DE102004040218B4

DE102004040218B4 - Annäherungssensoranordnung

Info

Publication number: DE102004040218B4
Application number: DE200410040218
Authority: DE
Inventors: Raimar Steuer; Berndt Dr. Warm; Jürgen Tengler; Andreas Ganghofer; Gunnar Pappert; Klaus Dr. Schlüter; Andreas Günther
Original assignee: Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Current assignee: Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2024-08-20
Also published as: DE102004040218A1

Abstract

Annäherungssensoranordnung, für die Zündauslösung des Gefechtskopfes eines Flugkörpers gegen ein Zielobjekt, mit einer Detektorvorrichtung, die einen Detektor (22) mit einem hohlkegelförmigen Detektionsbereich (14) zum Erfassen des Zielobjektes aufweist, sowie mit einer Entfernungssensorik, um die Zündauslösung des Gefechtskopfes in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen dem Flugkörper und dem durch die Detektorvorrichtung erfassten Zielobjekt zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass für die Entfernungssensorik eine Emissionsvorrichtung (30) zum Aussenden einer Strahlung (16) im Spektralbereich der durch den Detektor (22) erfassten Strahlung vorgesehen ist, wobei diese von der Emissionsvorrichtung (30) gegenüber dem Detektionsbereich (14), der Flugrichtung (18) entgegen, nach rückwärts versetzt ausgesendete Strahlung (16) mit einer Hauptausbreitungsrichtung in Flugrichtung (18) eines gegen ein anfliegendes Projektil (12) als dem Zielobjekt eingesetzten Abwehr-Flugkörpers (10) so abgestrahlt ist, dass sie für trigonometrische Entfernungsbestimmungen den Detektionsbereich (14) schneidet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Annäherungssensoranordnung für die Zündauslösung des Gefechtskopfes eines Projektils gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Dabei interessiert vorliegend eine solche Annäherungssensoranordnung, die in einem aktiven Abwehrsystem einsetzbar ist, bei dem von einem angegriffenen Objekt her einem angreifenden Projektil beispielsweise gemäß der US-A-5,661,254 eine Abwehrgranate mit Splitter-Gefechtskopf oder gemäß der US-B-6,244,156 eine Abwehrgranate mit Blast-Gefechtskopf entgegen geschossen wird. Bei dem Angreifer kann es sich um ein antriebslos verschossenes Projektil (Geschoss) oder um ein mit Eigenantrieb ausgestattetes Projektil (Flugkörper) handeln. Ein solches Szenario ist beispielhaft in der DE 196 01 756 C1 skizziert. Wie dort gezeigt, ist realistischerweise nicht davon auszugehen, dass es zu einer Kollision zwischen dem angreifenden Projektil und dem Abwehrflugkörper kommt. Deshalb muss der Gefechtskopf des Abwehrflugkörpers unmittelbar vor dem Vorbeiflug gezündet werden, weil sich dann für dessen Splitter- oder Blast-Wirkung gerade die optimale Begegnungssituation relativ zu dem angreifenden Projektil ergibt.
Die gattungsbildenden Maßnahmen sind aus der US 3,046,892 beim Annäherungszünder für die Gefechtsladung eines flügelstabilisierten Projektils bekannt. Die Zündauslösung erfolgt dort, wenn die gegenüber der Projektil-Längsachse angestellte breite Richtcharakteristik eines passiven optronischen Sensors ein potentielles Ziel erfasst und gleichzeitig in der gleichen Richtung eine Zielerfassung mittels der schmalen Charakteristik eines aktiven oder Rückstrahl-Hochfrequenzsensors vorliegt, ohne dass dabei eine vorgegebene Höchstentfernung zu diesem Ziel überschritten ist. Die beiden einander räumlich überlagerten, am Projektil um den gleichen Winkel schräg voraus orientierten unterschiedlichen Richtcharakteristiken werden zum Erfassen des gesamten voraus gelegenen Halbraumes viermal ausgebildet, nämlich um die Projektil-Längsachse herum um je 90° gegeneinander versetzt. Für jede der vier Rückstrahl-Richtcharakteristiken ist der Aufwand von zwei Antennen vorgesehen, und der Flugrichtung entgegen dahinter befindet sich eine Ringlinsenanordnung vor einem den vier passiven Richtcharakteristiken gemeinsamen Photodetektor. Eine Koinzidenzauswertung über die vier Kanäle lässt jedoch trotz des apparativen Aufwandes zum Einsatz einer aktiven oder Rückstrahl-Ortung nicht die, angesichts der überaus hohen Annäherungsgeschwindigkeit zwischen Angreifer und Abwehrflugkörper, zum Gewinnen eines Echtziel-Zündkriteriums notwenige schnelle Signalverarbeitung an Bord des Abwehrflugkörpers erwarten.
