DE2816892C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Annäherungszünder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. "Einzelschuß" erfordert eine hohe Bekämpfungswirksamkeit beim Erstschuß, um einem bedrohlichen Waffeneinsatz des gegnerischen Hubschraubers zuvorzukommen. Das Geschoß-Kaliber ist zweckmäßig derart, daß das Geschoß bei Anwendung zur Hubschrauber-Abwehr von einem bedrohten Kampfpanzer aus mittels dessen vorzugsweise für den Erdkampf ausgelegten Kanone verschießbar ist. Deshalb muß dieses Geschoß einen Annäherungszünder besitzen, der es einerseits im Vorbeiflug am Hubschrauber in optimaler Position zur Explosion bringt, andererseits aber auch beim nahen Vorbeiflug an vom Hubschrauber zur Tarnung benutzten Geländeformation - wie Waldrändern, Gebäuden oder ähnlichem - keine Zündung auslöst. Hierzu liegt es nahe, wie bei dem aus der DE-AS 10 95 168 bekannten Geschoß-Zünder das Kriterium für die Zündauslösung auf das gleichzeitige Auftreten von Radarreflexion und IR-Abstrahlung am gleichen Objekt einzuengen. Annäherungszündung ist erforderlich, da gegen Flugziele eine ausreichende Einzelschuß-Direkt-Treffwahrscheinlichkeit selbst mit modernsten Feuerleitmitteln nur sehr schwer zu erzielen ist.

Zur Zieldiskriminierung ("Zielarten-Selektion") ist es in der Radartechnik bekannt, die durch bewegte Teile (Propeller, Rotor) eines Luftfahrzeuges verursachten Dopplerverschiebungen der Empfangsfrequenzen heranzuziehen. So beschreibt die US-PS 40 38 656 Maßnahmen zur gegenseitigen Unterscheidung von Echoanteilen eines hubschrauberbordgebundenen Dopplerradargeräts, die von Hubschrauberrotoren oder Bodenclutter oder einem angreifenden Geschoß herrühren, wozu die Echos mit zeitverzögerten Echos korreliert werden. In der US-PS 37 33 603 ist ein Radarsystem beschrieben, welches die Modulation von Radarechos in verschiedenen niederfrequenten Frequenzbereichen ermittelt und nach einem Mustererkennungsverfahren eine Zielklassifikation durchführt. Die US-PS 19 81 884 schließlich beschreibt Zielentdeckungssysteme mit einem Sender und einem von diesem räumlich weit entfernten Empfänger. Bei Anwesenheit eines reflektierenden Zieles im Überwachungsraum setzt sich das Empfangssignal am Empfänger zusammen aus einem direkt vom Sender zum Empfänger gestrahlten Anteil (ground wave) und einem am Ziel zum Empfänger gestreuten Anteil. Die Überlagerung der beiden Anteile führt zu einer Modulation des Empfangssignals, die ausgewertet wird. Rotierende Teile des Ziels führen zu besonderen Modulationsformen.

Der Stand der Technik befaßt sich aber nicht mit der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe und gibt auch keine Anregung zu deren Lösung.

Der Erfindung liegt nämlich die Aufgabe zugrunde, bei der Bekämpfung auch tiefstfliegender (Konturenflug) oder quasi "stehender" Hubschrauber die Einzelschuß-Zerstörwahrscheinlichkeit mit einem aus der Panzerkanone verschießbaren Geschoß möglichst weitgehend zu erhöhen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1. Die Unteransprüche beinhalten die Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung.

Die Mitausnutzung des Dopplereffekts beim Radarsensor des erfindungsgemäßen Annäherungszünders gestattet:

• - eine Unterscheidung zwischen einem (fliegenden) Nutzziel und Bodenechos (Clutter) aufgrund der Eigenzielgeschwindigkeit des ersteren und
• - die Ermittlung eines "optimalen Zündpunktes" unter Berücksichtigung der Hauptwirkungsrichtung des speziellen Geschosses und der aktuellen Begegnungssituation zwischen Geschoß und Ziel.

Ein auch beim Erfindungsgegenstand als Radarsensor sehr vorteilhaft verwendbarer Zünder ist Gegenstand des DBP 21 20 732. Bei ihm wird die Zündung eingeleitet, wenn sich die Annäherungsgeschwindigkeit v _a nach der Gleichung

und die Relativgeschwindigkeit nach der Gleichung

um eine Zündgröße K _z unterscheiden, die nach Maßgabe des optimalen Zündpunktes gewählt ist, wobei

