DE3000007A1

DE3000007A1 - Kampffahrzeug-abwehrsystem

Info

Publication number: DE3000007A1
Application number: DE19593000007
Authority: DE
Inventors: Ernest Goldberg; Gordon Charles Mackenzie; David Robert Wakeman
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1979-01-02
Filing date: 1959-02-14
Publication date: 1980-09-18
Also published as: CA1117819A; US4242962A; GB2039445B; FR2445946A1; FR2445946B1; GB2039445A

Description

DORNER & HUFNAGEL '
PATENTANWÄLTE

IANBV3EHRSTR. 37 SOOO MÜNCHEN S TEL. O 89/S9 67 84

München, den 28„ Dezember 1979 /J Anwaltsaktenz.; 27 - Pat„ 270

Raytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, Mass. 02173, Vereinigte Staaten von Amerika

Kampffahrzeug-Abwehrsystem

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Waffensysteme und im einzelnen auf ein Kampffahrzeag-Abwehrsystem, bei welchem Projektile gegen Bodenziele eingesetzt werden.

Bei der Entwicklung von Systemen zur Bekämpfung von Kampffahrzeugen, beispielsweise von Panzern, ergab sich, daß die Verwendung herkömmlicher Artilleriegeschosse in vielen taktischen Situationen nicht ausreichend wirkungsvoll ist. Das bedeutet, daß Waffensysteme, bei denen panzerbrechende Geschosse oder Projektile mit besonders ausgebildeter Ladung zum Einsatz kommen, welche tatsächlich auf den Panzer auftreffen müssen, um einen wesentlichen Schaden anrichten zu können, nicht in dem gewünschten Maße erfolgreich sind» Fehler beim Zielen, Streuung und zu einem gewissen Grade auch die Wendigkeit moderner Kampffahrzeuge sind unter anderen die nicht korrigierbaren Faktoren, welche zusammenwirken, um die Wirksamkeit der bekannten Waffensysteme in unerwünschter Weise herabzusetzen, wenn nicht in fast allen taktischen Situationen Sperrfeuer oder Schnellfeuer eingesetzt wird» Ganz offensichtlich aber bedeutet sowohl Sperrfeuer als auch Schnellfeuer einen außerordentlich

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hohen Munitionsverbrauch und setzt eigene vorgeschobene Einheiten der Gefahr von Streufeuer oder Querschlägern aus.

Zur Verbesserung der Panzerabwehr wurden auch rückstroßfreie Gewehre mit raketengetriebenen Projektilen entwickelt. Soll jedoch eine zur Vernichtung führende Beschädigung mit einer ausreichend hohen Sicherheit erreicht werden, so müssen die bekannten rückstoßfreien Gewehre dieser Art aus kurzer Entfernung abgefeuert werden. Dies setzt das Bedienungspersonal der rückstoßfreien Gewehre in starkem Maße dem Abwehrfeuer aus.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Kampffahrzeug-Abwehrsystem mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des anliegenden Anspruches 1 so auszugestalten, daß ausgewählte Zielobjekte erfaßt und bekämpft werden können, wobei die Herstellung vergleichsweise einfach und billig sein soll, gleichzeitig aber eine hohe Zielgenauigkeit der aus einem Projektil abzufeuernden Tochtergeschosse erreicht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des anliegenden Anspruches 1 gelöst. Ein Abwehrsystem der vorstehend angegebenen Art kann auch so ausgebildet sein, daß eine Unterscheidung zwischen Zielobjekten ähnlicher Gestalt möglich ist.

Das vorliegend angegebenen Kampffahrzeug-Abwehrsystem sieht also ein mit einem Spinn versehenes Projektil vor, welches über ein Terrain hinwegfliegt. In dem Projektil befindet sich mindestens eine Laserradareinheit, welche so ausgerichtet ist, daß sie aufeinanderfolgende Schwaden oder Reihen oder Streifen des darunterliegenden Terrains bestrahlt. Signalverarbeitungsmittel nehmen die Echos von den aufeinanderfolgend bestrahlten Gruppen von Reihen oder Streifen des Terrains auf und erzeugen Signale, welche Objekte auf dem darunterliegenden Terrain darstellen. Diese Signale werden mit Signalen in Korrelation gesetzt, die ein ausgewähltes Zielobjekt, beispielsweise einen

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Panzer, repräsentieren» Weiterhin sind Wärmefühlmittel vorgesehen, um festzustellen, ob das erfaßte Zielobjekt in Betrieb ist und schließlich sind Einrichtungen vorgesehen, um Tochtergeschosse aus dem rotierenden Projektil auf das erfaßte Zielobjekt abzuschießen, wenn sich dieses in Betrieb befindet, sobald das Projektil annähernd eine Vertikalebene erreicht hat, welche das erfaßte Zielobjekt enthält und zu der Flugbahn des Projektils orthogonal ist.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine schaubildliche Skizze von einer beispielsweisen taktischen Situation, bei welcher sich ein Panzer in einem unübersichtlichen Gelände, etwa mit Baumbestand, befindet, Fig. 2Ά Diagramme, welche die Gestalt der Echosignale bis 2D aufzeigen, welche durch Zielobjekte unterschiedlicher Art verursacht werden,

Fig. 3A Diagramme, anhand deren erklärt wird, wie die und 3B Lage des örtlichen Lots durch das rotierende Projektil aus den Entfernungsmessungen bestimmt werden kann,

Fig. 4A eine Abbildung der Anordnung der optischen und 4B Elemente der Laserradareinheiten, Fig. 5 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Laserradareinheiten und der Steuereinrichtungen nach den Figuren 4A und 4B,

Fig. 6 ein vereinfachtes Blockschaltbild des "Vorderkantendetektors" gemäß Figur 5,

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung des Geländes um das ausgewählte Zielobjekt herum, wobei die Spuren der Abtastung des Geländes auf diesem eingezeichnet sind und

Fig. 8A eine Darstellung einer anderen Anordnung der und 8B optischen Elemente für die Laserradareinheiten nach Figur 5.