Aus der US 4,627,351 ist ein drallstabilisierter Flugkörper bekannt, dessen Gefechtsladung eine gebündelte räumliche Wirkung in einer Richtung aufweist, die um einen konstruktiv fest vorgegebenen Winkel schräg voraus von der Längs- und Flugrichtung des Flugkörpers abweicht. Vor der Wirkladung ist der Flugkörper in seiner Hülle mit einem passiven, auf Infrarotstrahlung vom potentiellen Ziel ansprechenden Sensor ausgestattet, dessen Richtcharakteristik zu der genannten Wirkrichtung parallel orientiert ist. Diesem Infrarotsensor diametral gegenüber ist in der Flugkörperhülle die Schlitzantenne eines wieder aktiven, also auf Rückstrahleffekten basierenden Entfernungsessers, den Viertelraum auf dieser Seite der Längsachse des Flugkörpers bestreichend, zum Abstrahlen von HF-Energie und zum Aufnehmen von am potentiellen Ziel reflektierter Hochfrequenzstrahlung ausgebildet. Der Gefechtskopf wird gezündet, wenn ein Ziel in der Wirkrichtung und außerdem, zeitlich dagegen versetzt, in einem vorgegebenen Entfernungsbereich erfasst wird. Bei der außerordentlich großen Annäherungsgeschwindigkeit zwischen einem abzuwehrenden Angreifer und der ihr entgegengesandten Abwehrgranate ist die an Bord der Granate realisierbare Signalauswertung angesichts des Funktionsversatzes zwischen den beiden Sensoren aber zu zeitkritisch.
Bei der Rückstrahlortungsanlage gemäß der US 3,786,757 werden mittels in Längsrichtung eines Flugkörpers gegeneinander versetzter, unterschiedlich geneigter ringförmiger Reflektorflächen sendeseitig aus einer Laserquelle zwei gegeneinander verschwenkte Sendecharakteristiken gebildet und empfangsseitig deren Reflexe je nach der Einfallsrichtung auf einen von zwei Detektoren geleitet. Dadurch werden zwei kegelwandförmige Detektionsbereiche aufgespannt, die mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln konzentrisch zum Flugkörper ineinander liegen. Weil Bodenechos in beiden Detektionsbereichen gleichzeitig auftreten, können sie von Flugzielen unterschieden werden, die von beiden Detektionsbereichen nacheinander erfasst werden. Eine Entfernungsdiskrimination ist nicht vorgesehen.
Zur Zielentfernungsmessung über eine hohlkegelförmige, also kegelwandförmige Abtastcharakteristik um die Projektil-Längsachse herum ist nach der US 4,309,946 vorn in der Ogive ein von der Anströmung über ein Windrad in Rotation versetzter Taumelspiegel im Strahlengang eines CW-Lasers vorgesehen. Es wird also wiederum der apparative Aufwand für eine aktive oder Rückstrahl-Ortung, hier ein LIDAR-System, betrieben.
Auch die für eine Abstandsauslösung gegen Luftziele im Einsatz befindlichen Radar-Zünder mit ihren keulenförmigen Detektionscharakteristiken führen in der dargestellten Passage situation nicht zu einer eindeutigen und reproduzierbaren Zündinformation. Bei Radarzündern besteht ein Hauptnachteil außerdem darin, dass diese ein angreifendes Projektil bevorzugt in Richtung koaxial voraus erfassen und damit die Zündauslösung des Gefechtskopfes in einer Annäherungssituation bewirken, die hinsichtlich des Abstandes und für die radial orientierte Wirkung des Abwehrgefechtskopfes extrem ungünstig ist.
Aus der DE-OS 25 27 368 ist daher ein Annäherungssensor mit einem hohlkegelförmigen Detektionsbereich zum Erfassen eines anfliegenden Projektils bekannt, sodass die Zündauslösung des Gefechtskopfes des Abwehrflugkörpers besser auf die hauptsächlich radial orientierte Wirkung des Gefechtskopfes abgestimmt ist. Um den Öffnungswinkel, in den die Splitter der Wirkladung streuen, klein zu halten und damit die Splitterdichte zu vergrößern, wird der Elevationswinkel des Detektionsbereichs des Annäherungssensors in Abhängigkeit von der Begegnungsgeschwindigkeit zwischen dem angreifenden Projektil und dem Abwehrflugkörper verändert. Die Begegnungsgeschwindigkeit wird dabei über ein zusätzliches Doppler-Radargerät in der Spitze des Abwehrflugkörpers erfasst. Die Veränderung des Elevationswinkels kann zum Beispiel mittels mehrerer hintereinander angeordneter Photodioden mit einer gemeinsamen Torroidlinse hinter der Wirkladung erreicht werden.
Ferner beschreibt die FR-A-1,464,783 einen Infrarot-Annäherungssensor mit mindestens zwei kegelförmigen Detektionsbereichen mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln, wobei die Zündauslösung des Gefechtskopfes nur bei gleichzeitiger Erfassung eines Zielobjekts durch beide Detektionsbereiche erfolgt. Durch diese Maßnahme soll verhindert werden, dass der Gefechtskopf fälschlicherweise durch eine Hintergrundstrahlung ausgelöst wird.
