EP1153259B1 - Zielerfassungsverfahren und vorrichtung - Google Patents

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EP1153259B1
EP1153259B1 EP00901566A EP00901566A EP1153259B1 EP 1153259 B1 EP1153259 B1 EP 1153259B1 EP 00901566 A EP00901566 A EP 00901566A EP 00901566 A EP00901566 A EP 00901566A EP 1153259 B1 EP1153259 B1 EP 1153259B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
target
sight
scanning beam
detection device
measurement
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00901566A
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English (en)
French (fr)
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EP1153259A1 (de
Inventor
Rolf Menne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dynamit Nobel AG
Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff und Systemtechnik
Original Assignee
Dynamit Nobel AG
Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff und Systemtechnik
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19922412A external-priority patent/DE19922412B4/de
Application filed by Dynamit Nobel AG, Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff und Systemtechnik filed Critical Dynamit Nobel AG
Publication of EP1153259A1 publication Critical patent/EP1153259A1/de
Application granted granted Critical
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/06—Aiming or laying means with rangefinder
    • F41G3/065—Structural association of sighting-devices with laser telemeters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/2226—Homing guidance systems comparing the observed data with stored target data, e.g. target configuration data
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/2253—Passive homing systems, i.e. comprising a receiver and do not requiring an active illumination of the target
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/2273—Homing guidance systems characterised by the type of waves
    • F41G7/2293—Homing guidance systems characterised by the type of waves using electromagnetic waves other than radio waves

Definitions

  • the invention relates to a target acquisition method and Target detection device, in particular for detecting the dimensions of moving targets.
  • Determining the distance, speed and distance can be used for target acquisition Dimensions of the target include. In military applications it is also interesting for aiming a weapon from the speed of the Target the required advance and the necessary from the distance of the target To calculate the increase so that a fired shot actually hits the target. The lead results from the target speed, the distance to the target as well as the floor flight time. The increase depends on the target distance and serves to compensate for the drop in height of the projectile along its length ballistic trajectory.
  • the targeting system can be from one Laser rangefinder and a gyro system as a stable reference for the determination of the target movement and a computer for processing the Sensor data and to display the results in the visor.
  • the laser range finder When aiming at a target, the laser range finder is activated then measures the distance to the target. At the same time the shooter leads the sight moving target after. So he always holds the crosshairs on the target.
  • the Computer determines from the swivel movement of the sighting device with the help of Rotation rate of the gyro system, the distance of the Laser distance measuring and taking into account stored Ballistic data the lateral reserve and the required increase. As The result shows a point in the sight that the shooter aims at Cover should be brought. After that, the weapon is in reserve and raised aligned and can be fired.
  • Gyro system must sense very small angular sizes caused by the Tracking of the shooter arise.
  • Video systems are in use, one of which Video camera captured the target using a calculator Image processing algorithms gain information about the target and this Displays information to the shooter via a video display.
  • Video cameras captured the target using a calculator Image processing algorithms gain information about the target and this Displays information to the shooter via a video display.
  • US Patent US-A-5,194,908 describes a targeting method for a targeting device with a visor and a tactile beam. The sight is on the target aligned and the edges of the target are captured.
  • the invention has for its object to provide a target acquisition system To capture the dimensions of the target, which is simple.
  • the target acquisition method provides with a Rangefinder, which has a deflectable scanning beam, the target scan, the result of the rangefinder to the Outer edges of the target has a jump in distance, based on which the Dimensions of the target are recognized.
  • This method has the advantage that the target acquisition device remains stationary during the target acquisition and the Scanning movement takes place by deflecting the scanning beam of the range finder. The process can be done accurately and safely without the need for a gyro system or a Video surveillance is required, the distance and the dimensions of the Target are recognized.
  • the target speed can also be determined, since the scanning beam of the rangefinder with the Scan movements is tracked to the target, so that the time change of the Location of the destination is known.
  • the the detection area sweeping scanning movement of the scanning beam of the range finder is sufficient to determine the target speed completely. This enables a lot accurate measurements because a target acquisition system or a coupled one Weapon can be held stationary much more precisely than defined become.
  • the measurement is successful, a measuring point is placed in the sight faded in, which lies in the representation of the target Measurement point, the quality of the measurement can be checked immediately. at for example, the point can be shown flashing if the measurements are not clean become. If it disappears, there is no plausible measurement result.