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In Figur 1 ist ein Beispiel für eine taktische Situation dargestellt. Ein Panzerabwehrkämpfer hat ein Projektil 10 mittels eines rückstoßfreien Gewehrs oder tragbaren Geschützes 14 in Richtung auf einen Panzer 12 hin abgeschossen. Gebräuchliche Entfernungsmesser und Zielvorrichtungen (nicht dargestellt) dienen dazu, den Höhenwinkel am rückstoßfreien Gewehr 14 so einzustellen, daß das Projektil über einen Baum 16 und eine Steinmauer 18 sowie an einem Gebäude 20 und einem bereits zuvor zerstörten Panzer 22 vorbei zu einem Zielpunkt oberhalb des Panzers 12 fliegt.

Die Detektor- und Steuereinrichtung innerhalb des Projektils 10 wird weiter unten genauer beschrieben. Es sei an dieser Stelle nur gesagt, daß die Einrichtung eine Anzahl (vorliegend drei) von Impuls-Laserradareinheiten enthält, welche aufeinanderfolgend so angeordnet sind, daß während des Fluges des Projektiles 10 vor diesem Streifen oder Schwaden des Terrains abgetastet werden. Das charakteristische Radarecho des Terrains und etwaiger bestrahlter Zielobjekte ist in den Figuren 2A bis 2D dargestellt. Dabei wird angenommen, daß zweiunddreißig aufeinanderfolgende Streifen oder Schwaden jedes interessierende Zielobjekt erfassen. So wird in den Figuren 2A bis 2D die Abszisse jeweils durch das vordere und das hintere Ende jedes Streifens oder jeder Abtastung (numeriert von 1 bis 32) begrenzt und auf der Ordinate ist jeweils die Entfernung aufgetragen (gemessen von dem im Fluge befindlichen Projektil 10 aus). Figur 2A zeigt die Kennlinie des Radarechos eines Objektes, beispielsweise des Baumes 16 nach Figur 1. Figur 2B versinnbildlicht das charakteristische Radarecho eines Objektes, wie es das Gebäude 20 darstellt. Figur 2C zeigt das charakteristische Radarecho eines Objektes nach der Art der Steinmauer 18 und Figur 2D zeigt das Radarecho des Panzers 12 oder des zuvor zerstörten Panzers 22. Man erkennt, daß durchaus feststellbare Unterschiede zwischen den charakteristischen Echos aufgrund der verschiedenen Arten von Zielobjekten vorhanden sind, mit Ausnahme der Echos aufgrund des in Betrieb befindlichen Pan-

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zers 12 und des zuvor zerstörten Panzers 22 (Figur I)₀ Im einzelnen ist das Radarecho aufgrund des Baumes 16 durch die abgerundeten Kanten der Echos innerhalb jeder Abtastung und der Entfernungsänderung von Abtastung zu Abtastung gekennzeichnet, während die Radarechos der dargestellten, nicht natürlichen Zielobjekte durch abrupte Entfernungsänderungen und geringe, gegebenenfalls überhaupt keine Änderungen in der Entfernung von Abtastung zu Abtastung gekennzeichnet sind.

Man erkennt ferner, daß zwar die Einzelheiten der Radarechos aufgrund der verschiedenen Zielobjekte abhängig von bestimmten Faktoren veränderlich sind, beispielsweise abhängig von der Pulswiederholungsfrequenz der Laserradareinheiten, der Spinndrehzahl des Projektils 10 nach Figur 1, der Gestalt, dem Blickwinkel oder der Entfernung des Zielobjektes usw., doch lassen sich stets bedeutsame Unterscheidungsmerkmale der Radarechos aufgrund interessierender Zielobjekte (Panzer 12 nach Figur 1) feststellen» Das bedeutet, daß selbst bei Änderungen der Vegetation, der Gebäude in der Umgebung, von Mauern und dergleichen die Abmessungen eines bestimmten Typs des Panzers konstant bleiben» Bei einer gegebenen Geschwindigkeit und Spinndrehzahl des Projektils 10 sowie einer gegebenen Pulswiederholungsfrequenz sind die folgenden Eigenschaften der Echos aufgrund eines Panzers eines bestimmten Typs von Interesse:

1) Während jeder Abtastung vermindert sich bei einer ersten Bestrahlung des Panzers die gemessene Entfernung rasch um einen bekannten Wert von beispielsweise 1 m und erhöht sich danach in entsprechender Weise;

2) die Anzahl von Echos von einem Panzer während jeder Abtastung ändert sich abhängig von dem Blickwinkel und der Entfernung bis zur Anzahl möglicher Echos, welche von einem Zielobjekt einer bestimmten Länge von beispielsweise 6 m empfangen werden können und

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3) die Gesamtanzahl von Echos von einem Panzer hängt von der Entfernung zu den Panzer hin und von der Oberfläche des Panzers ab.

Man erkennt nun, daß die Echos aufgrund des zuvor zerstörten Panzers 22 nach Figur 1 höchstwahrscheinlich nicht von den Echos aufgrund des Panzers 12 unterscheidbar sind. Um eine Verwirrung zu vermeiden, ist zu diesem Zwecke innerhalb des Projektils 10 nach Figur 1 ein Infrarotdetektor vorgesehen. Dieser Detektor bewirkt dann die Erzeugung eines den Panzer identifizierenden Signales, da dieser Panzer mit seinem in Betrieb befindlichen Motor eine feststellbare Wärme erzeugt.

Es ergibt sich also, daß eine Signalverarbeitungseinrichtung, etwa die in Figur 5 gezeigte Einrichtung, welche innerhalb des Projektils 10 vorgesehen ist, so ausgebildet ist, daß sie auf Echosignale zur optischen Radareinheit hin und auch auf Signale los Infrarotdetektors anspricht und ein das Vorhandensein eines interessierenden Zielobjektes anzeigendes Signal nur dann erzeugt, wenn ein in Betrieb befindlicher Panzer, also der Panzer 12, bestrahlt wird.

Kurze Zeit nach Erfassung und Identifizierung des interessierenden Zielobjektes müssen die von dem Projektil 10 mitgeführten Tochtergeschosse abgefeuert werden, um das Zielobjekt zu treffen. In dem Augenblick, welcher für einen erfolgreichen Abschuß verwendet wird, wird bzw. werden der schräggerichtete Laserradarstrahl oder die Laserradarstrahlen das ausgewählte Zielobjekt nicht bestrahlen. Aus diesem Grunde kann die Richtung dieser Strahlen nicht als Zielbezugslinie verwendet werden.