Auch die US-A-4,185,560 offenbart einen Annäherungssensor mit zwei kegelförmigen Detektionsbereichen mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln. In diesem Fall soll durch die beiden Detektionsbereiche aber die Aufgabe gelöst werden, Zielobjekte unterschiedlicher Größen gleichermaßen wirksam zu bekämpfen. Dies wird dadurch erreicht, dass der erste Detektionsbereich mit dem kleineren Öffnungswinkel ein anfliegendes Projektil zuerst erfasst und am Ende des Empfangssignals ein Zündsignal ausgibt, während der zweite Detektionsbereich mit dem größeren Öffnungswinkel ein anfliegendes Projektil später erfasst und das Zündsignal mit einer gewissen Verzögerung nach Beginn des Empfangssignals ausgibt. Im Fall eines großen anfliegenden Projektils ist das Ende des Empfangssignals des ersten Detektionsbereichs bei Ablauf der Verzögerung für das Zündsignal des zweiten Detektionsbereichs noch nicht erreicht, weshalb das Zündsignal gemäß dem zweiten Detektionsbereich nach Ablauf der Verzögerung nach Beginn des Empfangssignals erzeugt wird. Im Fall eines kleineren anfliegenden Projektils wird das Ende des Empfangssignals des ersten Detektionsbereichs bereits vor Ablauf der Verzögerung für das Zündsignal des zweiten Detektionsbereichs erreicht, sodass das Zündsignal gemäß dem ersten Detektionsbereich bei Ende des Empfangssignals erzeugt wird.
Ausgehend von dem oben beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Annäherungssensoranordnung für die Zündauslösung des Gefechtskopfes eines Abwehrflugkörpers gegen ein anfliegendes Projektil mit einer Detektorvorrichtung, die einen Detektor mit einem hohlkegelförmigen Detektionsbereich zum Erfassen des anfliegenden Projektils aufweist, derart weiterzubilden, dass der Detektionsbereich der Detektorvorrichtung weiter beschränkt wird, um die Störfestigkeit der Annäherungssensoranordnung weiter zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Annäherungssensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Aus- bzw. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Annäherungssensoranordnung für die Zündauslösung des Gefechtskopfes eines Abwehrflugkörpers gegen ein anfliegendes Projektil, mit einer Detektorvorrichtung, die einen Detektor mit einem hohlkegelförmigen Detektionsbereich zum Erfassen eines anfliegenden Projektils aufweist, weist danach ferner eine Entfernungssensorik auf, um die Zündauslösung des Gefechtskopfes eines Abwehrflugkörpers in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen dem Abwehrflugkörper und dem durch die Detektorvorrichtung erfassten anfliegenden Projektil zu steuern.
Durch die Kombination des hohlkegelförmigen Detektionsbereichs und der Entfernungssensorik wird erreicht, dass die Zündauslösung des Gefechtskopfes des Abwehrflugkörpers auf die hauptsächlich radial orientierte Wirkung des Gefechtskopfes abgestimmt ist und nur bei einem Vorbeiflug eines anfliegenden Projektils innerhalb eines Wirkungsradius des Gefechtskopfes erfolgt.
Durch die erfindungsgemäße Kombination kann die Empfindlichkeit des Annäherungssensors auf Umweltstörungen stark reduziert werden, da detektierte Objekte nur innerhalb eines vorgegebenen Radius von dem Abwehrflugkörper als Ziel klassifiziert werden, wodurch Cluttereinflüsse und Falschziele herausgefiltert werden.
Die Entfernungssensorik der Annäherungssensoranordnung kann mit einer Emissionsvorrichtung zum Aussenden einer Strahlung im Spektralbereich der durch den Detektor der Detektorvorrichtung erfassbaren Strahlung ausgestattet sein. Die Strahlung wird dabei von der Emissionsvorrichtung mit einer Hauptausbreitungsrichtung in Flugrichtung des Abwehrflugkörpers ausgesendet, sodass der Strahlungskegel der von der Emissionsvorrichtung ausgesendeten Strahlung den Detektionsbereich der Detektorvorrichtung schneidet. Der Detektionsbereich der Detektorvorrichtung wird so durch den Strahlungskegel der Emissionsvorrichtung in radialer Richtung begrenzt, wodurch beispielsweise stark reflektierende Falschziele außerhalb dieses Radius unterdrückt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die von der Emissionsvorrichtung ausgesendete Strahlung moduliert, und die Detektorvorrichtung führt eine Kreuzkorrelation zwischen der Modulation der von der Emissionsvorrichtung ausgesendeten Strahlung und dem durch den Detektor der Detektorvorrichtung erfassten Empfangssignal durch, wodurch Fremdstrahlung weiter unterdrückt wird.
Vorteilhafterweise ist diese von der Emissionsvorrichtung ausgesendete Strahlung mit einem Pseudo Random Noise – Signal moduliert. Durch die Kreuzkorrelation, d.h. die Laufzeitbewertung des Empfangssignals kann die Entfernung des anfliegenden Projektils erfasst werden, sodass die Verzögerung der Zündauslösung des Gefechtskopfes variabel an den erfassten Abstand angepasst werden kann, während Objekte, die zu großen Abstand vom Strahlungssender aufweisen, als Falschziele oder als Cluttereinflüsse bewertet werden können.