  • Is a valid measuring point shown in the visor i.e. that the goal distance and the dimensions of the target have been detected, that of the The necessary increase of the weapon as well as that of the Lateral lead dependent target speed can be determined and a Increase and the target-taking into account target point calculated in the visor is displayed.
  • the target point can be aligned with the target be so that the weapon in a direction above and in the direction of travel shows the target. If a shot is triggered now, it hits with high Probability the goal.
  • This method is special for a shooter advantageous because he uses the weapon with the targeting system during the measurement initially does not have to move and the measured values based on the measuring point can control. Then, for example at the touch of a button Shooters are given a corrected target point in the same visor, which he now has to swing with the weapon towards the target. Does he have the target point in If the target is covered, the shot can be released.
  • the measuring point is hidden when the target point is shown becomes. This helps the shooter to measure the measurement mode clearly from the target mode delimit and also simplifies the structure of the target acquisition system, because then it only has to be able to point a single point display.
  • the scanning movement of the scanning beam of the Distance knife broken behind the detected edges of the target, i.e. the scanning direction is reversed so that the scanning beam is again over the target to be led.
  • the range of coverage of the rangefinder is therefore from the maximum size covering the entire field of sight to a target covering size down. This has the advantage of being able to scan can be done much faster, resulting in more current and reliable measured values leads. Changes to the target, such as in speed be discovered faster.
  • the target detection device contains a Range finder with a transmitting part that emits a scanning beam and a receiving part for receiving the reflected scanning beam.
  • the broadcasting section has a transmitter and a movable scanning beam device, like a mirror for Deflect the scanning beam.
  • the scanning beam device directs the scanning beam stationary visor within the detection range of the visor.
  • a Control unit recognizes from those occurring at the edges of the target Jumps in distance of the reflected scanning beam the dimensions of the target. Of course, the target distance is also recorded. Based on temporal change in the location of the target, which by the edges exactly is determined, the control unit can also determine the target speed.
  • the control unit can also determine the target speed.
  • the target detection device preferably also has a visor, which has a transparent display plate in the beam path and a Light source, the light signal on the moving mirror on the Display plate is deflectable.
  • Has the control unit the dimensions of the It controls the target, the target distance and / or the speed Light source and / or the movable mirror to measure and / or To project target information onto the transparent display plate so that this information is displayed on the visor. This enables the Operator of the target acquisition device an immediate control of the measured values as well as a direct overview of the target information.
  • a so-called video visor can also be used become.
  • a camera takes the distance-adapted is, i.e. can enlarge or reduce the recorded image area, a Representation of the goal.
  • the image is displayed on a monitor shown. In this monitor, additional measurement and target data or information relating to the target detection device is displayed.
  • the measurement information can be shown in the sight display of the target Measuring point be what an immediate detection of the correctness of the measurement allows.
  • the target information can be a target point that is around the one from the target distance calculated increase and the lead dependent on the target speed is corrected. If this point is now brought to the target by a shooter, hits a shot to be triggered with high probability the target.
  • the control unit preferably changes after each detected Distance jump caused by the edges of the target, the Scanning direction of the scanning beam of the range finder, so that the target is always in the detection area of the Rangefinder. This eliminates the time consuming scanning of the area of no interest for this target between the edges of the target and the visor rim prevented.
  • FIGS The target acquisition according to the invention is first described with reference to FIGS explained.
  • the visor representation 1 of a target 2 is shown.
  • the Visor display 1 is a crosshair consisting of a Crosshair horizontal line 3 and a crosshair vertical line 4 are shown.
  • the targeting device In front Activation of the targeting device directs the shooter to the zero point of the Crosshair on target 2. It is important that the Crosshair horizontal line 3 in a middle one as clearly as possible Area of the target 2 is because the target detection device along the Crosshair horizontal line 3 scans the sighting area.
  • the target detection device is in the so-called Measuring mode, which is activated as soon as the shooter presses a measuring key.
  • the Measuring mode the target distance is first determined.
  • the Rangefinder which for example as a laser rangefinder is initially operated in a conventional manner, i.e. his tactile beam is led and reflected on target 2 without distraction, taking from the runtime and / or phase shifts of the scanning beam calculate the target distance becomes.
  • the scanning beam of the Rangefinder the sighting area along the crosshair horizontal line 3 to scan in scanning movements. This is indicated by the dashed line Line indicated on target 2. This dashed line is actual Visor display not visible.