= Ortsvektor vom Zünder zum Ziel

= Differentialquotient nach der Zeit

und wobei K _z vorzugsweise nach der Gleichung

gewählt ist. Bei genügend großen Entfernungen wird die Annäherungsgeschwindigkeit v _a zweckmäßig als Relativgeschwindigkeit v _r verwendet. Ggf. kann als Zündgröße auch eine Konstante gewählt werden. Vorteilhaft liegt die Zündgröße zwischen 25% und 30% der mittleren Splittergeschwindigkeit, wobei in der mittleren Splittergeschwindigkeit die unterschiedlichen Anfangsgeschwindigkeiten der Splitter und/oder die Abnahme der Splittergeschwindigkeit bis zum Erreichen des maximalen Wirkungsradius der Gefechtsladung berücksichtigt sind. Man kann die Zündgröße K _z auch unter Berücksichtigung von Begegnungswinkeln wählen, beispielsweise des Vorhaltewinkels, des Vorbeiflugseitenwinkels und des Splitterflugwinkels gegenüber der Geschoßlängsachse.

Der IR-Sensor hingegen gestattet aufgrund der einfachen Fokussierbarkeit eine sehr genaue Bestimmung der Richtung zu einem Ziel (Richtungszünder).

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 ist ein Radarsensor insbesondere gemäß DBP 21 20 732 mit einem IR-Sensor in folgender Weise kombiniert:

Zusätzlich zum Radarsensor ist ein IR-Sensor eingebaut, der zwei kegelmantelförmige Erfassungsdiagramme besitzt. Der Öffnungswinkel des engeren Kegels ("1. Diagramm") beträgt etwa 25°, der des weiteren ("2. Diagramm") etwa 40°. Die Fokussierung erfolgt so, daß aus dem Bereich von ±0,5 Grad um die Kegelmäntel herum einfallende IR-Strahlung erkannt wird. Ob diese Anordnung zweier Linsenringe bedarf, oder ob es möglich ist, durch Strahlteilung mit nur einem auszukommen, ist hier prinzipiell nebensächlich.

Der Radarsensor allein mißt die Relativgeschwindigkeit (aus dem Dopplereffekt) zu allen Objekten, die sich in seiner Leistungsreichweite befinden. Erkennt er ein Signal ausreichender Amplitude mit einer Doppler-Verschiebung, die etwa seiner Eigengeschwindigkeit entspricht oder größer ist, so erfolgt "Freigabe", d. h. diese Relativgeschwindigkeit wird abgespeichert und von da ab ständig mit der bei Annäherung an das Ziel bis zum "Wechselpunkt" abnehmenden Relativgeschwindigkeit verglichen. Aus der Momentangeschwindigkeit des Geschosses, der bekannten Wirkungsrichtung der Ladung und dem bei "Freigabe" abgespeicherten Wert der Relativgeschwindigkeit ergibt sich der "Zündwinkel". Bei dessen Erreichen - angezeigt durch Abfall der fortlaufend gemessenen Relativgeschwindigkeit auf den errechneten Wert - erfolgt "Zündung".

Die "Freigabe" des Radarsensors wird jetzt mit dem Signal des "25°-IR-Sensors" verknüpft, so daß sie erst erfolgen kann, wenn auch dieser Sensor IR-Strahlung detektiert. Infolge der unterschiedlichen Lage von IR-Strahlungszentrum und Schwerpunkt der Radar-Reflexion zueinander sowie der Möglichkeit des Auftretens von Interferenzen der Radarechos kann und wird es vorkommen, daß Radar-"Freigabe" und "IR-Bestätigung" nicht gleichzeitig auftreten. Somit muß die Verknüpfung unter Einbeziehung eines Zeitkriteriums erfolgen.

Gleiches gilt für den Zündzeitpunkt, für den die Ermittlung des optimalen Zündwinkels durch das Radar wiederum mit einer "Bestätigung" - in diesem Fall durch den "40°-IR-Sensor" - verknüpft wird. Für den Fall der Bekämpfung eines schwebenden (quasi "stehenden") oder sich nur langsam bewegenden Hubschraubers wird der Zündwinkel stets größer sein als 40°, so daß im Regelfall der IR-Sensor vor Erreichen des optimalen Zündpunktes ansprechen wird; wegen der undefinierten Lage des wirksamen Reflexionszentrums im Vergleich zum Wärmezentrum ist aber der umgekehrte Fall nicht absolut auszuschließen.

Als weitere Bestätigung für die Bestimmung des Zündpunktes kann auch die durch den Heckrotor des Hubschraubers bewirkte Doppler-Modulation herangezogen werden, denn für Zündpunkt-Entfernungen ist diese detektierbar, wohingegen sie wegen der Kleinheit des wirksamen Reflexionsquerschnittes des Heckrotors für Detektion in größerer Entfernung zum Zwecke der "Freigabe" im Regelfall nicht mit ausreichender Sicherheit erkennbar ist. Wegen der vergleichsweise hohen Drehzahl des Heckrotors gegenüber dem Hauptrotor ist dessen Signal praktisch kontinuierlich vorhanden.