Bei dem aus der US 4,809,611 als solchem bekannten optischen System zur rein passiven Zieldetektion mittels zweier konzentrischer hohlkonischer Empfangscharakteristiken unterschiedlicher Öffnungswinkel ist eine einzige Weitwinkel-Linse achsparallel gegen seine Längsachse versetzt in einem Flugkörper angeordnet, und wenigstens je ein Detektorelement auf zwei zur Linsenachse konzentrischen Ringflächen unterschiedlicher Durchmesser und unterschiedlicher Abstände hinter der Linse. Aufgrund der durch die Linse gegebenen Srahlengeometrie ist jede Ringfläche einem Konuswinkel fest zugeordnet. Aus den beim Kreuzen der beiden Charakteristiken nacheinander generierten Signalen sollen Erkenntnisse über die Relativgechwindigkeit und über die Größe des potentiellen Zielobjektes abgeleitet werden.
Nach einer auf solchem Stande der Technik aufbauenden weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung weist der Detektor der Detektorvorrichtung ebenfalls zum Aufspannen eines hohlkegelförmigen Detektionsbereiches wenigstens ein Detektorelement auf, das in der Bildfokusebene hinter einer Zylinderlinse mit konvexen Eingangs- und Ausgangsstirnflächen oder einer Immersionslinse angeordnet ist, durch die ein unter Neigung gegenüber der Systemachse eintretendes paralleles Strahlenbündel auf einen randnahen Ausgangsbereich konzentriert und auf das Detektorelement abbildet.
Das Detektorelement des Detektors der Detektorvorrichtung ist bevorzugt ringförmig ausgebildet oder angeordnet. Im Fall eines um die Systemachse rotierenden Abwehrflugkörpers kann das Detektorelement auch nur aus einzelnen Elementen bestehen, die auf einem Kreisring angeordnet sind.
Es können auch mehrere Pixel eines Empfänger-Arrays derart ausgewählt werden, daß sie angenähert eine Ringstruktur bilden, wodurch die hohlkegelförmige Charakteristik in mehrere Segmente unterteilt wird. Hierdurch kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Detektorvorrichtung zwei Detektoren mit zueinander parallelen Detektionsbereichen umfassen, womit sich die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Abwehrflugkörper und dem anfliegenden Projektil ermitteln läßt, sodass die Zündauslösung des Gefechtskopfes des Abwehrflugkörpers in Abhängigkeit von der erfassten Relativgeschwindigkeit gesteuert werden kann. Zusätzlich kann aus der Geschwindigkeitsinformation auf ein gültiges Ziel oder auf ein Falschziel geschlossen werden. Denn bei gültigen Zielen ist die messbare Differenzgeschwindigkeit wesentlich höher, als die mittlere Eigengeschwindigkeit der Abwehrgranate, da sich ja die effektive Geschwindigkeit aus der eigenen und aus der Geschwindigkeit des entgegenkommenden Angrei fers ergibt. Bei den nicht derart anfliegenden Falschzielen dagegen ist die an Bord gemessene Geschwindigkeit weitgehend übereinstimmend mit der mittleren Eigengeschwindigkeit der Abwehrgranate.
Andererseits kann auf den apparativen Aufwand für eine Triangulation zur Begrenzung des Detektionsbereiches mittels der Installation eines gerichtet abstrahlenden Senders an Bord der Abwehrgranate oder mittels Bestrahlung vom zu schützenden Objekt aus verzichtet werden, wenn gemäß einer bevorzugten Weiterbildung vorliegender Erfindung der Detektor der Detektorvorrichtung ein Detektorelement aufweist, das aus sich heraus auch bereits Informationen über die Entfernungen von erfassten Objekten liefert. Dabei kann es sich um ein herkömmliches aktives oder Rückstrahl-Ortungssystem handeln, oder insbesondere um ein kleinbauendes so genanntes PMD-Element (Photonic Mixer Device bzw. Photomischdetektor) bzw. eine apparative Alternative dazu. Ein derartiges (PMD-)Detektorelement integriert die Korrelationsfunktion zwischen Sende- und Empfangssignal mittels CMOS-Technologie, sodass separate teure und große Zusatzschaltungen für die Auswertung des Empfangssignals entfallen. Die PMD-Technologie wurde von Prof. Dr.-Ing. R. Schwarte an der Universität Siegen entwickelt, und ihr Grundkonzept und ihre Funktionsweise sind beispielsweise in der DE 197 04 496 C2 ausführlich erläutert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der erläuterten beiden Realisierungsvarianten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele einer Annäherungssensoranordnung der Erfindung. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung bei Anwendung einer Triangulation zur Beschränkung des radialen Detektionsbereiches vom Abwehrfugkörper aus;
2 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Annäherungssensoranordnung zur Prinzipdarstellung der 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Modifikation des Grundprinzips von 1; und
4 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Detektors für eine Annäherungssensoranordnung gemäß der Erfindung.