  • the scanning beam of the range finder moves to Example to the right until it is the rear edge 2a of this illustration target 2 moving to the left.
  • the target detection device sets Distance jump of the probe beam fixed, since the probe beam is no longer from the target 2, but is reflected by objects behind it and thus has a longer term.
  • the scanning beam is now directed in the left direction, i.e. on target 2 pivoted back. As soon as a jump in distance can be seen in the scanning beam is and the distance approximately corresponds to the target distance, it is determined that again target 2 is captured.
  • the probe beam continues to the left until it Arrived at the front edge 2b of the target 2 and also there Range jump occurs, causing the targeting device to also Front edge 2b of target 2 knows.
  • the length of target 2 is determined by forming the difference between the two edge positions. To When the front edge 2b is reached, the scanning direction is reversed again, so that the scanning beam in turn runs towards the rear edge 2a. This the goal 2 in both Scanning across directions will then continue.
  • a measuring point 5 will be in the center of the target 2 in the sight display 1 appears.
  • This measuring point 5 shows the shooter that the target 2 with a stable measurement has been detected. He can also by the location of the Check measuring point 5 for plausibility, as measuring point 5 should always be in the middle of goal 2.
  • the shooter does not have to use the aiming device track goal 2.
  • the tracking is done by shifting the Range of coverage of the rangefinder during the scanning process.
  • the Amount of the distance jump from which the target detection device detects that an edge of the target is reached is adjustable and should be in the Order of magnitude of the width of the target, for example in the case of a tank 2 up to 3 m. This prevents a map from appearing on targets with a jagged structure is recognized as a border in the middle of the target.
  • the Visor representation 1 of the target mode is shown in FIG. 3.
  • the shooter still has the targeting device and weapon in target mode not moved, so that the target 2 in the visor display 1 continues to move left has moved.
  • the measuring point is no longer shown on target 2. Instead, a target point 6 is shown in the visor display 1.
  • the Target point 6 is below the target and to the right of it, i.e. against the Direction of travel of the target 2.
  • the target point 6 is already about the increase and the corrected lateral lead. The increase depends on the target distance and necessary to compensate for the ballistic drop of the projectile.
  • the Lateral lead depends on the target distance, the target speed and the Flight speed of the projectile.
  • the airspeed is in the Target acquisition device is stored and the target distance becomes as above described, constantly measured.
  • the target speed is derived from the time Change in location of target 2 calculated.
  • Goal 2 can either be defined by its rear edge 2a or its front edge 2b, better it is, however, the center of the target calculated from these two values 2 to be used, which is identical to measuring point 5, since then smaller Compensate for inaccuracies in edge determination.
  • the visor display 1 As soon as the target point 6 is shown in the visor display 1, the moves Protect the targeting device with the weapon to the left and upwards until target point 6 is aligned with target 2.
  • the Sagittarius now aims at a position above and in the direction of travel in front of the Target 2. If he now fires a shot, it is very likely to be unless the target 2 abruptly changes its speed or Direction.
  • the crosshair is in those shown in Figures 3 and 4 Visor representations 1 of the target mode of the target detection device without Importance. In this mode, only target point 6 is important, that with target 2 Coverage must be brought.
  • the Target distance and target speed in the sight display 1 be displayed.
  • the visor representations 1 in FIGS. 1 to 4 show one optical visor. It is also possible to use a so-called video visor use, in which a video camera records the target image, which on a Video monitor is output. Between the recording and the output image processing steps can also be carried out.
  • a bazooka 7 is shown schematically in FIG. This consists of a tube 8 in which a projectile 9 with an external warhead is arranged. At the top of the tube 8 is the target detection device 10 attached. At the bottom of the tube 8 is a shoulder rest 11, a Handle 12 with trigger 13 for one hand and a handle 14 for the other Hand of the shooter arranged. On the handle 14 is the Measuring switch with which the target detection device 10 in the measuring mode and the target switch 16 with which the target detection device 10 is brought into the target mode.
  • the target detection device On the side facing away from floor 9, the target detection device has 10 an eyepiece 17 through which the shooter can see through.
  • Figure 6 is the front of the target detection device opposite the eyepiece 17 10 shown.
  • the distance measuring part 22 is shown in more detail in FIG.
  • a transmitter 24 e.g. in Shape of a laser diode.
  • the transmitter 24 is on the front of the Target detection device 10 and arranged above the transmitter opening 20.
