DE4238038C1 - Verfahren zum Bereitstellen eines Scheinzielkörpers - Google Patents
Verfahren zum Bereitstellen eines ScheinzielkörpersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines
Objekts, wie ein Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug oder der
gleichen, für einen abbildenden strahlungsempfindlichen
Zielsuchkopf, wie IR-Suchkopf, simulierenden Scheinziel
körpers nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE 33 11 530 ist ein derartiges Verfahren bekannt,
bei dem der aus mehreren Wirkmassen aufgebaute Scheinziel
körper das Objekt zwar für relativ unintelligente Zielsuch
köpfe zu simulieren vermag, ohne daß aber relativ intelli
gente Zielsuchköpfe getäuscht werden könnten, welche auch
die räumlich spektral differenzierte Charakteristik des Ob
jektes zu analysieren in der Lage sind.
Auch aus der DE-OS 34 21 734 ist es bekannt, als Scheinziel
körper für Flugzeuge, gepanzerte Fahrzeuge und Schiffe
zwecks Täuschung von IR-Zielsuchköpfen einfache, heiße
pyrotechnische Störstrahler einzusetzen, die in gewissem
Umfang, nämlich hinsichtlich Flächengröße und spektraler
Strahlungsanteile, dem zu schützenden Objekt angeordnet sind
und ggf. in Abhängigkeit von der Zeit durch Einsatz einer
Vielzahl von zeitlich aufeinanderfolgend zur Zerlegung
kommenden Wirkmassen allmählich von dem zu schützenden
Objekt weggeführt werden, jedoch ist es auch hierbei nicht
möglich, relativ intelligente Zielsuchköpfe der bereits
diskutierten Art zu täuschen.
Weltweit kommen derzeit folgende IR-Täuschprinzipien zur
Anwendung: Abbrennen von Treibstoff, pyrotechnische Wirk
massen mit metallischer Komponente (z. B. Magnesium/Poly
tetrafluorethylen), pyrotechnische Wirkmassen auf Träger
materialien (Flares) sowie "warme Wolken", erzeugt durch
exotherme chemische Reaktion. Alle diese Prinzipien haben
den gemeinsamen Nachteil, daß sie im Infraroten Punkte oder
bestenfalls strukturlose Wolken erzeugen, die mit der Kontur
und IR-Signatur eines militärischen Objekts nichts gemeinsam
haben. Folge dieses Umstandes ist, daß diese Täuschprinzi
pien gegen "intelligent" abbildende Zielsuchköpfe, insbeson
dere IR-Zielsuchköpfe, der sogenannten dritten Generation
völlig wirkungslos sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
eingangs genannten Art anzugeben, mittels dessen Objekte,
wie Schiffe, auch gegen objektkonturempfindliche "intelli
gente" Zielsuchköpfe mit spektraler Unterscheidung wirksam
geschützt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im
Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde,
daß es gelingt, ein prinzipiell für alle denkbaren Objekte
geeignetes Verfahren zum Schutz gegen abbildende Zielsuch
köpfe dadurch anzugeben, daß insbesondere rechnergesteuert
unter im wesentlichen kontinuierlicher Überwachung des
dreidimensional aufzubauenden Scheinzielkörpers Wirk
massen, z. B. in Form von Schnellfeuermunition verhältnis
mäßig kleinen Kalibers, derart räumlich bzw. zeitlich
versetzt am Ort des aufzubauenden Scheinzielkörpers zur
Zerlegung gebracht werden, daß die Zielsignatur des zu
schützenden Objektes in "täuschender Ähnlichkeit" für
abbildende Zielsuchköpfe, wie IR-Köpfe, simuliert wird.
Vorzugsweise werden dabei unterschiedliche Wirkmassen
eingesetzt, um auf diese Weise unterschiedlich warme
Flächen des zu schützenden Objektes, z. B. den Rumpf
einerseits und den Kamin oder die Kamine andererseits
eines zu schützenden Objektes, wie z. B. eines Zerstörers,
eines Munitionstransportes oder dergleichen, mit
unterschiedlicher spektraler Attraktivität für den
Zielsuchkopf darstellen zu können, damit auf diese Weise
eine möglichst naturgetreue Simulation des zu schützenden
Objektes erzielt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbei
spiele anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert sind.