Aus diesem Grunde ist vorgesehen, daß eine Bezugslinie festgelegt wird, welche im wesentlichen mit dem örtlichen Lot durch das Projektil 10 auf seinem Flugwege zusammenfällt, so daß unabhängig von der Position des interessierenden Zielobjektes

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innerhalb des durch die Laserradareinheiten abgetasteten Bereiches die Tochtergeschosse im richtigen Augenblick abgefeuert werden, indem die Position des Zielobjektes und der Tochtergeschosse auf die Bezugslinie bezogen werden. Die Wahl einer solchen Bezugslinie, welche nachfolgend als das örtliche Lot bezeichnet wird, hat zusätzliche Vorteiles Zum einen dient das örtliche Lot als Marke zur Steuerung des Betriebes der Laserradareinheiten, so daß diese nur arbeiten, wenn sie auf das darunterliegende Terrain gerichtet sind» Zum anderen wird dadurch, daß im wesentlichen gleiche azimutale Zielfehler (Fehler nach links und nach rechts) des Projektils 10 zugelassen werden, die maximale Fehlergröße auf kleinstem Wert gehalten=

Um das örtliche Lot während des Fluges zu bestimmen, wird eine der Laserradareinheiten während einer Umdrehung des Projektils 10 entsprechend bestätigt, und zwar bevor das Projektil auf seiner Flugbahn einen Punkt erreicht hat, an welchem die Suche nach einem Zielobjekt beginnt« Während der von dem in Betrieb gesetzten Laserradar erzeugte Strahl seine Abtastbewegung ausführt, überstreicht der ausgesendete Strahl den Himmel und einen Streifen .auf dem Terrain« Es werden dann Echos empfangen, welche dem Profil des Terrains entsprechen, wobei die kürzeste angezeigte Entfernung durch diejenigen Echos signalisiert wird, welche in der Vertikalebene verlaufen« Die nächstfolgende Laserradareinheit wird dann so betätigt, daß sie einen ersten kurzen Impulsschub aussendet, wenn der Richtstrahl auf eine eingeschätzte Position des Vorderendes des Terrainstreifens hinweist und weiter so, daß sie einen zweiten kurzen Impulsschub abgibt, wenn der Richtstrahl auf eine eingeschätzte Position des hinteren Endes dieses Geländestreifens deutet« Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, muß eine genauere Einstellung vorgenommen werden, wenn die gemessenen Entfernungen zu den beiden genannten Punkten unterschiedlich sind, was auf eine ungenaue Einschätzung der Position des örtlichen Lotes hinweist. Wie ebenfalls in Figur 3 durch "A" und "B" gezeigt, wird dann eine Einstellung der Zeiten, zu welchen die nächst-

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folgende Laserradareinheit in Betrieb gesetzt wird, solange vorgenommen, bis die gemessenen Entfernungen zu dem Beginn und zum Ende des abzutastenden Geländestreifens hin gleich sind. Selbst dann, wenn das Terrain vom Beginn zum Ende des Geländestreifens hin eine Neigung hat, resultiert das Verfahren des Gleichmachens der vorerwähnten Entfernungen in der Schaffung einer Bezugslinie, welche im wesentlichen dem örtlichen Lot oder der örtlichen Senkrechten auf das Gelände entspricht. Jedenfalls wird die erzeugte Bezugslinie dem örtlichen Lot nahe genug kommen, um für praktische Zwecke die Projektion der Flugbahn des Projektils 10 auf das Terrain relativ zu den bestrahlten Geländestreifen zu zentrieren. Bei bekannter Spinndrehzahl des Projektils 10 sind die Intervalle, während welcher die Laserradareinheiten zu betätigen sind, um aufeinanderfolgende Streifen oder Schwaden zu bestrahlen, errechenbar. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Spinndrehzahl einhundert Umdrehungen je Sekunde. Die Laserradareinheiten werden der Reihe nach für 2,5 Millisekunden in 3,333 Millisekunden-Intervallen betätigt.

Nebenbei sei bemerkt, daß die Anzahl der Laserradareinheiten in dem Projektil 10 für eine gegebene Auflösung (unter der Annahme einer Strahlbreite von beispielsweise 1°) durch die Geschwindigkeit und die Spinndrehzahl des Projektils bestimmt ist. Nimmt man also eine Pluggeschwindigkeit von 300 m je Sekunde und eine Spinndrehzahl von einhundert Umdrehungen je Sekunde an, so läßt sich leicht errechnen, daß drei Laserradareinheiten erforderlich sind, um eine Auflösung von 1 m in der Richtung des Geschwindigkeitsvektors des Projektils 10 zu erreichen. Außerdem versteht es sich, daß die Auflösung längs jedes abgetasteten Geländestreifens bei einer gegebenen Flughöhe des Projektils 10 durch das ImpulswiederholungsIntervall jeder Laserradareinheit bestimmt ist. Nimmt man also eine Flughöhe von 50 m für das Projektil an, so führt ein Impulswiederholungsintervall von 1/30,5 kHz zu einer Auflösung von ebenfalls 1 m. Unter Zugrundelegung von Auflösungen von je-

