DE4122622A1 - Ausloese-sensor fuer aktive schutzeinrichtung - Google Patents
Ausloese-sensor fuer aktive schutzeinrichtungInfo
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- F41H5/00—Armour; Armour plates
- F41H5/007—Reactive armour; Dynamic armour
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- F42C13/00—Proximity fuzes; Fuzes for remote detonation
- F42C13/04—Proximity fuzes; Fuzes for remote detonation operated by radio waves
- F42C13/045—Proximity fuzes; Fuzes for remote detonation operated by radio waves using transmission of F.M. waves
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Description
Die Erfindung betrifft einen Auslöse-Sensor gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
Ein solcher Sensor ist aus der DE 27 19 150 C1 in der Form eines Kon
taktgitters bekannt, das vor einer zu schützenden Fläche aufgespannt
ist und vom anfliegenden Geschoß durchdrungen werden muß. Dadurch wird
eine pyrotechnische Beschleunigungseinrichtung initiiert, die Panzer
platten in ihrer Ebene, und damit im wesentlichen quer zur
Annäherungsbahn des Projektils, verschiebt und die Wirkung des
Projektils im zu schützenden Objekt zumindest wesentlich herabsetzt,
weil das Projektil durch die querbewegten Panzerplatten abgelenkt oder
sogar zerstört wird. Das als ortsempfindlicher Abstandssensor dienende
Kontaktgitter ist dann allerdings ebenfalls zerstört und muß neu
aufgespannt werden, was aber praktisch nur für stationäre zu schützen
de Objekte in Betracht kommt. Da außerdem diese zusätzliche reaktive
oder aktive Schutzeinrichtung in der Regel direkt von der Hauptpan
zerung des zu schützenden Objekts getragen wird und die Restwirkung
des Projektils in der parallel zur Hauptpanzerung verschobenen Panzer
platte erfolgt, verbleibt doch noch eine erhebliche und unter Umstän
den kritische Beanspruchung des zu schützenden Objekts.
Letzteres gilt entsprechend für den Mechanismus der reaktiven Panze
rung, wie sie aus der unteren Darstellung auf Seite 17 in der Zeit
schrift P.M. (Oktober 1987) dargestellt ist. Denn dort wird zwar eine
zusätzliche, vor der Hauptpanzerung gehalterte Panzerplatte dem Pro
jektil mittels der Beschleunigungseinrichtung zwischen Hauptpanzerung
und zusätzlicher Panzerplatte entgegengeschleudert, aber diese Be
schleunigungseinrichtung wird erst durch das schon auftreffende Pro
jektil gezündet.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen auf die
Annäherung eines auch sehr schnellen und sehr schlanken Projektils an
sprechenden Sensor für die Auslösung einer aktiven Schutzeinrichtung
schon vor dem Auftreffen des Projektils zu schaffen, die darüber hi
naus auch für den Einsatz an beweglichen Objekten wie insbesondere ge
panzerten Fahrzeugen geeignet ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß
der gattungsgemäße Auslöse-Sensor nach dem Kennzeichnungsteil des Pa
tentanspruches 1 ausgelegt ist.
Diese Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß selbst beim minimalen
Rückstrahlquerschnitt eines dünnen KE-Stabes die elektromagnetische
Rückstrahlortung doch eine hinreichend eindeutige und frühe Informa
tion für eine wirksame Realisierung der sogenannten abstandsaktiven
Panzerung (AAP) erzielen läßt, die typisch auf einige zehn Meter Di
stanz der Projektilannäherung wirken soll. Zweckmäßigerweise wird
dafür das sich mit weit über 1000 m/Sekunde annähernde Ziel frontal
von einem Dauerstrich-Höchstfrequenzradar erfaßt, das dann eine
Dopplerfrequenz in der Größenordnung von typisch 100 kHz liefert. Wenn
Laufzeitmessungen bei der hohen Annäherungsgeschwindigkeit keine
hinreichende Auflösung für eine Echtzeitzielentfernungsmessung erge
ben, dann kann diese Information auch über eine Frequenzmodulation
(lineare Änderung oder Umtastung) der Sendefrequenz mit anschließender
Phasendifferenzmessung zur Empfangsfrequenz beim Dauerstrich-Betrieb
gewonnen werden. Insbesondere im Falle einer Sendefrequenz im
Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Bereich des elektromagnetischen
Strahlungsspektrums eröffnet sich der funktional unkritische und
apparativ vergleichsweise preiswerte Aufbau des Sensors als X-Band-Ra
dar, und die Sende-Empfangs-Antenne kann besonders flach als
Mikrostreifenleiterantenne ausgebildet, somit wenig auftragend auf die
dem Sensor zugeordnete Panzerplatte appliziert bzw. sogar zusammen mit
dem Sensor in deren Außenfläche eingelassen werden. Ein zusammenge
schalteter Betrieb mehrerer Sensor-Antennen erbringt die Wirkung eines
Antennen-Array für eine stärker gebündelte Richtcharakteristik und mit
der bekannten Möglichkeit, über Phasenansteuerung diese Richtcharakte
ristik verschwenken zu können, um beispielsweise den umgebenden Raum
eines zu schützenden Objekts nach einem anfliegenden Körper
abzusuchen, ehe dann auf die den einzelnen aktiven Panzerungsmodulen
zugeordneten Sensoren im Einzelbetrieb zurückgeschaltet wird. Bei
demjenigen Modul, an den sich das hochenergetische Projektil bis auf
die Wirkentfernung des Abwehrmechanismus angenähert hat, wird
daraufhin mittels einer pyrotechnischen oder elektromagnetischen
Beschleunigungseinrichtung die vorgelagerte Panzerplatte quer zu ihrer
Ebene beschleunigt und so dem KE-Stab entgegengeschleudert, um dessen
kinetische Energie zu verzehren bzw. ihn abzulenken oder sogar zu
zerstören.
Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen
und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammenfas
sung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Be
schränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert und nicht maßstabsge
recht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsge
mäßen Lösung. Es zeigt:
Fig. 1 in abgebrochener Längsschnitt-Skizze den Aufbau einer akti
ven Schutzeinrichtung mit Auslösesensoren und
Fig. 2 einen der Auslösesensoren nach Fig. 1 in Blockschaltbild-Dar
stellung.
Ein zu schützendes stationäres oder bewegliches Objekt 11, insbesonde
re ein Kampfpanzer, trägt auf seiner Hauptpanzerung 12 als aktive
Schutzeinrichtung 13 austauschbare zusätzliche Panzerungsmodule 14 in
Form von massiven oder laminierten Panzerplatten 15 vor Beschleuni
gungseinrichtungen 16. Bei Bedrohung des Objektes 11 durch ein
KE-Projektil 17 wird im Bedrohungsbereich 18 von einem Sensor 19 über
eine Zündeinrichtung 20 die räumlich zugeordnete Beschleunigungsein
richtung 16 initiiert und dadurch mittels Sprengstoff oder induktiv
die vorgelagerte Panzerplatte 15 von der Hauptpanzerung 12 abgehoben
und dem anfliegenden Wuchtgeschoß entgegengeschleudert. Das verbraucht
beim Durchschlagen dieser Panzerplatte 15 einen wesentlichen Teil
seiner kinetischen Energie und wird aus seiner bisherigen Annäherungs
bahn 21 abgelenkt sowie möglicherweise zerbrochen, so daß jedenfalls
nur eine stark geschwächte und von der Hauptpanzerung 12 ohne wesent
liche Beschädigungen aufnehmbare Beanspruchung des zu schützenden
Objektes 11 eintritt.
Die Annäherung eines KE-Projektiles 17 wird an Bord des Objektes 11
von einem elektromagnetischen Sensor 19 erfaßt, der im Wege der
Rückstrahlortung eine Bewegzielerkennung und Geschwindigkeitsmessung
über das Dopplerspektrum der am KE-Projektil 17 reflektierten Energie
liefert. Aus den Sensordaten kann erforderlichenfalls auch eine Ent
fernungsmessung abgeleitet werden, um die Beschleunigungseinrichtung
16 erst zu initiieren, wenn das KE-Projektil 17 sich in bezug auf die
Wirkdistanz der ihm entgegenzuschleudernden Panzerplatte 15 hinrei
chend angenähert hat. Vorzugsweise ist der Sensor 19 als Dauerstrich-Dop
plerradar im Mikrometer- oder Millimeterbereich des elektromagneti
schen Spektrums ausgelegt. Beispielsweise liefert ein X-Band-Generator 22
eine periodisch frequenzmodulierte Sendefrequenz Fs, mit der über
einen Zirkulator 23 als Sende-Empfangsweiche eine flache Antenne 24
gespeist wird, die als kleine Aperturantenne oder vorteilhafter noch
als Mikrostreifenleiter auf der Außenfläche 25 der zugeordneten
Panzerplatte 15 angeordnet oder eingelassen ist. Während in Fig. 1 der
Zeichnung zur Förderung der Anschaulichkeit der Sensor 20 im übrigen
abseits hinter der Panzerplatte 15 des zugeordneten Moduls 14
dargestellt ist, läßt sich der Aufbau des Sensors 20 so weit
miniaturisieren, daß er direkt hinter der Antenne 24 in die Panzer
platte 15 eingesenkt werden kann.