Je nach zulässigem Aufwand ist zu entscheiden, ob dieses dritte Kriterium für den Zündpunkt mit den beiden anderen "Und" verknüpft wird, oder ob der Zündbefehl (wie im Flußdiagramm der Fig. 2 als 2-aus-3-Kriterium) gebildet wird.

Fig. 2 stellt den Funktionsablauf des kombinierten Zünders als Flußdiagramm dar; aus Gründen der Übersichtlichkeit ist diese Fig. 2 in Fig. 2A (oberer Teil der Fig. 2) und Fig. 2B (unterer Teil der Fig. 2) geteilt.

Nach Ablauf einer Vorrohr-Sicherheitszeit wird der Zünder aktiviert. Der "25°-IR-Sensor" und die Zielerkennungsschaltung des Radarsensors ("Radar Erf.") sind eingeschaltet. Erkennt einer der beiden eine IR-Strahlungsquelle bzw. ein Objekt adäquater Reflexionseigenschaften - im allgemeinen wird der Radarsensor eher und länger ansprechen -, so wird dieses abgespeichert und ein Zeitzähler für die Zeit T₂ gestartet, innerhalb derer das jeweils andere Kriterium erscheinen muß, sofern Radar-Reflexions-Zentrum und thermische Strahlungsquelle räumlich so dicht beieinander liegen, daß sie als zusammengehörig anzusehen sind.

Die wechselweise Abspeicherung bewirkt, daß auch dann, wenn im Augenblick des Erscheinens von "IR 25°", was ja für das Nutzziel nur ein einziges Mal erfolgt, das Radarsignal durch Interferenzen gerade nicht eindeutig detektiert wird, während einer Zeit T₂ vor- oder nachher jedoch sauber ist, eine Zieldetektion erfolgt. Die Zeit T₂ ist demnach auf die Länge möglicher Interferenzeinbrüche (Größenordnung = 1 msec) auszulegen.

Der Sensor "IR 25°" startet bei Zielerkennung eine weitere Zeit T₁. Innerhalb dieser Zeit muß eine Detektion durch den Sensor "IR 40°" oder die Zündzeitpunktbestimmung des Radarsensors erfolgen, wenn die Vorbeiflugentfernung des Geschosses am zuerst erkannten Objekt innerhalb der noch wirksamen Reichweite liegt. Diese Zeit T₁ ergibt sich aus Geschoß-Geschwindigkeit und Treffehler und kann von der bis zur Zielerkennung verstrichenen Geschoß-Flugzeit abhängig gemacht werden. Verstreicht T₁, ohne daß eine Zündung ausgelöst wird, so wird die Freigabe "Ziel erkannt" wieder gelöscht. Mit dem Setzen von "Ziel erkannt" wird der Radar-Sensor auf Erkennung der Zündfrequenz und der IR-Sensor auf 40°-Erkennung umgeschaltet. Ein weiterer Kanal der Radar-Auswertung liefert ein Signal, wenn ein Doppler-Signal vom Heckrotor empfangen wird.

In prinzipiell gleicher Weise wie zum Zwecke der Erfassung werden mit einem erlaubten Zeitversatz T₃ die Kriterien "IR-Erfassung unter 40°" und "optimaler Zündwinkel für ein reflektierendes Objekt" zu einem Zündbefehl verknüpft. Die Zeit T₃ berücksichtigt den räumlichen Versatz zwischen IR-Strahlungszentrum und Radar-Reflexionsquerschnitt der an einem realistischen Ziel möglich ist.

Die Erkennung eines Rotorsignals löst zusammen mit der Ermittlung des optimalen Zündpunktes sofort, zusammen mit dem IR-Sensor nach einer gewissen Verzögerung die Zündung aus. Diese Verzögerung läßt dem Radar-Sensor Zeit, den optimalen Zündpunkt zu ermitteln, bewirkt aber eine wenn auch späte Zündung, falls durch zu starke Interferenzen oder für sehr kleine Vorbeiflugentfernungen der Zündbefehl vom Radar unterblieb.

Diese Art der Verknüpfung der drei Kriterien ist nur als Beispiel anzusehen, es sind auch andere denkbar.

Wesentlich für die Erfindung sind somit folgende Gesichtspunkte:

Ein Geschoß, welches im Einzelschuß eine ausreichend hohe Zerstörwahrscheinlichkeit gegen Panzer-Abwehr-Hubschrauber gewährleisten soll, braucht einen Annäherungszünder, der unter extremen Bedingungen - niedrige Flughöhe über Grund, dichter Vorbeiflug an Hindernissen, großer Treffehler, störende Objekte auch noch in Zielnähe, Schwebeflug - den Hubschrauber zuverlässig von anderen Objekten unterscheiden kann und den optimalen Zündpunkt in Abhängigkeit von Geschoßgeschwindigkeit, Zielgeschwindigkeit und Treffehler ermittelt.

