen sind. Hierzu ist bei einer ersten vorteilhaften Ausführungsform einer er­ findungsgemäßen Einrichtung der Lasersender auf einer von dem Komparatorausgangssignal steuerbaren Plattform angeordnet. Die Richtmittel zur Nachsteuerung des Laser­ senders können auch aus einer nachsteuerbaren Optik, z. B. einer adaptiven Optik bestehen, welche in den op­ tischen Pfad anstelle einer Plattform eingefügt und von dem Komparator angesteuert wird.

Um bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Verän­ derung des Laserstrahls aufgrund atmosphärischer Tur­ bulenzen besser ermitteln, berücksichtigen und ausre­ geln zu können, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Lasersender und dem Komparator eine die Winkellage des Lasersendestrahls messende Winkelmeßeinrichtung vorge­ sehen ist. Damit wird dem Komparator auch ein Signal über die Winkellage des Lasersendestrahls zugeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird gewöhnlich in Ver­ bindung mit einem Visiergerät angewandt, insbesondere bei beweglichen Zielobjekten. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens die Empfänger und der Lasersen­ der mit einem Visiergerät gekoppelt sind. Als Visierge­ rät wird zweckmäßigerweise ein Zielverfolgungsgerät vorgesehen, wobei hierfür z. B. ein Radar-, ein IR- oder ein Fernsehgerät verwendet werden kann.

Eine Vereinfachung des Aufbaus einer Einrichtung wird dadurch erzielt, daß die Empfänger und der Lasersender auf einer gemeinsamen Grob-Plattform angeordnet sind, die vom Visiergerät gesteuert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand einer in der Zeichnung schematisch in der Art eines Blockschaltbildes aufgezeigten Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher be­ schrieben.

Die Einrichtung weist einen Lasersender LS auf, der mit Hilfe eines Visiergerätes, z. B. eines Zielverfolgungsge­ rätes ZV, auf ein sich z. B. in Richtung des eingezeich­ neten Pfeiles 5 bewegendes Zielobjekt ZO gerichtet wird. Dort trifft der vom Lasersender LS ausgesandte Laser­ strahl 1 auf eine Stelle des Zielobjektes ZO. Diese Stelle A erwärmt sich nun und wird daher auch als Brennfleck bezeichnet. Die sich erwärmende Stelle A sendet nun thermische Strahlung 2 aus, die ihn von seiner "kälteren" Umgebung unterscheidet. Dabei än­ dert der dort entstehende Brennfleck infolge thermischer Trägheit der auf dem Zielobjekt erhitzten Masse seine Position auf dem Zielobjekt relativ langsam, während die Laserstrah­ lung 1 z. B. aufgrund atmosphärischer Turbulenzen oder Ungenauigkeiten des Zielverfolgungsgerätes von dem Brennfleck A weg zu einer Stelle B auswandert (Laser­ strahl 1 a). Um nun den Laserstrahl möglichst genau für eine bestimmte Zeit, nämlich für die zu einer Zerstö­ rung oder Beschädigung der verwundbaren Stelle A erfor­ derliche Einwirkungszeit auf den Brennfleck gerichtet zu halten, wird nun die thermische Strahlung des Brenn­ flecks an der Stelle A mit der Momentanlage der Laserstrahlung auf dem Zielobjekt verglichen, indem ein Vergleich der Winkel­ lage der Brennfleckstrahlung 2 und der von der Stelle B reflektierten Laserstrahlung 3 vorgenommen wird. Hier­ zu besitzt die Einrichtung bei diesem Ausführungsbei­ spiel zwei getrennte Empfänger E 1 und E 2 verschiedener Wellenlängenbereiche, d. h. der Empfänger E 1 für die thermische Strahlung 2 der erwärmten Stelle A ist mit einem IR-Sensor ausge­ stattet und der Empfänger E 2 für die reflektierte La­ serstrahlung 3 ist auf deren Wellenlänge abgestimmt. Die Empfänger E 1 und E 2 sind jeweils auf einer Platt­ form P 1 bzw. P 2 angeordnet und führen die in elektri­ sche Signale umgewandelte jeweilige Strahlung jeweils einem Winkelsensor W 1 bzw. W 2 zu. Die Ausgangssignale dieser beiden Winkelsensoren werden einem Komparator K zugeführt, welcher die Winkellage Δ bildet. Dieses Komparatorausgangssignal Δ, d. h. der Differenzwert, wird dem Lasersender LS zugeführt und steuert diesen so nach, daß das Δ zu Null geregelt wird. Hierzu sind auf den Lasersender einwirkende Nachsteuerungsmittel 4 vorgesehen, die als von dem Komparatorausgangssignal steuerbare Plattform ausgebildet oder als Richtmittel im optischen Pfad, z. B. in Form einer nachsteuerbaren adaptiven Optik oder eines Richtspiegels, eingefügt sind. Außerdem ist zwischen dem Lasersender LS und dem Komparator K noch eine Winkelmeßeinrichtung W 3 ange­ ornet, welche die Winkellage des abgestrahlten Laser­ strahls 1 mißt und dem Komparator zuführt. Damit erhält der Komparator K außer der Information über die Winkel­ lage der thermischen Strahlung 2 des Brennflecks an der Stelle A eine Information sowohl über die Winkellage des Ortes, der vom Laserstrahl ge­ troffen werden soll als auch über die Winkellage des­ jenigen Ortes, der vom Laserstrahl tatsächlich getroffen wurde und von dem der Laserstrahl reflektiert wird, al­ so eine Information über den Sende- und den Reflexions­ winkel des Laserstrahles. Bei der Bildung des Kompara­ torausgangssignals Δ wird daher auch der tatsächliche Sendewinkel berücksichtigt.