Dabei zeigt:
Fig. 1 eine IR-Zielsignatur eines als zu schützendes
Objekt gedachten Zerstörers;
Fig. 2 ein dreidimensionales IR-Scheinziel des Zer
störers gemäß Fig. 1, erzeugt mittels des
Verfahrens nach der Erfindung,
Fig. 3 einen herkömmlichen Scheinzielkörper zusammen
mit einem Zerstörer entsprechend Fig. 1;
Fig. 4 eine IR-Zielsignatur eines als zu schützendes
Objekt gedachten Munitionstransporters;
Fig. 5 ein dreidimensionales IR-Scheinziel des Muni
tionstransporters von Fig. 4, erzeugt nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren;
Fig. 6 die graphische Darstellung der spektralen
Strahldichte eines Schwarzkörperstrahlers mit
einer Oberflächentemperatur von 40°C; und
Fig. 7 die graphische Darstellung der spektralen
Strahldichte eines Schwarzkörperstrahlers mit
einer Oberflächentemperatur von 100°C.
Wie Fig. 1 erkennen läßt, weist die IR-Signatur des dort
wiedergegebenen Zerstörers 10 einen Rumpfbereich mit ver
hältnismäßig gleichmäßiger Oberflächentemperatur sowie
zwei "Hot Spots" in Form von zwei Kaminen 12, 14 auf.
Fig. 2 zeigt, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens
ein Scheinzielkörper 10′ einen "Rumpfteil" mit im
wesentlichen gleichmäßiger Oberflächentemperatur sowie
zwei "Hot Spots" 12′, 14′, den Kaminen 12. 14 von Fig. 1
entsprechend, aufweist. Das dreidimensionale IR-Scheinziel
gemäß Fig. 2 hat für einen "intelligenten" IR-Suchkopf
eine spezifische Ähnlichkeit mit dem Zerstörer gemäß Fig.
1, daß der Suchkopf statt des Zerstörers den Scheinziel
körper angreifen wird, wenn durch entsprechende Strahl
stärken und/oder Strahldichten etc. das Gesamtscheinziel
für den Zielsuchkopf attraktiver gemacht wird als der
Zerstörer.
Fig. 3 zeigt einen Zerstörer mit einem herkömmlichen
Scheinziel (Fackel) 11 ohne objektähnliche Kontur, so daß
dieses durch einen "intelligenten" IR-Suchkopf der dritten
Generation nicht dem wirklichen Objekt, d. h. dem
Zerstörer 10, vorgezogen werden wird.
Ähnliches ergibt sich aus einem Vergleich der Fig. 4
und 5, wobei Fig. 4 einen Munitionstransporter 16 mit
einem einzigen Kamin 18 zeigt. Dementsprechend gibt das
IR-Scheinziel, erfindungsgemäß dargestellt, gemäß Fig. 5
einen Scheinzielkörper 16′ mit einem einzigen "Hot Spot"
18′ wieder.
Vorstehend ist die Erfindung anhand der gezeigten Aus
führungsbeispiele für den häufigsten Anwendungsfall, den
Schutz von Schiffen, erläutert, wobei sich aber Ausführun
gen für andere Objekte lediglich in Munitionskaliber und
Munitionszusammensetzung, die jeweils auf die jeweilige
Kontur und räumlich-spektrale IR-Signatur optimiert werden
müssen, unterscheiden. Die spezifischen IR-Kriterien des
zu schützenden Objektes (Form, Flächengröße, räumliche
spektrale Strahlungsverteilung, Bewegungsverhalten) werden
erfindungsgemäß originalgetreu nachgebildet. Gleichzeitig
wird die Strahlstärke des Scheinzielkörpers gegenüber dem
Objekt erhöht, um für den IR-Suchkopf das attraktivere
Ziel darzustellen. Die originalgetreue, dreidimensionale
Nachbildung bietet zudem den Vorteil, daß durch die
Erfindung ein Scheinzielkörper geschaffen wird, der für
alle Bedrohungsrichtungen und deshalb auch für mehrere
gleichzeitige Angriffe aus verschiedenen Richtungen
wirksam ist.