Anhand von 1 wird zunächst das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Prinzip einer Annäherungssensoranordnung an Bord einer Abwehrgranate oder eines sonstigen Abwehrflugkörpers 10 gegen eine anfliegende Bedrohung erläutert. Die Prinzipdarstellung in 1 ist nicht maßstabsgetreu, insbesondere sind die Elevationswinkel des Detektionsbereiches 14 und des Strahlungskegels 16 zur Systemachse 20 nicht auf die in 1 dargestellten Winkel beschränkt.
Die Annäherungssensoranordnung wird typischerweise im Abwehrflugkörper 10 zur Abwehr von anfliegenden Projektilen 12, wie z.B. Geschossen oder Flugkörpern, eingesetzt. Der Abwehrflugkörper 10 enthält im allgemeinen einen Gefechtskopf mit einer Splitter- oder Blast-Wirkladung, einer Zündvorrichtung zum Zünden der Wirkladung und eine Detektorvorrichtung zum Steuern bzw. Auslösen der Zündvorrichtung der Wirkladung. Da die Annäherungssensoranordnung der vorliegenden Erfindung grundsätzlich nicht auf einen speziellen Aufbau des Abwehrflugkörpers beschränkt ist, sondern vielmehr allgemein einsetzbar ist, wird an dieser Stelle auf eine weitergehende Erläuterung des Abwehrflugkörpers verzichtet.
Die Annäherungssensoranordnung der Erfindung umfasst eine Detektorvorrichtung mit einem Detektor, der einen hohlkegelförmigen Detektionsbereich 14 besitzt. Ferner um fasst die Annäherungssensoranordnung eine Entfernungssensorik, die eine Emissionsvorrichtung zum Aussenden eines Strahlungskegels 16 aufweist, dessen Hauptausbreitungsrichtung in Flugrichtung 18 des Abwehrflugkörpers 10 bzw. in Richtung der Systemachse 20 des Abwehrflugkörpers 10 orientiert ist. Die Wellenlänge der von der Emissionsvorrichtung ausgesendeten Strahlung 16 entspricht dem Spektralbereich der durch den Detektor der Detektorvorrichtung erfassbaren Strahlung.
Wie aus den Triangulationsverhältnissen in 1 zu erkennen, sind bei dieser Realisierungsvariante die Strahlungsquelle für den Kegel 16 und der Detektor für den Hohlkegel 14 mit vom Kegel 16 abweichendem und insbesondere größerem Kegelwinkel in Achsrichtung 18–20 gegeneinander versetzt, wobei die Detektionscharakteristik 14 in Flugrichtung 18 vor dem Sendekegel 16 initiiert wird. So schneidet der Strahlungskegel 16 den Detektionsbereich 14, und auf diese Entfernung ist dadurch der Detektionsbereich 14 in Radialrichtung zur Systemachse 20 begrenzt. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass von dem Detektor der Detektorvorrichtung nur Signale von Zielobjekten innerhalb eines vorgegebenen Abstandes von dem Abwehrflugkörper 10 erfasst werden. Somit kann eine unnötige Zündung des Gefechtskopfes bei zu großem Abstand zwischen einem anfliegenden Projektil 12 und dem Gefechtskopf des Abwehrflugkörpers 10 vermieden werden. Außerdem wird die Empfindlichkeit des Annäherungssensors auf Umweltstörungen stark eingeengt, da Empfangssignale nur innerhalb eines vorgegebenen Radius erfasst werden, d.h. ein Hintergrundrauschen herausgefiltert wird.
Während in 1 die Strahlung 16 vom Heck des Abwehrflugkörpers 10 ausgeht, d.h. die Emissionsvorrichtung der Entfernungssensorik am Abwehrflugkörper 10 vorgesehen ist, ist es für die Entfernungsbestimmung nach der Triangulationsmethode ebenso möglich, die Emissionsvorrichtung der Entfernungssensorik am Abschussgerät (nicht dargestellt) des Abwehrflugkörpers 10 vorzusehen. Es muß nur für die Kreuzkorrelation die aktuelle Sendefrequenz bekannt sein. Dafür kann vom Abwehrflugkörper 10 aus mittels eines nach rückwärts, also zu seinem Werfer hin gerichteten Sensor die vom Werfer aktuell benutzte Modulation aufgenommen werden. Zusätzlich ist der Zeitver satz zu berücksichtigen, der beim externen Bestrahlen durch die Laufzeit vom Werfer des Abwehrflugkörpers zum gestarteten Abwehrflugkörper 10 auftritt. Für die korrekte Zielentfernung wäre schließlich auch die Werferentfernung zu messen.
In 2 ist als Blockschaltbild der Schaltungsaufbau eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Annäherungssensoranordnung von 1 veranschaulicht. Insbesondere umfasst die Annäherungssensoranordnung die Detektorvorrichtung und die Entfernungssensorik. Die Detektorvorrichtung ist aus einem Detektor 22 und einem Steuerabschnitt 24 aufgebaut. Der Detektor 22 enthält insbesondere ein Detektorelement 26 und eine diesem vorgeschaltete Optik, welche zum Beispiel verschiedene Linsen und Filter umfassen kann. Die Entfernungssensorik enthält die bereits genannte Emissionsvorrichtung 30 und den Steuerabschnitt 24, der als gemeinsamer Steuerabschnitt mit der Detektorvorrichtung ausgebildet sein kann, wenn die Emissionsvorrichtung 30 am Abwehrflugkörper 10 angeordnet ist. Die Wellenlänge der von der Emissionsvorrichtung 30 ausgesendeten Strahlung 16 ist auf den Spektralbereich abgestimmt, der von dem Detektor 22 der Detektorvorrichtung erfasst werden kann, und ist vorzugsweise im Infrarotbereich gewählt.