Durch die Erfindung wird eine Lösung vorgeschlagen, die einen Radarzünder, der in an sich bekannter Art in der Lage ist, Ziele auch unter Clutter-Einfluß zu erkennen und den optimalen Zündpunkt zu ermitteln, so mit einem passiven IR-Sensor kombiniert, daß auch unter den gegenüber der Bekämpfung von Starrflüglern noch erschwerten Bedingungen der Hubschrauber-Bekämpfung eine ausreichend sichere Zieldetektion und Zündpunktermittlung sowie eine für den Einzelschuß ausreichend geringe Falschalarmrate gewährleistet sind.

Claims (7)

1. Annäherungszünder für ein Geschoß, welches - z. B. von einem Panzerkraftwagen - im Einzelschuß gegen Hubschrauber einsetzbar ist, bei dem ein Radar-Annäherungszünder (Radarsensor) so mit einem passiven Infra-Rot-Sensor (IR-Sensor) kombiniert ist, daß das Kriterium für die Zündauslösung auf das gleichzeitige Auftreten von Radarreflexion und IR-Abstrahlung am gleichen Objekt eingeengt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Radar-Annäherungszünder einen Auswerteteil zur Auswertung von dopplerverschobenen Echosignalen enthält, welche zusätzlich zur Dopplerverschiebung infolge der Relativgeschwindigkeit zwischen Zünder und Ziel durch bewegte Teile (z. B. Heckrotor eines Hubschraubers) am erkannten Objekt entstehen, und daß das Kriterium für die Zündauslösung zusätzlich auf das gleichzeitige Auftreten einerseits von starker Radarreflexion mit nur geringer oder keiner und andererseits einer schwachen Reflexion mit hoher Doppler-Verschiebung am gleichen Objekt eingeengt ist.

2. Annäherungszünder nach Anspruch 1 mit einem kegelmantelförmigen Auffaßdiagramm des IR-Sensors, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel des Kegels etwa 30° ist und daß das Signal des IR-Sensors einerseits als Bestätigung für das gleichzeitige Vorhandensein von IR-Abstrahlung am erkannten Objekt die Zielerkennung durch den Radarsensor freigibt und andererseits gleichzeitig eine Zeitspanne anlaufen läßt, während der entweder ein Zündbefehl auftreten muß oder nach deren Ablauf die Zielerkennung wieder gelöscht wird, wobei diese Zeitspanne in Abhängigkeit von der momentanen Geschoßgeschwindigkeit so gewählt ist, daß sie gerade ausreicht, um bei dem maximalen Treffehler, bei dem eine Zündung noch sinnvoll ist, das Geschoß von einer Position, in welcher der Sichtlinienwinkel zum Ziel gleich dem Öffnungswinkel des Sensor-Diagramms ist, in die Position größter Zielnähe fliegen zu lassen.

3. Annäherungszünder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel des Kegels etwas kleiner als der kleinste unter allen Umständen mögliche Zündwinkel ist.

4. Annäherungszünder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Kriterien starke Reflexion, schwache Reflexion und IR-Strahlung am gleichen Objekt nach Art einer "2-aus-3"-Entscheidung die Zielerkennung bewirken.

5. Annäherungszünder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der in den genannten Ansprüchen benutzte Begriff der Gleichzeitigkeit erweitert ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einführung von "Wartezeiten" ein durch die räumlichen Abstände von Hauptreflexionszentrum, Wärmestrahlungszentrum und beweglichem Teil gegebenes zeitliches Nacheinander des Auftretens der Einzelkriterien so lange als "gleichzeitig" interpretiert wird, als der zeitliche Abstand des Auftretens die Zugehörigkeit der Kriterien zum selben Objekt unter Berücksichtigung der Geschoßgeschwindigkeit noch glaubwürdig erscheinen läßt.

6. Annäherungszünder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als weiteres Kriterium ein weiteres, nur zeitweise auftretendes dopplerverschobenes Echosignal, welches jedoch infolge größeren Radarquerschnitts des verursachenden bewegten Teiles des Zieles (z. B. Hauptrotor eines Hubschraubers) aus wesentlich größerer Entfernung detektiert werden kann, ausgewertet wird, indem beim erstmaligen Erkennen dieses Signals die Entfernung zum erzeugenden Objekt gemessen wird und unter Berücksichtigung der Geschoßgeschwindigkeit zu demjenigen Zeitpunkt, in welchem das Geschoß diese Entfernung zurückgelegt hat, ein "Erwartungsfenster" für eines oder mehrere der in den anderen Ansprüchen dargelegten Kriterien freigibt.

7. Annäherungszünder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung des Zünders nach Patent 21 20 732 als den Radar-Annäherungszünder.