  • On The rear of the distance measuring part 22 is a scanning beam mirror 25 arranged, the transmitter 24 is oriented such that the of him radiated scanning beam 26 hits the scanning beam mirror 25, is deflected there and through the transmission opening 20, in which a lens arrangement is present can be, the target detection device 10 in the direction of the target 2 leaves.
  • the Scanning beam 26 then strikes target 2 and runs from it as a reflected one Scanning beam 27 returns to the target detection device 10 and passes through the Receiving opening 21, in which a lens combination can be arranged, into the receiving part 28 of the distance measuring part 22. In the receiving part 28 the distance of the target 2 certainly.
  • the target distance is a from the receiving part 28 Control unit 29 issued.
  • the control unit 29 can use the distance jumps in the distance signal, which occur at the end edges of the target 2, both the dimensions and also calculate the speed of target 2. This was already in Connection in connection with Figures 2 and 3 explained.
  • the control unit 29 controls the according to these results Scanning beam mirror 25, which is movable, so that the scanning beam 26 along makes a scanning movement on a line.
  • the details of this Scanning movements have been explained in connection with FIG. 2.
  • Such a mirror 25 is shown in FIG.
  • This mirror is a Semiconductor mirror and has a reflective surface 30 the size of some Square millimeter.
  • the mirror surface 30 is in a frame 31 with four Connections 32 gimbaled. Below the mirror surface 30 5 there is a free space so that the mirror surface 30 can be moved.
  • This mirror is made from a semiconductor piece, for example as Silicon, into which the free areas, i.e. those areas between the Mirror surface 30 and the gimbals 32 and the area removed below the mirror surface 30, for example by etching processes have been.
  • On the surface 33 located under the mirror surface 30 there are four electrically polarizable surfaces 34, to which a voltage can be created.
  • the mirror surface 30 moves after Capacitor principle, since it is also electrically conductive. Thus through Varying the voltages applied to the individual surfaces 34 Mirror surface 30 are moved so that the scanning beam 26 Scanning area covered in a scanning movement.
  • the eyepiece 17 is shown with a dashed line Beam path 35 connected to the output opening 18.
  • in the Exit opening 18 can be arranged a lens combination, as well in the eyepiece 17.
  • Fixed in the beam path 35 is a transparent one Display plate 36 arranged, which consists for example of glass.
  • the Optical part 19 also has a light source 37, which, for example, as Laser diode is executed.
  • the light source 37 is on a light signal mirror 38 aligned.
  • the light signal mirror 38 corresponds to that shown in FIG. 9 movable mirror 25.
  • the deflected from the light signal mirror 38 Light signal 39 is directed to the display plate 36 and from it reflected so that it serves as a point of light for the person looking through the eyepiece 17 Protect is visible. In this way, as explained with reference to FIGS. 2 to 4, Show the measuring point 5 and the target point 6 in the visor display 1.
  • the Light signal mirror 38 is controlled by the control unit 29.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Zielerfassungsverfahren und eine Zielerfassungsvorrichtung, insbesondere zum Erfassen der Abmessungen von sich bewegenden Zielen.
Zur Zielerfassung kann das Bestimmen der Entfernung, Geschwindigkeit und der Abmessungen des Zieles gehören. Bei militärischen Anwendungen ist es außerdem interessant zum Ausrichten einer Waffe aus der Geschwindigkeit des Zieles den benötigen Vorhalt und aus der Entfernung des Zieles die nötige Erhöhung zu berechnen, so daß ein abgefeuerter Schuß tatsächlich das Ziel trifft. Der Vorhalt ergibt sich aus der Zielgeschwindigkeit, der Entfernung zum Ziel sowie der Geschoßflugzeit. Die Erhöhung hängt von der Zielentfernung ab und dient zum Ausgleichen des Höhenabfalles des Geschosses entlang seiner ballistischen Flugbahn.
Bei Handfeuerwaffen, beispielsweise einer sogenannten Panzerfaust zur Bekämpfung von Panzern, kann das Zielerfassungssystem aus einem Laserentfernungsmesser und einem Kreiselsystem als stabile Bezugsreferenz für die Ermittlung der Zielbewegung sowie einem Rechner zur Verarbeitung der Sensordaten und zur Einblendung der Ergebnisse in das Visier bestehen.