Der Steuerabschnitt 24 enthält insbesondere einen Signalgenerator 32 zum Ansteuern der Emissionsvorrichtung 30 und einen Signalprozessor 34 zum Auswerten des von dem Detektor 22 erfassten Empfangssignals. Um von dem Detektor 22 erfasste Fremdstrahlung zu unterdrücken, wird die von der Emissionsvorrichtung 30 ausgesendete Strahlung von dem Signalgenerator 32 vorzugsweise moduliert, während empfangsseitig eine darauf angepasst Bandpassfilterung erfolgt. Diese Modulation des Signalgenerators 32 wird auch dem Signalprozessor 34 zugeführt.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in 2 veranschaulicht ist, wird nicht nur der Detektionsbereich 14 der Detektorvorrichtung begrenzt, sondern es wird ferner die Entfernung zwischen dem anfliegenden Projektil 12 und dem Abwehrflugkörper 10 gemessen. Dies erfolgt durch die Modulation der von der Emissions vorrichtung 30 ausgesendeten Strahlung 16 mittels des Signalgenerators 32, bevorzugt in Form einer Intensitätsmodulation mit einem Pseudo Random Noise. Das von dem Detektor 22 erfasste Empfangssignal wird dann in dem Steuerabschnitt 24 der Detektorvorrichtung in bekannter Weise mit dem Pseudo Random Noise des Signalgenerators 32 kreuzkorreliert, um die Laufzeit des Signals und daraus die Entfernung des anfliegenden Projektils 12 zu bestimmen. Der Signalprozessor 34 bewirkt dann eine Verzögerung der Zündauslösung des Gefechtskopfes, die variabel an die bestimmte Entfernung des anfliegenden Projektils 12 angepasst ist.
Eine Modifikation der prinzipiellen Annäherungssensoranordnung von 1 ist in 3 veranschaulicht. Im Unterschied zu dem Aufbau von 1 enthält die Detektorvorrichtung der Annäherungssensoranordnung des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels zwei Detektoren mit zwei unterschiedlichen hohlkegelförmigen Detektionsbereichen 14a, 14b, die konzentrisch sind und vorzugsweise zueinander etwa parallel verlaufen. Mittels dieser zwei hintereinander angeordneten Detektionsbereiche 14a, 14b ist es möglich, die Passage- oder Relativgeschwindigkeit zwischen dem anfliegenden Projektil 12 und dem Abwehrflugkörper 10 zu bestimmen. Mit dieser Annäherungssensoranordnung kann die Verzögerung der Zündauslösung des Gefechtskopfes des Abwehrflugkörpers 10 an die so bestimmte Relativgeschwindigkeit angepasst werden, um einen optimalen Zündzeitpunkt für die Wirkung des Gefechtskopfes zu erzielen. Vor allem eröffnet diese Geschwindigkeitsmessung an Bord des Abwehrprojektiles 10 weitere, sehr wirksame Möglichkeiten zur Clutterunterdrückung mittels Geschwindigkeitsklassifizierungen.
Der in 4 dargestellte Detektor 22, wie er in den oben erläuterten Annäherungssensoranordnungen der Erfindung eingesetzt werden kann, ist Gegenstand der älteren Anmeldung DE 102 07 923 A1 der Anmelderin.
Der Detektor 22 besteht im Wesentlichen aus einem ringförmigen Detektorelement 26, das koaxial zur Systemachse 20 hinter einer langen Zylinderlinse 36 gehaltert ist. Das Detektorelement 26 kann aus einzelnen auf einem Kreisring angeordneten Elementen aufgebaut sein, falls der Abwehrflugkörper 10 ein um die Systemachse 20 rotierender Abwehrflugkörper ist. Bei der Zylinderlinse 36 liegt einer konvexen Eingangsstirnfläche 38 eine ebenfalls konvexe Ausgangsstirnfläche 40, die nicht unbedingt die gleiche Krümmung aufweisen muss, axial gegenüber. Anstelle der in 4 dargestellten Zylinderlinse 36 kann wahlweise auch eine Immersionslinse eingesetzt werden.