Claims (11)

1. Verfahren zur genauen Positionierung eines auf eine Stelle eines Zielobjektes gerichteten Strahles eines Lasersenders, dadurch gekennzeich­ net, daß sowohl die Winkellage der vom Zielobjekt (ZO) reflektierten Laserstrahlung (3) als auch die Win­ kellage der thermischen Strahlung (2), welche die vom Laserstrahl (1) getroffene und erwärmte Stelle (A) des Zielobjektes (ZO) aussendet, gemessen und durch einen Vergleich dieser beiden Winkellagen ein Ablagesignal (Δ) gewonnen wird, welches den Lasersen­ der (LS) nachsteuert und damit den Laserstrahl (1) auf die erwärmte Stelle (A) des Zielobjektes (ZO) gerichtet hält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Winkellager der thermischen Strahlung (2) der erwärmten Stelle (A) und der vom Zielob­ jekt (ZO) reflektierten Laserstrahlung (3) über einen Empfänger (E 1, E 2) von einem Winkelsensor (W 1, W 2) gemessen wird, daß das Ausgangssignal des Winkelsensors (W 1, W 2) einem Komparator (K) zugeführt wird und daß dessen Ausgangssignal (Δ) dem Lasersender (LS) zuge­ führt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die thermische Strahlung (2) und für die reflek­ tierte Laserstrahlung (3) ein gemeinsamer Empfänger mit einem Filter zur Trennung der beiden Strahlungsbereiche vorgesehen ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die thermische Strahlung (2) und für die reflek­ tierte Laserstrahlung (3) zwei getrennte Empfänger (E 1, E 2) verschiedener Wellenlängenbereiche vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger (E 1, E 2) auf einer Plattform (P 1, P 2) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der La­ sersender (LS) auf einer von dem Komparatorausgangs­ signal (Δ) steuerbaren Plattform angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß als Richt­ mittel zur Nachsteuerung des Lasersenders (LS) eine nachsteuerbare Optik, z. B. eine adaptive Optik, in den optischen Pfad eingefügt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Lasersender (LS) und dem Komparator (K) eine die Winkellage des Lasersendestrahls (1) messende Winkel­ meßeinrichtung (W 3) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Empfän­ ger (E 1, E 2) und der Lasersender (LS) mit einem Visier­ gerät gekoppelt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Visiergerät ein Ziel­ verfolgungsgerät (ZV) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger (E 1, E 2) und der Lasersender (LS) auf einer gemeinsamen Grob- Plattform angeordnet sind, die vom Visiergerät (ZV) ge­ steuert wird.