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weils 1 πι in Plugrichtung und quer zur Flugrichtung sind die charakteristischen Radarechos verschiedener Arten von Zielobjekten in den Figuren 2A bis 2D aufgezeichnet. Man erkennt außerdem, daß jede Leserradareinheit jeweils einen Geländestreifen vor dem Projektil 10 abtasten muß, um eine bestimmte freie Zeit zur Verfügung zu haben, innerhalb welcher einmal ein ausgewähltes Zielobjekt identifiziert wird und zum anderen das Projektil in die richtige Winkelstellung relativ zum örtlichen Lot gedreht wird, um die Tochtergeschosse gegen das Zielobjekt hin abzufeuern« Vernachlässigt man die Bewegung des Zielobjektes, nachdem die größtmögliche derartige Bewegung im Vergleich zu den Geschwindigkeiten des Projektils von beispielsweise 300 m je Sekunde und der Tochtergeschosse von 3000 m je Sekunde vernachlässigbar ist, so ist die richtige Voraushaltung von der Entfernung zwischen dem Projektil 10 und dem Zielobjekt abhängig. Um also die richtige Vorhaltung zu erreichen, wird die Mittellinie des durch die Tochtergeschosse unter Feuer zu nehmenden Bereiches so festgelegt, daß diese Mittellinie durch den Panzer 12 verläuft, wenn die Entfernung ein Maximum von beispielsweise 50 m ist« Ist die Entfernung geringer und beträgt beispielsweise 20 m, so wird das dritte Kriterium^ nach welchem mit Obigem ein Panzer identifiziert wird, nicht vollständig ausgewertet» Das bedeutet, daß dann, wenn die charakteristischen Entfernungsänderungen während aufeinanderfolgender Abtastungen festgestellt worden sind, und wenn die Anzahl von Echos während mindestens zweier aufeinanderfolgender Abtastungen innerhalb bestimmter Grenzen liegt, die Identifizierung des Panzers angenommen wird, obwohl die Gesamtzahl von Echos geringer als die von einem Panzer her aufzunehmende Anzahl von Echos ist»

Betrachtet man nun die Figuren 4A und 4B, so erkennt man, daß jede Laserradareinheit einen Senderabschnitt (nicht näher bezeichnet) enthält, in welchem ein Lasersender 31A bzw. 31B bzw. 3IC vorgesehen ist. Jeder Lasersender verwendet einen Galliumarsenidlaser, welcher bei 0,9 Mikron betrieben wird und

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bei Impulsanregung einen Laserstrahl durch eine geeignete Linsenanordnung 31TA bzw. 31TB bzw. 31TC und ein Fenster 33A bzw. 33B bzw. 33C emittiert. Jeder Laserstrahl hat eine Strahlbreite von etwa 1° und ist schräg nach vorwärts unter einem Winkel von etwa 10° gegenüber einer Senkrechten zur Achse des Projektils 10 orientiert. Hinter jedem Fenster 33A bzw. 33B bzw. 33C ist auf jede der Linsenanordnungen 31TA bzw. 31TB bzw. 31TC ausgerichtet eine entsprechende weitere Linsenanordnung 35RA bzw. 35RB bzw. 35RC vorgesehen, wobei zwischen den jeweils zusammengehörigen Linsenanordnungen eine Lichtleitung verläuft, welche mit A bezeichnet ist. Hinter jeder der Linsenanordnungen 3 5RA, 35RB und 35RC ist ein zugehöriger Empfänger 37A bzw. 37B bzw. 37C montiert. Dies entspricht den Empfängern A, B und C in Figur 5. Auf einer Zwischenwand (nicht näher bezeichnet) innerhalb des Projektils 10 ist ein Entfernungszähler und -rechner (Figur 5) befestigt. Zwischen irgend einem Paar von Laserradareinheiten befindet sich außerdem noch ein einzelner passiver Detektor und Signalverarbeiter 39 zur Feststellung infraroter Strahlung. Schließlich sind innerhalb des Projektils 10 noch notwendige Hilfseinheiten, beispielsweise Batterien oder dergleichen, untergebracht, was jedoch nicht im einzelnen gezeigt ist.

Betrachtet man nun Figur 5, so erkennt man, daß die Bauteile, aus welchen die Laserradareinheiten und die Signalverarbeitungseinrichtungen gemäß Figur 4A und Figur 4B bestehen, in Abhängigkeit von Signalen betätigt werden, welche von einer Steuereinrichtung 3 0 bezogen werden. Die Steuerungseinrichtung ist an sich gängiger Bauart und enthält einen Taktimpulsgenerator (nicht dargestellt) sowie geeignete Teilerschaltungen und logische Schaltungen, um Auslöseimpulse für die Sender A, B und C sowie Steuerimpulse für eine Dekodierungs- und Multiplexeinrichtung 32 sowie auch Auslöseimpulse für einen Entfernungszähler 34 und einen Rechner 36 zu erzeugen. Ein Startsignal oder Abschußsignal, welches in beliebiger Weise erzeugt werden kann, sobald das Projektil 10 abgeschossen wird, setzt

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bei seinem Auftreten die verschiedenen Vorgänge in Lauf und bewirkt, daß die verschiedenen Kriterien zur Identifizierung von Zielobjekten herangezogen werden» Die Steuereinrichtung 30 wird dann wirksam, um Auslöseimpulse zu einem der Sender, beispielsweise dem Sender A während eines Zeitintervalls entsprechend einer Umlaufperiode des Projektils 10, ferner Freihalteimpulse zur Vermeidung einer Durchkopplung jedes ausgesendeten Impulses und Taktimpulse zu dem Entfernungszähler 34 und dem Rechner 36 zu führen« Bei einer Impulswiederholungsgeschwindigkeit von etwa 30 kHz der Triggerimpulse und einer Spinndrehzahl von 100 Umdrehungen je Sekunde des Projektils 10 wird der Empfänger A bei einer Richtung des Sendestrahls des Senders A auf das darunterliegende Terrain durch Echos von Terrainpunkten in einem gegenseitigen Abstand von etwa 1 m erregt» Die Sender A, B und C sowie die zugehörigen Empfänger A, B und C können ähnlich ausgebildet sein, wie Laserradareinheiten etwa nach der US-Patentschrift 4 077 718» Die erforderlichen Detektoren in den Empfängern A, B und C sind also Lawinendioden mit Kompensationsmitteln zur Aufrechterhaltung einer optimalen Empfindlichkeit dieser Dioden auch bei drastischen Temperaturänderungen. Ein abgezweigter Teil oder eine Tastung jedes ausgesendeten Impulses wird über eine Lichtleitung (die Lichtleitungen sind ebenfalls mit A, B und C bezeichnet) zu einem üblichen optischen Detektor 38 geführt, um einen elektrischen Impuls zu bilden, welcher den Augenblick der Aussendung des Sendeimpulses markiert» Dieser Impuls wird zu dem Impulsrückendetektor 4OT (dieser wird nachfolgend beschrieben) geführt, der signalisiert, wenn die Amplitude des hinteren Endes des jeweiligen elektrischen Impulses gleich der Hälfte der Impulsamplitude ist. Diese Anzeige wiederum bewirkt die Einstellung einer Synchronisationseinrichtung 42, wodurch ein Startsignal für den Entfernungszähler 34 bereitgestellt wird» Dadurch werden die dem Entfernungszähler 34 zugeführten Taktimpulse gezählt«