Trotz des extrem niedrigen Rückstrahlquerschnitts des anfliegenden
dünnen KE-Projektils 17 nimmt die Antenne 24 doch hinreichend Energie
mit einer Empfangsfrequenz Fe auf, in der die reflektierte Sendeener
gie aufgrund der sehr hohen Annäherungsgeschwindigkeit des KE-Projek
tils 17 einen deutlichen Doppleranteil aufweist, mit im Zuge der Annä
herung sich rasch vergrößernden Signal-Rausch-Verhältnis. Dieses
Spektrum der Empfangsfrequenz Fe wird nach dem Zirkulator 23 in einem
Empfangsmischer 26 mit einer Rückmischleistung zusammengefaßt, die
über eine Auskopplung 27 die aktuelle Sendefrequenz Fs vom Oszillator
22 enthält. Das Mischergebnis ist eine Zwischenfrequenz Fz, aus der
über einen Regelverstärker 28 mit Tiefpaßverhalten die annäherungsab
hängige Dopplerfrequenz Fd und damit eine Information über die aktuell
gegebene Bedrohung durch ein KE-Projektil 17 gewonnen und in eine
Ausgabeschaltung 29 übergeben wird. In dieser kann z. B. noch eine
Nutz-Stör-Analyse (etwa gestützt auf Plausibilitäts mit vergleichbaren
Informationen, die von benachbarten Sensoren 19 gewonnen wurden)
durchgeführt werden, bis die optimale Annäherung des KE-Projektils 17
zum Initiieren der Zündeinrichtung 20 gegeben ist.
Insbesondere kann die Ausgabeschaltung 29 auch dafür ausgelegt sein,
eine schnelle Fouriertransformation zur eindeutigen Bestimmung der
Dopplerfrequenz und damit der Annäherungsgeschwindigkeit im Interesse
eines optimierten Auslösezeitpunktes für die Beschleunigungseinrich
tung 16 durchzuführen. Da die Beobachtungszeiten aufgrund der hohen
Geschoß-Annäherungsgeschwindigkeit von bis zu 2000 m/Sekunde einer
seits und andererseits in Hinblick auf die auf wenige 10 m beschränkte
Wirkdistanz der aktiven Schutzeinrichtung 13 relativ kurz ist, kann
die Fouriertransformation zur eindeutigen Erkennung des Zieldopplers
im aufgenommenen Radarspektrum mit reduzierter Bandbreite erfolgen,
was eine preisgünstige schaltungstechnische Auslegung ermöglicht.
Wenn die Oszillatoren 22 der einzelnen Panzerplatten 15 zugeordneten
Sensoren 19 über einen Mutteroszillator 30 synchronisiert (oder durch
diesen ersetzt) und die Antennen 24 gleichzeitig angesteuert werden,
dann ergibt sich die Konfiguration eines Mehrelement-Antennenarray,
also insgesamt eine Antenne hohen Gewinns und hoher Richtwirkung. Bei
zeitversetzter Ansteuerung bzw. Abfrage der einzelnen Antennen 24 über
Antennenschalter 31, gesteuert aus einem Rechner 32, kann nach dem
Prinzip der elektronisch phasengesteuerten Antenne eine Strahlschwen
kung zur Beobachtung der mittleren bis weiteren Umgebung des zu schüt
zenden Objekts 11 realisiert werden, ehe dann bei Auffassen eines
wahrscheinlichen KE-Projektils 17 auf den zuvor beschriebenen Einzel
betrieb jedes Panzerungsmoduls 14 mit eigenem Initiier-Sensor 19 um
geschaltet wird. Für die Überwachung mehrerer gegeneinander versetzter
Teilräume kann dementsprechend eine überlappende oder gegeneinander
abgegrenzte Untergruppierung der vorhandenen Antennen 24 zusammenge
schaltet werden, um gleichzeitig in unterschiedlichen Richtungen eine
Bedrohungsanalyse durchführen zu können.
Claims (10)
1. Auslöse-Sensor (19) für eine aktive Schutzeinrichtung (13) gegen
Bedrohung durch ein anfliegendes Projektil (17), insbesondere Wucht
geschoß,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schutzeinrichtung (13) mit einem, etwa normal zur abzuspren
genden äußeren Panzerplatte (15) eines zugeordneten Panzerungsmo
duls (14) orientierten, elektromagnetischen Sensor (19) ausgestattet
ist.
2. Sensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß er ein die Dopplerfrequenz (Fd) des erfaßten Projektils (17)
ermittelnder Rückstrahlsensor ist.
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß er als Dauerstrich-Dopplerradar ausgelegt ist.
4. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß er als Dauerstrich-Dopplerradar mit einer Sendefrequenz (Fs) im
Mikrowellen- oder im Millimeterwellen-Bereich des elektromagneti
schen Spektrums ausgelegt ist.
5. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß er mit einer flachen Apertur-Antenne (24) auf der Panzerplatte
(15) ausgestattet ist.
6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß seine Antenne (24) als Mikrostreifen-Planarantenne auf oder in
der Außenfläche (25) der abzuschleudernden Modul-Panzerplatte (15)
ausgelegt ist.
7. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß er unter seiner Antenne (24) in die Außenfläche (25) der abzu
schleudernden Panzerplatte (15) eingelassen ist.
8. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Antennen (24) zu einem Array für schärfere Sende-Emp
fangs-Charakteristik zusammengeschaltet betreibbar sind.
9. Sensor nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zusammengeschaltet betriebenen Antennen (24) eine Phasen
steuerung zum Schwenken ihrer Sende-Empfangs-Charakteristik erfah
ren.
10. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß er als frequenzmoduliertes X-Band-Dauerstrichradar mit Fre
quenzumtastung oder Frequenzsweep zur Entfernungsmessung ausgelegt
ist.
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