Ein paralleles Strahlenbündel 42, das geneigt zur Systemachse 20 durch die konvexe Eingangsstirnfläche 38 in die Zylinderlinse 36 eintritt, wird zur Systemachse 20 hin gebrochen und auf einen vom Einfallswinkel abhängigen kleinen randnahen Austrittsbereich in der konvexen Ausgangsstirnfläche 40 konzentriert, wobei der Fokus etwas hinter der Ausgangsstirnfläche 40 liegt. In diesem Fokus ist das Detektorelement 26 in einem Schutzgehäuse 44 hinter einem Fenster 46 angeordnet. Da das Detektorelement 26 nur den Randbereich entsprechend einem bestimmten Eintrittswinkel des Strahlenbündels 42, d. h. einem bestimmten hohlkegelförmigen Detektionsbereich 14 erfassen soll, ist es vorzugsweise ringscheibenförmig mit entsprechendem Durchmesser und entsprechender Ringbreite ausgebildet. Wahlweise kann das Detektorelement 26 auch scheibenförmig ausgebildet und zentral abgedeckt sein, um nur die frei bleibende Ringzone ansprechen zu lassen. Wie oben erwähnt, kann das Detektorelement 26 im Fall eines um die Systemachse 20 rotierenden Abwehrfugkörpers 10 auch nur aus einzelnen, ringförmig angeordneten Elementen bestehen. Bezüglich weiterer Einzelheiten zu dem in 4 veranschaulichten Aufbau des Detektors 22 wird an dieser Stelle der Kürze halber, auf die bereits genannte DE 102 07 923 A1 verwiesen.
Zusammenfassend ist bezüglich vorliegender Erfindung mit der Begrenzung der Detektionsentfernung somit festzustellen, dass das anfliegende Projektil 12 bei Eintritt in den hohlkegelstumpfwandigen Detektionsbereich 14 eines am Abwehrflugkörper 10 vorgesehenen Detektors 22 durch Zünden des Gefechtskopfes im Abwehrflugkörper 10 bekämpft wird. Der Detektionsbereich 14 ergibt sich bei einem raumfest fliegenden Abwehrflugkörper 10 durch Einbau eines Detektorringes in Form eines ringförmigen De tektorelementes oder in Form einer Folge einzelner Detektorelemente auf einem Kreis, unter entsprechender Neigung der Detektorelemente gegenüber der Flugachse 18 voraus orientiert gemäß 1/3, oder parallel zur Flugachse 18 voraus orientiert hinter einer Zylinderlinse 36 gemäß 4. Bei einem um die Flugachse 18 rotierenden Abwehrflugkörper 10 ergibt sich seiner Drehbewegung wegen der Detektionsbereich 14 schon durch ein einzelnes Detektorelement. Für eine Geschwindigkeitsdiskrimination, um den Detektor 22 nur auf Begegnungssituationen ansprechen zu lassen, die wesentlich schneller sind als die Bewegung des Abwehrflugkörpers 10 über Grund (und damit auch gegenüber der Sonneneinstrahlung), können dabei zwei in Flugrichtung 18 gegeneinander versetzte Detektionsbereiche 14 (14a und 14b in 3) vorgesehen sein. Die Auslösung des Gefechtskopfes zur Abwehr des Projektiles 12 ist dann davon abhängig, daß das Edindringen des Projektiles 12 in die beiden hintereinander gelegenen Detektionsbereiche 14 aufgrund der systemtypischen Begegnungsgeschwindigkeit in mindestens einer vorgegebenen raschen Folge auftritt.
Für eine Entfernungsdiskrimination, um die Auslöseentfernung zum Ausblenden von Hintergrundeffekten und im Interesse der Abwehrwirkung des Gefechtskopfes zu begrenzen, kann also nach der Triangulationsmethode vorgesehen sein, mit dem definierten hohlkegelförmigen Detektionsbereich 14 vom Abwehrflugkörper 10 aus oder von dessen Abschusseinrichtung aus einen Strahlungskegel 16 definierten, derartigen Öffnungswinkels so zu verschneiden, daß der Detektor 22 nur anspricht, wenn das anfliegende Projektil 12 im hinreichend nahen Schnittfeld aus Detektionsbereich 14 und Strahlungskegel 16 erfaßt wird und reflektierend wirkt. Apparativ wesentlich einfacher und deshalb im Rahmen dieser Erfindung zu bevorzugen ist aber die Entfernungsdiskrimination ohne das Erfordernis eines gesonderten Strahlungskegels (16 in 1/3) für eine derartige Triangulation über Strahlungssender, Zielreflektor und Strahlungsempfänger, indem bei Einbaugegebenheiten gemäß 1/3 oder gemäß 4 ein aktiver Detektor 22 mit PMD-Funktion eingesetzt wird, also mit laufzeitabhängiger Modulation der nach Reflexion am abzuwehrenden Projektil 12 vom Detektor 22 wieder aufgenommenen Strahlung. Während also nach dem in 2 dargestellten Ausführungs beispiel die Kreuzkorrelation des Empfangssignals des Detektors 22 mit der Modulation der Strahlung 16 der Emissionsvorrichtung 30 durch den Steuerabschnitt 24 erfolgt, wird apparativ vorteilhafter da kleinbauender als Detektorelement 26 des Detektors 22 der Detektorvorrichtung, also zum Aufspannen von wenigstens einem Detektionsbereich 14 jeweils ein PMD(Photonic Mixer Device bzw. Photomischdetektor)-Detektorelement eingesetzt, das auch unmittelbar eine Entfernungsinformation zum reflektierenden Objekt (dem abzuwehrenden Angreifer 12) liefert. Über die Auswertung dieser Entfernungsinformation kann deshalb der Detektionsbereich ohne Triangulationsmaßnahmen zwecks Clutterunterdrückung begrenzt werden. Das PMD integriert die Phasenkorrelationsfunktion zwischen Sende- und Empfangssignal mittels CMOS-Technologie in das Detektorelement, sodass separate teure und platzaufwendige Strahlungssender und Zusatzschaltungen für die Auswertung derer Reflexionssignale entfallen. Bezüglich des Aufbaus und der Funktionsweise eines PMD wird der Kürze halber auf die DE 197 04 496 C2 verwiesen. Das Detektorelement 26 in 4 ist also bevorzugt ein PMD-Detektorelement; bzw. ein handelsübliches PMD-Array, wobei zur Auswertung nur die dafür notwendigen, auf etwa einem Ring liegenden Elemente des Array herangezogen werden. Hierdurch können, wofür auch eigenständiger Schutz beansprucht wird, die Positionen und gegenseitigen Abstände der Ringe sowie deren Durchmesser softwaremäßig zieladaptiv optimal eingestellt werden.