Immer dann, wenn ein Echoimpuls von dem Empfänger A aufgenommen wird, gelangt ein elektrischer Impuls von diesem Empfänger

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durch die Dekodierungs- und Multiplexereinrichtung 32, welche so gesteuert wird, daß sie nur einen Echoimpuls von dem in Betrieb befindlichen Empfänger durchläßt, zu einem Impulsrückendetektor 4OR, welcher ähnlich ausgebildet ist wie der vorerwähnte Impulsrückendetektor 4OT. Das Ausgangssignal des Impulsrückendetektors 4OR bewirkt eine Rückstellung der Synchronisationseinrichtung 42 mit dem Ergebnis, daß das Startsignal oder Freigabesignal des Entfernungszählers 3 4 beendet wird. Der dann vorhandene Zählerstand des Entfernungszählers 34 ist ein Maß für die Entfernung. Man erkennt, daß die minimale Entfernung dann gemessen wird, wenn der ausgesendete Laserstrahl mit dem örtlichen Lot zusammenfällt und daß dann, wenn der Strahl gegenüber dem örtlichen Lot nach vorne oder nach rückwärts einen jeweils gleichen Winkel von beispielsweise 45° bildet, die gemessenen Entfernungen im wesentlichen gleich sind.

Der Rechner 36 enthält im vorliegenden Fall ein Paar von Mikroprozessoren 36Pl und 36P2 (vorliegend jeweils eine Baueinheit des Typs Zilog Z 80A) mit zugehörigen Programm- und Datenspeichern (nicht dargestellt). Der erste Mikroprozessor 3 6Pl dient zum Entfernungsvergleich. Das bedeutet, daß er den Zählerstand des Entfernungszählers 34 aufnimmt und im nachfolgend noch zu erläuternden Synchronisationsbetrieb den ersten und den letzten Ausgang dieses Zählers miteinander vergleicht. Wenn diese Ausgangszählerstände unterschiedlich sind, werden die Auslöseimpulse am Ausgang der Steuereinrichtung 30 nach Bedarf entweder verzögert oder zeitlich vorgeschoben, bis beim Zählerstandsvergleich Gleichheit erzielt wird. Die Abtastung, welche dann von jeder Laserradareinheit längs eines Terrainstreifens vorgenommen wird, erstreckt sich über einen Winkel von 45° zu beiden Seiten des örtlichen Lots.

Ist einmal das örtliche Lot festgelegt, so bewirkt der erste Mikroprozessor 3 6Pl während jeder Geländestreifenabtastung einen Vergleich der Ausgangszählerstände des Entfernungszählers 34 für jeweils gleiche Winkel gegenüber dem örtlichen Lot, wo-

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bei diejenigen Zählerstände markiert werden, bei denen eine Änderung um einen bestimmten Entfernungsschritt von beispielsweise 1 m bis 4 m auftritt» Die markierten Ausgangszählerstände des Entfernungszählers 34. welche als Leitdaten bezeichnet werden können, werden an den zweiten Mikroprozessor 36P2 weitergegeben. Letzterer ist so programmiert, daß er die Leitdaten vom Mikroprozessor 36Pl aufnimmt und auswertet und ein Abschußsignal für die Tochtergeschosse erzeugt, wenn Signale nach der Art des in Figur 2D gezeigten Signals zusammen mit einem positiven Signal des passiven Detektors und Signalverarbeiters 39 empfangen werden. Hierzu ist der Mikroprozessor 36P2 so ausgebildet und eingerichtet, daß er die markierten Leitdaten mit Sollwert-Leitdaten vergleicht, die in einem Festwertspeicher bereitgehalten sind und welche ein interessierendes Zielobjekt, beispielsweise einen Panzer 12 repräsentieren» Wenn der Vergleich ergibt, daß die markierten Leitdaten mit den möglichen Leitdaten des gewünschten Zielobjektes übereinstimmen, so wird die Position des Zielobjektes relativ zu dem Projektil 10 bestimmt, wie in Figur 7 deutlich gemacht ist»

Es sei nun auf die Einzelheiten der Impulsrückendetektoren 4OT und 4OR eingegangen« Zunächst ist festzustellen, daß zwar der dynamische Bereich von Signalen zum erstgenannten Detektor ziemlich klein sein kann, die Amplituden der Signale zum letztgenannten Detektor sich aber innerhalb sehr weiter Grenzen von beispielsvieise 80 dB verändern kann« Ferner kann zwar angenommen werden, daß die Form der ausgesendeten Impulse gleich bleibt, doch ändert sich die Form der empfangenen Impulse abhängig von der Art der verschiedenen Terrainbereiche, welche von den Sendeimpulsen bestrahlt und abgetastet werden» Die Verwendung einer konventionellen Detektorschaltung, bei welcher Mittel vorgesehen sind, um festzustellen, wann das hintere Ende eines Impulses gleich einem Bezugssignal wird, ist somit in zufriedenstellender Weise fast nicht zu verwirklichen» Das bedeutet, daß übliche Impulsrückendetektoren vorliegend nicht dazu verwendet werden können, um das Zeitintervall zwischen

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der Aussendung eines Abfrageimpulses und dem Empfang eines Echoimpulses zu bestimmen.