Beim Anvisieren eines Zieles wird der Laserentfernungsmesser aktiviert, der dann die Entfernung zum Ziel mißt. Gleichzeitig führt der Schütze das Visier dem sich bewegenden Ziel nach. Er hält also immer das Fadenkreuz auf das Ziel. Der Rechner ermittelt aus der Schwenkbewegung der Visiereinrichtung mit Hilfe der Drehratenangabe des Kreiselsystems, der Entfernungsangabe des Laserentfemungsmessers und unter Berücksichtigung von gespeicherten Ballistikdaten den seitlichen Vorhalt sowie die erforderliche Erhöhung. Als Ergebnis wird im Visier ein Punkt dargestellt, der vom Schützen mit dem Ziel in Deckung gebracht werden soll. Danach ist die Waffe in Vorhalt und Erhöhung ausgerichtet und kann abgefeuert werden. Problematisch ist, daß das Kreiselsystem sehr kleine Winkelgrößen sensieren muß, die durch die Nachführung des Schützen entstehen. Diese Meßwerte müssen von der nicht homogen ablaufenden Körperbewegung und unbeabsichtigten Bewegungen, wie zum Beispiel das Verrutschen von Kleidung getrennt werden. Dies führt zu relativ ungenauen Messungen. Außerdem erhält der Schütze keine Angaben über die Qualität der Messung. Abmessungen des Zieles können mit diesem System überhaupt nicht erfaßt werden.
Desweiteren befinden sich Videosysteme im Einsatz, bei denen eine Videokamera das Ziel erfaßt, ein Rechner mit Hilfe von Bildverarbeitungsalgorithmen Informationen über das Ziel gewinnt und diese Informationen über ein Videodisplay dem Schützen anzeigt. Diese Systeme haben den Nachteil, daß sie sehr aufwendig und teuer sind und zudem sehr viel Raum benötigen, was bei Handfeuerwaffen überaus nachteilig ist.
US-Patent US-A-5,194,908 beschreibt ein Zielerfassungsverfahren für eine Zielerfassungsvorrichtung mit einem Visier und einem Taststrahl. Das Visier wird auf das Ziel ausgerichtet und die Kanten des Ziels werden erfaßt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zielerfassungssystem zur Erfassung der Abmessungen des Zieles zu schaffen, das einfach aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3 gelöst.
Das erfindungsgemäße Zielerfassungsverfahren sieht vor, mit einem Entfernungsmesser, der einen ablenkbaren Taststrahl aufweist, das Ziel abzuscannen, wobei das Meßergebnis des Entfernungsmessers an den Außenkanten des Zieles einen Entfernungsprung aufweist, anhand dessen die Abmessungen des Zieles erkannt werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Zielerfassungsvorrichtung bei der Zielerfassung ortsfest verbleibt und die Scanbewegung durch Ablenken des Taststrahls des Entfernungsmessers erfolgt. Mit dem Verfahren kann genau und sicher, ohne daß ein Kreiselsystem oder eine Video überwachung benötigt wird, die Entfernung und die Abmessungen des Zieles erkannt werden. Darüberhinaus kann auch die Zielgeschwindigkeit festgestellt werden, da der Taststrahl des Entfernungsmessers mit den Scanbewegungen dem Ziel nachgeführt wird, so daß die zeitliche Änderung des Ortes des Ziels bekannt ist. Auch bei dieser Messung ist es nicht notwendig, die Zielerfassungsvorrichtung zu bewegen. Die den Erfassungsbereich überstreichende Scanbewegung des Taststrahls des Entfernungsmessers reicht zur Bestimmung der Zielgeschwindigkeit vollkommen aus. Dies ermöglicht sehr genaue Messungen, da ein Zielerfassungssystem bzw. eine damit gekoppelte Waffe viel genauer ortsfest gehalten werden kann als definiert geschwenkt zu werden.
Bei erfolgreicher Messung wird ein Meßpunkt in das Visier eingeblendet, der in der Darstellung des Zieles liegt Mit der Einblendung dieses Meßpunktes ist eine sofortige Kontrolle der Qualität der Messung möglich. Bei unsauberen Messungen kann der Punkt zum Beispiel blinkend dargestellt werden. Wenn er verschwindet liegt kein plausibles Meßergebnis vor.