Im Fall von IR-Scheinzielkörpern (natürlich läßt sich das
Prinzip der Erfindung auch für z. B. radargesteuerte Ziel
suchköpfe, schallgesteuerte Angriffskörper etc. verwenden)
läßt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein dreidi
mensionales Scheinziel durch das schnelle und fortwährende
gezielte Verschießen spezifischer pyrotechnischer Wirk
massen unter folgenden Grundprinzipien realisieren: Schuß
folge mit hoher Kadenz, z. B. mit mehr als drei Schuß/
Sek., kleines Kaliber, d. h. ca. 40 mm und kleiner (mög
liche Verwendung von Schnellfeuergranatwerfern), Verwen
dung von zwei oder noch mehr pyrotechnischen IR-Wirkmassen
mit unterschiedlicher, objektähnlicher spektraler Strah
lungscharakteristik, und schließlich Steuerung der Aus
bringung im einfachsten Fall manuell, besser jedoch durch
einen Rechner, wobei durch Einbeziehung der digitalen
Bildverarbeitung eines Wärmebildgerätes am Ort des
Verschusses das IR-Scheinziel gemäß einem vorgegebenen
Muster erzeugt und durch kontinuierliches Nachnähern an
pyrotechnischen Wirkmassen aufrechterhalten werden kann.
Durch sukzessive Verschiebung der Ausbringungsrichtung
kann eine Bewegung (Fahrt) des Scheinzieles bewirkt
werden, dies im Sinne der DE-OS 34 21 734.
Eine Schußfolge mit hoher Kadenz ist bei der Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung zweckmäßig, um durch
allmählich verlöschende und absinkende Wirkmassen sowie
durch Windabdrift entstehende Fehlstellen im IR-Muster
schnellstmöglich ausbessern und um bei Annäherung eines
IR-Zielsuchkopfes das Scheinziel möglichst schnell
aufbauen zu können. Für Schiffe ist eine Kadenz von 3
Schuß/Sek. angezeigt, um ein dreidimensionales Scheinziel
mit ca. 5 bis 7 IR-Wirkmassen in 2 Sekunden aufzubauen und
für den gewünschten Zeitraum aufrechtzuerhalten. Allgemein
gilt, daß die IR-Nachbildung des Objektes um so genauer
wird, je höher die Kadenz gewählt wird.
Kleine Kaliber (ca. 40 mm und kleiner) kommen deshalb zum
Einsatz, um die Form, die Fläche und die IR-Zielsignatur
möglichst detailgetreu erzeugen zu können. Zudem bieten
kleine Kaliber den Vorteil höherer möglicher Schußfolgen.
Allgemein gilt, daß die IR-Nachbildung des Objektes um so
genauer (Auflösung) wird, je kleiner das Kaliber ist.
Die Kalibergröße andererseits beschränkt die Zahl der
Wirkmassen (bzw. Positionen), aus der das Scheinziel
aufgebaut ist, durch deren Brenndauer. Es ist z. B. nicht
möglich, ein homogenes Scheinziel aufzubauen, wenn die
Wirkdauer (= Brennzeit) einer Position (= eine Wirkmasse =
ein Geschoß) etwa 3 Sek. beträgt, aufgrund der
festgegebenen Kadenz aber erst nach 4 Sek. nachgenährt
werden kann.
Für die nachfolgende Berechnung gilt:
(3) K: Kadenz in Schuß pro Sekunde
(4) B: Wirkdauer der Wirkmasse in Sekunden
(1) Z: Maximal mögliche Positionen (= Wirkmassen) des Scheinziels einer Schußfolge
(5) n: Schußfolge (n = 1 entspricht dem Aufbau des Scheinziels, n = 2 entspricht dem 1ten Nachnähren, n = 3 dem 2ten Nachnähren usw.)
(6) m: Positionskennzahl der Wirkmasse im Scheinziel
(2) tn,m: Zerlegungszeit der Wirkmasse auf Position m in der Schußfolge n nach der ersten Zerle gung
(7) A t: Zeit zwischen den Zerlegungen auf einer Position
(4) B: Wirkdauer der Wirkmasse in Sekunden
(1) Z: Maximal mögliche Positionen (= Wirkmassen) des Scheinziels einer Schußfolge
(5) n: Schußfolge (n = 1 entspricht dem Aufbau des Scheinziels, n = 2 entspricht dem 1ten Nachnähren, n = 3 dem 2ten Nachnähren usw.)