10: Abwehrflugkörper
12: anfliegendes Projektil
14: Detektionsbereich
16: Strahlung der Emissionsvorrichtung
18: Flugrichtung von 10
20: Systemachse von 10
22: Detektor
24: Steuerabschnitt
26: Detektorelement, z.B. PMD
28: Optik
30: Emissionsvorrichtung
32: Signalgenerator
34: Signalprozessor
36: Zylinderlinse
38: konvexe Eingangsstirnfläche von 36
40: konvexe Ausgangsstirnfläche von 36
42: paralleles Strahlenbündel
44: Schutzgehäuse
46: Fenster

Claims

Annäherungssensoranordnung, für die Zündauslösung des Gefechtskopfes eines Flugkörpers gegen ein Zielobjekt, mit einer Detektorvorrichtung, die einen Detektor (22) mit einem hohlkegelförmigen Detektionsbereich (14) zum Erfassen des Zielobjektes aufweist, sowie mit einer Entfernungssensorik, um die Zündauslösung des Gefechtskopfes in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen dem Flugkörper und dem durch die Detektorvorrichtung erfassten Zielobjekt zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass für die Entfernungssensorik eine Emissionsvorrichtung (30) zum Aussenden einer Strahlung (16) im Spektralbereich der durch den Detektor (22) erfassten Strahlung vorgesehen ist, wobei diese von der Emissionsvorrichtung (30) gegenüber dem Detektionsbereich (14), der Flugrichtung (18) entgegen, nach rückwärts versetzt ausgesendete Strahlung (16) mit einer Hauptausbreitungsrichtung in Flugrichtung (18) eines gegen ein anfliegendes Projektil (12) als dem Zielobjekt eingesetzten Abwehr-Flugkörpers (10) so abgestrahlt ist, dass sie für trigonometrische Entfernungsbestimmungen den Detektionsbereich (14) schneidet.
Annäherungssensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionseinrichtung (30) in Flugrichtung hinter der Detektorvorrichtung am Abwehrflugkörper (10) selbst angeordnet ist.
Annäherungssensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsvorrichtung (30) an einem Abschussgerät für den Abwehrflugkörper (10) vorgesehen ist.
Annäherungssensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Emissionsvorrichtung (30) ausgesendete Strahlung (16) moduliert ist und die Detektorvorrichtung eine Kreuzkorrelation durchführt zwischen einerseits Reflexsignalen der am Projektil (12) reflektierten modulierten Strahlung (16) und andererseits der im Detektionsbereich (14) vom Projektil (12) erfassten Strahlung.
Annäherungssensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Emissionsvorrichtung (30) ausgesendete Strahlung (16) mit einem Pseudo Random Noise Signal moduliert ist.
Annäherungssensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (22) ein Detektorelement (26) aufweist, das in der Bildfokusebene hinter einer Zylinderlinse (36) mit konvexen Eingangs- und Ausgangsstirnflächen (38, 40) oder einer Immersionslinse angeordnet ist, durch die ein unter Neigung gegenüber der Systemachse (20) des Abwehrflugkörpers (10) eintretendes paralleles Strahlenbündel (42) auf einen randnahen Ausgangsbereich konzentriert und auf das Detektorelement (26) fokussiert ist.
Annäherungssensoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektorelement (26) des Detektors (22) ringförmig ausgebildet oder angeordnet ist.
Annäherungssensoranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektorelement (26) aus einzelnen Elementen besteht, die auf einem Kreisring angeordnet sind, wobei der Abwehrflugkörper (10) ein um seine Systemachse (20) rotierender Abwehrflugkörper (10) ist.
Annäherungssensoranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektorelement (26) aus einzelnen Elementen besteht, die wenigstens annähernd auf einem Kreisring angeordnet sind und eine Teilmenge aus einem größeren Array darstellen.
Annäherungssensoranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektorelement (26) ein PMD-Detektorelement (26) aufweist.