Ist ein gültiger Meßpunkt in das Visier eingeblendet, d.h. daß die Zielentfemung und die Abmessungen des Zieles erfaßt worden sind, kann die von der Zielentfernung abhängende notwendige Erhöhung der Waffe sowie der von der Zielgeschwindigkeit abhängende seitliche Vorhalt ermittelt werden und ein die Erhöhung und den Vorhalt berücksichtigender Zielpunkt errechnet werden, der in das Visier eingeblendet wird. Nun kann der Zielpunkt auf das Ziel ausgerichtet werden, so daß die Waffe in eine Richtung oberhalb und in Fahrtrichtung vor dem Ziel zeigt. Wird jetzt ein Schuß ausgelöst, trifft er mit hoher Wahrscheinlichkeit das Ziel. Dieses Verfahren ist für einen Schützen besonders vorteilhaft, da er während der Messung die Waffe mit dem Zielerfassungssystem zunächst nicht bewegen muß und er die Meßwerte anhand des Meßpunktes kontrollieren kann. Anschließend, zum Beispiel auf einen Tastendruck des Schützen wird ihm in dem gleichen Visier ein korrigierter Zielpunkt vorgegeben, den er nun samt Waffe auf das Ziel zu schwenken hat. Hat er den Zielpunkt in Überdeckung mit dem Ziel gebracht, kann der Schuß gelöst werden.
Erfindungsgemäß wird der Meßpunkt ausgeblendet, wenn der Zielpunkt eingeblendet wird. Dies hilft dem Schützen den Meßmodus eindeutig vom Zielmodus abzugrenzen und vereinfacht außerdem den Aufbau des Zielerfassungssystems, da es dann nur in der Lage sein muß, einen einzigen Punkt in das Visier einzublenden.
Vorteilhafterweise wird die Scanbewegung des Taststrahls des Entfemungsmessers hinter den erkannten Kanten des Zieles abgebrochen, d.h. die Scanrichtung wird umgekehrt, so daß der Taststrahl wieder über das Ziel geführt wird. Der Erfassungsbereich des Entfernungsmessers wird also von der das gesamte Visierfeld abdeckenden Maximalgröße auf eine das Ziel abdeckende Größe heruntergesetzt. Dies hat den Vorteil, daß das Scannen wesentlich schneller erfolgen kann, was zu aktuelleren und sicheren Meßwerten führt. So können Änderungen des Zieles, wie z.B. in der Geschwindigkeit schneller entdeckt werden.
Die erfindungsgemäße Zielerfassungsvorrichtung enthält einen Entfernungsmesser mit einem Sendeteil, das einen Taststrahl aussendet und einem Empfangsteil zum Empfangen des reflektierten Taststrahls. Der Sendeteil hat einen Sender und eine bewegliche Taststrahlvorrichtung, wie ein Spiegel zum Ablenken des Taststrahls. Die Taststrahlvorrichtung lenkt den Taststrahl bei unbewegtem Visier innerhalb des Erfassungsbereichs des Visiers ab. Eine Steuereinheit erkennt anhand der an den Kanten des Ziels auftretenden Entfernungssprünge des reflektierten Taststrahls die Abmessungen des Ziel. Selbstverständlich wird dabei auch die Zielentfernung erfaßt. Anhand der zeitlichen Änderung des Orts des Zieles, welches durch die Kanten genau bestimmt ist, kann die Steuereinheit außerdem die Zielgeschwindigkeit ermitteln. Somit können mit sehr wenigen Komponenten, nämlich einem Entfernungsmesser und einem beweglichen Spiegel zum Ablenken des Taststrahls die Entfernung, die Geschwindigkeit sowie die Abmessungen des Ziels erfaßt werden und zwar ohne daß die Zielerfassungsvorrichtung dem Ziel nachbewegt werden muß.
Vorzugsweise weist die Zielerfassungsvorrichtung außerdem ein Visier auf, welches im Strahlengang eine transparente Darstellungsplatte aufweist und eine Lichtquelle, deren Lichtsignal über einen beweglichen Spiegel auf die Darstellungsplatte ablenkbar ist. Hat die Steuereinheit die Abmessungen des Zieles, die Zielentfernung und/oder die Geschwindigkeit ermittelt, steuert sie die Lichtquelle und/oder den beweglichen Spiegel, um Meß- und/oder Zielinformationen auf die transparente Darstellungsplatte zu projizieren, so daß diese Informationen in das Visier eingeblendet werden. Dies ermöglicht dem Bediener der Zielerfassungsvorrichtung eine sofortige Kontrolle der Meßwerte sowie die direkte Übersicht der Zielinformationen.