Unter Berücksichtigung des Vorstehenden erkennt man, daß die Impulsrückendetektoren 4OT und 4OR unabhängig von der Amplitude eines einzelnen zu verarbeitenden Impulses eine Anzeige liefern,, wenn die Amplitude des Impulsrückens eines solchen Impulses gleich der Hälfte der Maxima!amplitude des Impulses ist. Gemäß Figur 6 V7ird also in dem Impulsrückendetektor 4OT jeder Impuls durch einen Leistungsaufteiler 4OD üblicher Bauart auf zwei Kanäle aufgeteilt« Wie allgemein bekannt, ist das Signal an einem Ausgangsanschluß eines solchen Leistungsaufteilers in Phase mit dem Eingangssignal. Dieser Äusgangsanschluß wird manchmal als nichtinvertierender Anschluß bezeichnet. Das Ausgangssignal des zweiten Ausgangsanschlusses ist ebenfalls in Phase mit dem Eingangssignal gehalten. Dieser Anschluß wird manchmal als invertierender Ausgangsanschluß bezeichnet. Somit sind vorliegend die Signale auf den beiden Kanälen am Ausgang des Leistungsaufteilers 4OD relativ betrachtet in Phase. Das Signal des in Figur 6 oben liegenden Kanales gelangt unmittelbar zu dem invertierenden Eingang eines Differentialverstärkers 40DF während das Signal des unteren Kanales der Reihe nach eine Verzögerungsschaltung 40PD und eine Dämpfungsschaltung 4OA durchläuft und dann den nichtinvertierenden Eingang des Differentialverstärkers 40DF erreicht. Man erkennt nun, daß, nachdem das hintere Ende des ausgesendeten Impulses vonvornherein bekannt ist, die Verzögerungsschaltung 40PD so ausgebildet werden kann, daß das Impulsmaximum jedes Echosignales auf dem unteren Kanal der Schaltung nach Figur 6 im Zeitbereich des Impulsendes des betreffenden Echosignals im oberen Kanal gelegen ist. Ferner ergibt sich, daß abhängig von dem Grad der Dämpfung, welchen das Signal im unteren Kanal aufgrund des Vorhandenseins der Dämpfungseinrichtung 4OA erleidet und abhängig von der Form des Impulsrückens eines Echosignals im oberen Kanal die Eingangssignale zum Differentialverstärker 40DF zu irgend einem Augenblick gleich werden. Vor diesem Augenblick

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ist während eines Empfanges eines Echosignales das invertierte Signal im oberen Kanal in der Amplitude immer größer und nach diesem Augenblick immer kleiner» Am Ausgang des Differentialverstärkers 40DF kann also ein Impuls abgenommen werden, welcher einen vorderen negativen Teil und einen hinteren positiven Teil besitzt, wobei der übergang von negativ zu positiv auftritt, wenn die Eingangssignale zum Verstärker 40DF in ihrer Amplitude gleich/ jedoch in ihrer Phase entgegengesetzt sind. Der Ausgang des Differentialverstärkers 40DF ist, wie aus Figur 6 zu ersehen, an den positiven Eingangsanschluß eines Vergleichers 40CD und an den negativen Eingangsanschluß eines Vergleichers 40DS gelegt. Der negative Eingangsanschluß des Vergleichers 40CD ist mit Erde oder Masse verbunden und der positive Eingangsanschluß des Vergleichers 40CS ist an eine negative Bezugsspannungsquelle angeschlossen. Der Ausgang des Vergleichers 40CD ist mit dem Eingangsanschluß eines eine Torschaltsteuerung aufweisenden Treiberverstärkers 4OG verbunden. Der Ausgang des Vergleichers 40CS hat über eine Halteschaltung 4OL Verbindung mit dem Torschaltanschluß des Treiberverstärkers 4OG.

Der Vergleicher 40CS und die Halteschaltung 4OL bewirken, daß der Treiberverstärker 4OG nur dann eingeschaltet wird, wenn die Amplitude des vorderen Teiles des Ausgangssignales des Differentialverstärkers 40DF einen bestimmten Pegel übersteigt. Das bedeutet, daß nur Signale, welche wirklich als Echosignale betrachtet werden können und welche über einen bestimmten Schwellenwert anwachsen, den Treiberverstärker 40DF einschalten können.

Es sei nun wieder Figur 7 betrachtet. Die gestrichelt gezeichneten elliptischen Terraingebilde zeigen die jeweils zuvor bestrahlten Bereiche an, welche innerhalb der jeweiligen durch Buchstaben bezeichneten Abtastreihen oder Terrainstreifen numeriert sind und der durch eine kontinuierliche Linie umgrenzte elliptische Bereich zeigt denjenigen Terrainbereich an, welcher zu einem bestimmten Augenblick bestrahlt wird, wenn die

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Tochtergeschosse (nicht dargestellt) abzuschiessen sind. Man erkennt, daß die jeweils bestrahlten Bereiche, welche jeweils eine Abtastreihe auf einem Geländestreifen ergeben, nicht genau auf einer Senkrechten zur Projektion der Flugbahn des Projektiles 10 gelegen sind, sondern vielmehr auf einer Projektion einer Schraubenlinie auf das darunterliegende Gelände gelegen sind. Nachdem aber für das Verständnis der Zeichnung die Unterschiede zwischen der gewählten Darstellung und der Wirklichkeit nicht wesentlich sind, wurde die einfachere zeichnerische Darstellung gewählt, um aufzuzeigen, daß die Position eines identifizierten Zielobjektes, vorliegend des Panzers 12, relativ zu dem Projektil 10 durch Schwerpunktbildung aus einer Anzahl von Leitdaten von Echos aus aufeinanderfolgenden Abtastreihen gewonnen werden kann. Der nach vorwärts gerichtete Schrägungwinkel (Winkel A) der Laserstrahlen und die Höhe ergeben den Abstand zwischen dem augenblicklich abgetasteten oder bestrahlten Terrainstreifen zurück zum örtlichen Lot, welches, wie bereits erwähnt, zu jeder Abtastreihe bzw. dem abgetasteten Terrainstreifen zentriert ist. Wenn sich also das Projektil 10 über den zuvor bestrahlten Bereichen Al bis All befindet, so bestrahlt der Laserstrahl bereits die Bereiche C3 bis C5 und das Zentrum des Zielobjektes liegt auf dem Geländestreifen, welcher die Bereiche B2 bis B6 enthält. Der Winkel zwischen der Ebene, welche das örtliche Lot enthält und der Ebene, welche durch den Schwerpunkt des Zielobjektes gelegt werden kann, ist somit bekannt und als Winkel R bezeichnet.