(6) m: Positionskennzahl der Wirkmasse im Scheinziel
(2) tn,m: Zerlegungszeit der Wirkmasse auf Position m in der Schußfolge n nach der ersten Zerle gung
(7) A t: Zeit zwischen den Zerlegungen auf einer Position
Für die maximale Zahl der Wirkmassen einer Schußfolge gilt
folgender Zusammenhang:
Für die Zerlegungszeit der Wirkmasse auf Position m in der
Schußfolge n nach der ersten Zerlegung wurde folgender Zu
sammenhang ermittelt:
für die Zeit zwischen den Zerlegungen auf einer Position
gilt:
gilt:
Die folgende Zeittabelle zeigt das Beispiel einer
Schußfolge:
Ferner ist zu beachten, daß ein Schiff (wie auch andere
Fahrzeuge) keine homogene Oberflächentemperatur hat, son
dern großflächige Zonen mit deutlichen Temperaturunter
schieden. Die am häufigsten auf dem Wärmebild erkennbaren
Temperaturzonen bilden bei einem Schiff, wie die Beispiele
gemäß Fig. 1 und 2 bzw. Fig. 4 und 5 ebenso wie die dem
Stand der Technik wiedergegebene Abbildung gemäß Fig. 3
zeigen, der solar aufgeheizte Rumpf (etwa 40 bis 60°C) und
der oder die heiße(n) Kamin(e) (ca. 100°C), welche soge
nannte "Hot Spots" bilden, wobei aufgrund ihrer höheren
Temperatur (entsprechend der Strahldichte) die Kamine
deutlich stärker hervortreten. Um eine originalgetreue IR-
Signatur zu erzeugen, können in diesem Fall zwei Arten von
Wirkmassen verschossen werden, die unterschiedliche
spektrale Eigenschaften aufweisen.
Zur räumlichen und spektralen Nachbildung des Schiffs
rumpfes wird eine Munition 1 (Wirkmasse 1) verwendet, die
nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert wird.
Wie Fig. 6 zeigt, liegt nach Planck′schem Strahlungsge
setz bzw. Wien′schem Verschiebungsgesetz das Strahlungs
maximum (λmax) für die spektrale Strahldichte (entsprechend
Temperatur) des Schiffsrumpfes in der Nähe von λmax = 10 µm.
Die Wirkmasse der Munition 1 sollte deshalb also eine
annähernd gleiche spektrale Strahldichte erzeugen.
Realisierbar ist dies durch ein Gemisch aus Phosphorgranu
lat (warmer Rauch) und kleinen Phosphorflares im Verhält
nis von ca. 80% (Granulat) und 20% (Flares). Dieses Ver
hältnis stellt einen Richtwert dar und kann auf die ver
schiedenen Schiffstypen (oder andere Fahrzeuge) angepaßt
werden. Die Zerlegungsgröße der Wirkmasse mit einem Durch
messer von 10 m und mehr (Abhängigkeit von Zerlegerladung
und Menge der Wirkmasse) erzeugt den dreidimensionalen
Scheinzielkörper und kann dem zu schützenden Objekt ange
paßt werden.
Zur räumlichen und spektralen Nachbildung der Hot Spots
(Kamine) dient eine Munition 2 (Wirkmasse 2), deren
Charakteristiken nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 7
erläutert werden.
Wie Fig. 7 zeigt, liegt das Strahlungsmaximum hierfür
laut Planckschem Strahlungsgesetz bzw. Wienschem
Verschiebungsgesetz für die spektrale Strahldichte eines
Kamines im Bereich von λmax = 7 µm.
Eine annähernd gleiche spektrale Strahldichte soll die
Wirkmasse der Munition 2 erzeugen.
Dies ist realisierbar durch die gleichen Substanzen wie in
der Munition 1, jedoch in einem veränderten Mischungsver
hältnis. Als Richtwert nimmt man hierfür ca. 75% kleinere
Flares mit 25% Phosphorgranulat. Die räumliche Ausdehnung
wird durch die Zerlegungsgröße der Wirkmasse (ø 10 m oder
mehr, abhängig von der Zerlegerladung und der Menge an
Wirkmasse) erzeugt und kann den Ausdehnungen des Objekts
angepaßt werden.
Für andere Objekte können auch mehrere Munitionsarten mit
variierenden Mischungsverhältnissen von Phosphorgranulat zu
Flares bzw. auch andere Wirkmassen (Zweifarb-Flares etc.)
eingesetzt werden.
Im einfachsten Fall werden die Munitionsarten gegurtet (d. h.
alle auf einem Munitionsgurt) von einem einzigen Werfer
aus abgefeuert, wobei hierbei eine vorher festgelegte
Munitionsreihenfolge eingehalten werden muß, z. B.
Möglich ist aber auch der Abschuß aus zwei oder mehreren
Werfern, wobei dann vorzugsweise ein Werfer nur eine Muni
tionsart ausbringt.
Die Steuerung der Ausbringung (Schußfolge, Schußrichtung)
übernimmt im günstigsten Fall eine Rechneranlage in Ver
bindung mit der digitalen Auswertung eines eigenen Wärme
bildgerätes. Entsprechend der Objektform und deren IR-Sig
natur erzeugt die Rechnersteuerung das Scheinzielmuster.