Neben einem optischen Visier kann auch ein sogenanntes Videovisier verwendet werden. Bei einem derartigen Visier nimmt eine Kamera die entfemungsangepaßt ist, also den aufgenommenen Bildbereich vergrößern oder verkleinern kann, eine Darstellung des Zieles auf. Für den Bediener wird das Abbild auf einem Monitor dargestellt. In diesem Monitor können zusätzlich Meß- und Zieldaten oder auch die Zielerfassungsvorrichtung betreffende Informationen eingeblendet werden.
Die Meßinformation kann ein in der Visierdarstellung des Ziels abgebildeter Meßpunkt sein, was ein sofortiges Erfassen der Richtigkeit der Messung ermöglicht.
Die Zielinformation kann ein Zielpunkt sein, der um die aus der Zielentfernung berechnete Erhöhung und den von der Zielgeschwindigkeit abhängenden Vorhalt korrigiert ist. Wird dieser Punkt von einem Schützen nun auf das Ziel geführt, trifft ein auszulösender Schuß mit hoher Wahrscheinlichkeit das Ziel.
Vorzugsweise wechselt die Steuereinheit nach jedem festgestellten Entfernungssprung, der durch die Kanten des Ziels hervorgerufen worden ist,die Scanrichtung des Taststrahls des Entfernungsmessers, so daß sich das Ziel stets im von dem Taststrahl überstrichenen Erfassungsbereich des Entfernungsmessers befindet. Dadurch wird das zeitaufwendige Abscannen des für dieses Ziel uninteressanten Bereiches zwischen den Kanten des Zieles und dem Visierrand unterbunden.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
die Visierdarstellung der auf ein Ziel ausgerichteten Zielerfassungsvorrichtung, wobei diese noch nicht aktiviert ist,
Fig. 2
die Visierdarstellung im Meßmodus mit eingeblendetem Meßpunkt,
Fig. 3
die Visierdarstellung im Zielmodus mit eingeblendetem Zielpunkt,
Fig. 4
die Visierdarstellung im Zielmodus, wobei der Zielpunkt mit dem Ziel in Überdeckung gebracht worden ist,
Fig. 5
eine schematische Darstellung einer Panzerfaust mit einer Zielerfassungsvorrichtung,
Fig. 6
die Vorderansicht der Zielerfassungsvorrichtung gemäß dem Pfeil VI in Fig. 5,
Fig. 7
eine Schnittdarstellung gemäß der Linie VII-VII aus Fig. 6, in der der Entfernungsmesserteil der Zielerfassungsvorrichtung gezeigt ist,
Fig. 8
eine Schnittdarstellung gemäß der Linie VIII-VIII in Fig. 6, in der das Visier der Zielerfassungsvorrichtung gezeigt ist, und
Fig. 9
die Draufsicht auf den Spiegel, wie er im Visier und im Entfernungsmesser verwendet wird.
Anhand der Figuren 1 bis 4 wird zunächst die erfindungsgemäße Zielerfassung erläutert. In Figur 1 ist die Visierdarstellung 1 eines Zieles 2 gezeigt. In der Visierdarstellung 1 ist ein Fadenkreuz, bestehend aus einer Fadenkreuzhorizontallinie 3 und einer Fadenkreuzvertikallinie 4 gezeigt. Vor Aktivierung der Zielerfassungsvorrichtung richtet der Schütze den Nullpunkt des Fadenkreuzes auf das Ziel 2 aus. Wichtig ist dabei, daß die Fadenkreuzhorizontallinie 3 in einen mittleren möglichst gut zu erkennenden Bereich des Zieles 2 liegt, da die Zielerfassungsvorrichtung entlang der Fadenkreuzhorizontallinie 3 den Visierbereich abscannt.
In Figur 2 befindet sich die Zielerfassungsvorrichtung im sogenannten Meßmodus, der aktiviert wird, sobald der Schütze eine Meßtaste drückt. Im Meßmodus wird zunächst die Zielentfernung bestimmt. Dazu wird der Entfernungsmesser, welcher zum Beispiel als Laserentfernungsmesser ausgebildet ist, zunächst auf konventionelle Art betrieben, d.h. sein Taststrahl wird ohne Ablenkung auf das Ziel 2 geführt und reflektiert, wobei aus der Laufzeit und/oder Phasenverschiebungen des Taststrahls die Zielentfernung berechnet wird. Sobald die Zielentfemung bekannt ist, fängt der Taststrahl des Entfernungsmessers an, den Visierbereich entlang der Fadenkreuzhorizontallinie 3 in scannenden Bewegungen zu überstreichen. Dies ist durch die gestrichelte Linie auf dem Ziel 2 angedeutet. Diese gestrichelte Linie ist in der tatsächlichen Visierdarstellung nicht sichtbar.