Die von dem Projektil 10 mitgeführten Tochtergeschosse sind hier als Hochgeschwindigkeitsgeschosse anzusehen, welche nachfolgend auch als Gefechtsköpfe bezeichnet werden. Diese Gefechtsköpfe sind in dem Projektil 10 so gehaltert, daß ihre gemeinsamen Achsen, d. h. die Abschußrichtung jedes Gefechtskopfes, senkrecht zur Längsachse des Projektils 10 stehen. Weiter sind die Gefechtsköpfe einander gegenüberliegend angeordnet, so daß sich das Projektil 10 nur um 180° drehen muß, um den einen oder anderen Gefechtskopf in Abschußstellung zu

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bringen. Das bedeutet,, daß die Achse des Paares von Gefechtsköpfen die Winkelstellung entsprechend dem Winkel R relativ zum örtlichen Lot während jeder Periode der Spinndrehung des Projektils 10 zweimal einnimir*·.

Die Flugbahn des Gefechtskopfes ist bei Vernachlässigung von Schwerkraft und Reibung zum einen durch die Geschwindigkeit des Projektils 10 und zum anderen durch die Anfangsgeschwindigkeit bestimmt^ welche durch den Abschuß dem Gefechtskopf mitgeteilt wird. Das Verhältnis der Größen dieser Geschwindigkeit bestimmt den Unterschied zwischen der Abschußrichtung des Gefechtskopfes und der Flugbahn des Gefechtskopfes. Im vorliegenden Falle beträgt das genannte Verhältnis 1 s 10, so daß es notwendig ist,, den Gefechtskopf abzuschießen, bevor der Panzer 12 sich auf gleicher Höhe mit dem Projektil 10 befindet=

In Figur 7 ist der Winkel zwischen der Achse oder der Abschußrichtung der Gefechtsköpfe und dem örtlichen Lot mit W bezeichnet. Die Winkelstellung der Gefechtskopfachse relativ zu jeder der Laserradareinheiten (vorliegend drei) ist bekannt und da jede Laserradareinheit symmetrisch relativ zum örtlichen Lot betrieben v?erden muß,, kann die Lage der Gefechtskopf achse relativ zum Örtlichen Lot leicht bestimmt werden. Wenn sich dann das Projektil so gedreht hat, daß die Gefechtskopfachse in die Ebene zu liegen kommt, welche auch den Schwerpunkt des Zielobjektes enthält, wobei dann der Winkel W gleich dem Winkel R ist und die gedachte Flugbahn des Gefechtskopfes durch den Schwerpunkt des Zielobjektes geht, wird der Gefechtskopf abgeschossen.

Bevor auf die Figuren 8A und 8B eingegangen werden soll, sei daran erinnert, daß in der Brennebene jeder der drei Linsenanordnungen 31TA, 31TB und 31TC jeweils ein gesonderter optischer Detektor angeordnet ist» Der Fachmann erkennt, daß zumindest theoretisch ebene Spiegel oder Prismen verwendet werden könnten, um die drei Brennebenene zusammenfallen zu lassen. Eine solche Anordnung ist aber für die praktische An-

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Wendung aufgrund der Tatsache nicht zweckmäßig, daß jede der Linsenanordnungen 31TA, 31TB und 31TC eine kurze Brennweite haben muß, was bewirkt, daß die erforderlichen ebenen Spiegel oder Prismen nicht klein genug gemacht x-jerden können, um in dem zur Verfügung stehenden Bildraum Platz zu finden«

aus den Figuren 8A und SB ist zu ersehen, daß die Lasersender 31A, 31B und 31C, die Linsenanordnungen 31TA, 31TB und 31TC, ferner die Fenster 33A, 33B und 33C und die Linsenanordnungen 35RA, 35BB und 3 5RC in Aufbau und Wirkungsweise den entsprechend bezeichneten Teilen gemäß Figuren 4A und 4B entsprechen= Eine nochmalige Beschreibung dieser Teile ist daher nicht notwendig. Aus Figur 8B geht hervor, daß eine Lichtleitung, beispielsweise die Lichtleitung 31P, so verlegt ist, daß ein Teil der Energie jedes ausgesendeten Laserstrahls in den Bereich eines Brennpunktes jeweils einer der Linsenanordnungen 35RA, 35RB und 35RC geführt wird«, Jeder einzelne der genannten Brennpunkte ist außerdem ein Brennpunkt eines jeweils zugehörigen ellipsoidischen Spiegels 35MA bzw. 35MB bzw. 35MC. Der zweite Brennpunkt ist den ellipsoidischen Spiegeln 35MA, 35MB und 3 5MC gemeinsam und mit f bezeichnet. Er liegt auf der Längsachse des Projektils 1Oo Zwei der elliptischen Erzeugenden MA und MB sind in Figur 8B eingezeichnet. Vorzugsweise sind die elliptischen Spiegel 35MA, 35MB und 35MC sich wiederholende Profilformen, welche in geeigneter Weise auf der Oberfläche eines Grundkörpers 35B durch ein Formwerkzeug gebildet sind, das drei konvexe Formflächen entsprechend dem gewünschten ellipsoidischen Profil aufweist. Der Grundkörper 35B ist justierbar in einem Gehäuse 35H befestigt, wie in Figur 8B angedeutet ist, um die Brennpunkte der ellipsoidischen Spiegel 35MA, 35MB und 35MC richtig einstellen zu können. Ein Filter 35F ist so befestigt, daß er auf dem Wege der Energie gelegen ist, welche zu dem optischen Detektor 35D (vorliegend ein Photodetektor mit Lawinendiode) gelangt. Der Filter 35F ist so gewählt, daß er die Frequenzen der Energie der Lasersender 31A, 31B und 31C durchläßt, jedoch alle anderen Fre-

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quensen abweist» Der Ausgang des optischen Detektors 35D ist mit einem nicht dargestellten Empfänger verbunden? wobei dieser Empfänger ähnlich aufgebaut sein kann, wie im Zusammenhang mit Figur 5 beschrieben»

Man erkennt alsOj, daß dann, wenn jeder der Lasersender 31A, 31B und 31C zur Bestrahlung eines Terrainstreifens auf dem darunterliegenden Gelände betätigt wird, ein Teil der ausgesendeten Laserenergie zu den Brennpunkten fAl, fBl und fCl geführt wird„ um dann an einem der Ellipsiodspiegel 3 5MA, 35MB und 35MC zu dem Brennpunkt f hin reflektiert zu werden» Diese reflektierte Energie erreicht über den Filter 3 5F den optischen Detektor 3 5D und setzt den Entfernungsmeßvorgang in Lauf» Wenn ein Echosignal empfangen wird, so gelangt Energie über einen bestimmten der Brennpunkte fAl, fBl und fCl zu dem zugehörigen der Ellipsoidspiegel 35MA, 35MB und 35MC und wird von dort aus zu dem Filter 35F reflektiert, so daß von dort die Energie zu dem optischen Detektor 35D übertragen wird und den Entfernungsmeßvorgang beendet.