Anhand des Wärmebildes kontrolliert der Rechner selbstän
dig die Originaltreue und gleicht Fehlstellen im Muster
(durch Windabdrift oder Verlöschen der Wirkmassen) durch
gezieltes ständiges Nachnähren des Scheinzieles aus.
Die Kontrolle des Wärmebildes erfolgt pixelweise (=
kleinste Bildeinheit) über das ganze Wärmebild (z. B. Barr
& Stroud IR 18 : 512 Pixel, Bereich 8 . . . 13 µm), wobei
man jedes Pixel als quasi punktuelles Radiometer
betrachten kann.
Behandelt man das Wärmebild mit digitaler Bildverarbei
tung, so erhält man für jedes Pixel den dazugehörenden
Pixelindex (= Helligkeitswert). Dieser Index ist propor
tional zur Strahldichte des entsprechenden Bildausschnit
tes. Bezieht man die geometrischen Daten des Gesichtsfel
des des Wärmebildgerätes mit ein, so kann der Rechner aus
den Bildkoordinaten zusammen mit den dazugehörigen Bildin
dizes sowohl die Abschußkoordinaten als auch die Muni
tionsart für die nächsten Schußfolgen bestimmen, um die
optimale Übereinstimmung mit dem (gespeicherten) IR-
Schiffsmuster in Form und spektraler Signatur zu er
reichen.
Entsprechend der momentanen taktischen Lage setzt die
Rechnersteuerung das Scheinziel (im günstigsten Fall)
zwischen Objekt und IR-Zielsuchkopf in einem Abstand von
ca. 50 m bis 100 m vom Objekt. Durch sukzessives Verschie
ben des Nachnährens und durch die Fahrmanöver des Schiffes
erfolgt eine fortschreitende Separation von Scheinziel und
Schiff. Durch die erhöhte Strahlstärke des Scheinziels
gegenüber dem Schiff wird der IR-Zielsuchkopf vom Schiff
weggezogen.
Claims (10)
1. Verfahren zum Bereitstellen eines Objekts, wie ein Land-,
Luft- oder Wasserfahrzeug oder dergleichen, für einen ab
bildenden strahlungsempfindlichen Zielsuchkopf, wie IR-Such
kopf, simulierenden Scheinzielkörpers, bei dem räumlich ver
setzt bei ihrer Zerlegung jeweils einen Teil der Zielkontur
des Objektes durch Aussendung von Strahlung im Empfindlich
keitsbereich des abbildenden Zielsuchkopfes simulierende
Wirkmassen derart in die Position des zu erzeugenden Schein
zielkörpers gebracht und dort zerlegt werden, daß ein die
spektrale und räumliche Zielsignatur des Objektes für den
Zielsuchkopf simulierender dreidimensionaler Scheinziel
körper erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Wirkmassen
mit unterschiedlicher spektraler Strahlung derart in die
Position des zu erzeugenden Scheinzielkörpers gebracht und
dort zerlegt werden, daß der Scheinzielkörper die spektral
und räumlich differenzierte Zielsignatur des Objektes für
den Zielsuchkopf simuliert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wirkmassen derart zeitlich versetzt in die Position des
Scheinzielkörpers gebracht werden, daß der dreidimensionale
Scheinzielkörper für einen vorgebbaren Zeitraum im wesent
lichen kontinuierlich erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wirkmassen unter im wesentlich kontinuierlicher
Überwachung des Scheinzielkörpers rechnergesteuert positio
niert werden.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wirkmassen durch Schnellfeuerge
schosse positioniert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schnellfeuergeschosse aus einem einzigen Werfer abge
feuert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schnellfeuergeschosse aus mehreren Werfern abgefeuert
werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Schnellfeuergeschosse mit einer der
artigen Kadenz abgefeuert werden, daß im wesentlichen an
jedem vorgebbaren Wirkmassenort eine neue Wirkmasse spä
testens zu demjenigen Zeitpunkt zur Zerlegung kommt, zu dem
die vorherige Wirkmasse erlischt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß Schnellfeuergeschosse mit einem Kaliber
von höchstens 40 mm verwendet werden.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß für mit unterschiedlicher Attraktivität
für den Zielsuchkopf aufzubauende Bereiche des Scheinziel
körpers unterschiedliche Wirkmassen verwendet werden.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß Wirkmassen mit einer Zerlegungs
größe von mindestens 10 m verwendet werden.
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