Man erkennt weiter, daß die soeben beschriebene Anordnung gegenüber einer von der Laserenergie verschiedenen Energie vergleichsweise unempfindlich ist» Zum einen schirmt das Gehäuse 35H sämtliche Energie mit Ausnahme derjenigen ab, welche durch die nicht näher bezeichneten öffnungen nahe der Brennpunkte fAl, fBl und fCl eintritt und von den Ellipsoidspiegeln 35MA, 35MB und 35MC reflektiert wird. Weiter ist der Filter 35F im Sinne einer Sperrung von Energien wirksam, welche eine wesentlich verschiedene Frequenz besitzen, so daß solche Energie den optischen Detektor 35D nicht anregen kann» Somit haben Sonnenlicht oder Energie von Lichtblitzen wenig wenn überhaupt irgend einen Einfluß und außerdem ist der Detektor 3 5D thermisch isoliert. Weiter hat die Verwendung eines einzigen optischen Detektors den Vorteil, daß Justierungsprobleme, welche sich aus der Verwendung einer Anzahl optischer Detektoren ergibt, vermieder werden. Das bedeutet, daß Unterschiede in der Empfind-

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lichkeit zwischen zunächst identisch scheinenden optischen Detektoren nicht auftreten» Desweiteren wird der Einfluß der Zentrifugalkräfte während des Fluges minimal gehalten, wenn ein einziger Detektor auf der Längsachse des Projektils 10 liegend befestigt werden kann« Schließlich und möglicherweise als Wichtigstes ermöglicht die Verwendung ellipsoidischer Spiegel eine starke Verkürzung der Brennweite jeder der Linsenanordnungen 31RA₁₇ 31RB und 31RC₁, so daß die Laserradareinheiten optimal arbeiten und gleichzeitig ist eine Möglichkeit aufgezeigt, durch welche die Brennebenen der einzelnen Linsenanordnungen in eine gemeinsame Ebene gelegt werden können. Bezüglich des Filters 35F ist noch festzustellen, daß hier auch ein Interferrometer mit einem piezoelektrischen Kristall verwendet werden könnte, wie in der US-Patentschrift 3 202 052 beschreiben, wodurch sich der dynamische Bereich der Lichtintensitäten erweitern ließe.

Im Rahmen der vorliegend beschriebenen grundsätzlichen Gedanken bietet sich dem Fachmann eine Anzahl von Abwandlungs- und Weiterbildungsmöglichkeiten. Beispielsweise kann dann, wenn der dynamische Bereich ein Problem ist, der Differentialverstärker 40DF gemäß Figur 6 durch einen sogenannten "out-ofphase"-Leistungskombinator ersetzt werden.

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Claims

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Patentansprüche

Io Kampffahrzeug-Abwehrsystem, bei welchem von einem einen Spinn aufweisenden, zu einem Zielpunkt oberhalb eines zu treffenden Kampffahrzeuge hin abgefeuerten Projektil aus Geschosse von oben herab auf das Kampffahrzeug abschießbar sind, gekennzeichnet durch mehrere Impuls-Laserradareinheiten (31, 37), welche sich in dem Projektil (10) befinden und jeweils so ausgerichtet sind, daß sie nacheinander Schwaden oder Streifen des Terrains unter dem Projektil vor diesem bestrahlen, ferner durch Steuer- und Betätigungsmittel (30) zum Betätigen der Laserradareinheiten, sobald diese auf die genannten Terrainstreifen zu deren Bestrahlung oder Abtastung gerichtet sind, weiter durch Signalverarbeitungsmittel (34, 36), welche zunächst Echosignale von aufeinanderfolgend bestrahlten Terrainstreifen zur Bestimmung der Höhe eines bestrahlten Zielobjektes über dem Gelände, zur Bestimmung der Länge und der Breite dieses Zielobjektes und der Entfernung zwischen dem Zielobjekt und dem die Spinndrehung ausführenden Projektil auswerten, in Abhängigkeit von der Höheninformation, Längeninformation und Breiteninformation der verschiedenen Zielobjekte Echosignale aufgrund eines interessierenden Zielobjektes identifizieren und dann die Position der Quelle dieser identifizierenden Echosignale mit Bezug auf den vorgenannten Zielpunkt errechnen und schließlich durch Mittel zum Abschuß der Geschosse von dem am Zielpunkt befindlichen, die Spinndrehung ausführenden Projektil in Richtung auf die genannte Quelle der identifizierten Echosignale derart, daß die Geschosse das interessierende Zielobjekt treffen,
2. Abwehrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Betätigungsmittel (30) so ausgebildet sind, daß zunächst eine der Impuls-Laserradareinheiten (31, 37) während der gesamten Umlaufdauer des die Spinndrehung ausführenden

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Projektils (10) eingeschaltet wird und, während der Sendestrahl der betreffenden Impuls-Laserradareinheit auf das darunterliegende Terrain weist, die Entfernung zum Terrein gemessen wird, um diejenige Richtung des Strahles zu bestimmen, für v/elche die gemessene Entfernung minimal ist, was dem örtlichen Lot entspricht, daß während der folgenden Umlaufperioden des die Spinndrehung ausführenden Projektils der Reihe nach jede der Impuls-Laserradareinheiten eingeschaltet wird, um der Reihe nach aufeinanderfolgende Terrainstreifen des darunterliegenden Geländes zu beiden Seiten des örtlichen Lotes zu bestrahlen und abzutasten und daß die aufeinanderfolgenden Intervalle in jeder Einschaltdauer der Impuls-Laserradareinheiten so eingestellt werden können, daß die Mitte der aufeianderfolgenden, abgetasteten Terrainstreifen mit dem Fußpunkt des örtlichen Lotes zusammenfällt.

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