Ausgehend vom Ziel 2 bewegt sich der Taststrahl des Entfernungsmessers zum Beispiel nach rechts bis es die Hinterkante 2a des sich in dieser Darstellung nach links bewegenden Zieles 2 überschreitet. Sobald die Hinterkante 2a des Zieles 2 überschritten ist, stellt die Zielerfassungsvorrichtung einen Entfernungssprung des Taststrahles fest, da der Taststrahl nun nicht mehr von dem Ziel 2, sondern von dahinterliegenden Gegenständen reflektiert wird und somit eine längere Laufzeit aufweist.
Daraufhin wird der Taststrahl nunmehr in die linke Richtung, also auf das Ziel 2 zurück geschwenkt. Sobald ein Entfernungssprung in dem Taststrahl erkennbar ist und die Entfernung in etwa der Zielentfernung entspricht, wird festgestellt, daß wieder das Ziel 2 erfaßt ist. Der Taststrahl wird weiter nach links geführt, bis es an der Vorderkante 2b des Zieles 2 angelangt und dort ebenfalls ein Entfernungssprung auftritt, wodurch die Zielerfassungsvorrichtung auch die Vorderkante 2b des Zieles 2 kennt. Nun wird die Länge des Zieles 2 bestimmt, indem die Differenz zwischen den beiden Kantenpositionen gebildet wird. Nach Erreichen der Vorderkante 2b wird die Scanrichtung wieder umgekehrt, so daß der Taststrahl wiederum auf die Hinterkante 2a zuläuft. Dieses das Ziel 2 in beide Richtungen überstreichende Abscannen wird dann fortgesetzt.
Ist die Hinterkante 2a und die Vorderkante 2b des Zieles 2 sicher identifiziert, dies kann zum Beispiel nach einigen Messungen mit demselben Ergebnis der Fall sein, wird ein Meßpunkt 5 in die Mitte des Zieles 2 in die Visierdarstellung 1 eingeblendet. Dieser Meßpunkt 5 zeigt dem Schützen an, daß das Ziel 2 mit einer stabilen Messung erfaßt worden ist. Außerdem kann er durch die Lage des Meßpunktes 5 die Messung auf Plausibilität überprüfen, da der Meßpunkt 5 immer in der Mitte des Zieles 2 liegen sollte.
Während dieser Meßphase muß der Schütze die Zielerfassungsvorrichtung nicht dem Ziel 2 nachführen. Das Nachführen geschieht durch die Verschiebung des Erfassungsbereiches des Entfernungsmessers während des Scanvorganges. Der Betrag des Entfernungssprunges, ab dem die Zielerfassungsvorrichtung erkennt, daß eine Kante des Ziels erreicht ist, ist einstellbar und sollte in der Größenordnung der Breite des Zieles liegen, beispielsweise bei einem Panzer 2 bis 3 m. So wird vermieden, daß bei Zielen mit zerklüfteter Struktur eine Karte mitten im Ziel als Begrenzungskante erkannt wird.
Ist der Schütze sicher, daß das Ziel 2 ausreichend erfaßt worden ist, kann er einen Zielschalter betätigen, um in den Zielmodus zu wechseln. Die Visierdarstellung 1 des Zielmodus ist in Fig. 3 dargestellt. Zu Beginn des Zielmodus hat der Schütze die Zielerfassungsvorrichtung samt Waffe immer noch nicht bewegt, so daß in der Visierdarstellung 1 das Ziel 2 sich noch weiter nach links bewegt hat. Der Meßpunkt ist nun nicht mehr auf dem Ziel 2 eingeblendet. Stattdessen ist ein Zielpunkt 6 in die Visierdarstellung 1 eingeblendet. Der Zielpunkt 6 liegt unterhalb des Zieles und rechts davon, also entgegen der Fahrtrichtung des Zieles 2. Der Zielpunkt 6 ist bereits um die Erhöhung und den seitlichen Vorhalt korrigiert. Die Erhöhung ist abhängig von der Zielentfemung und notwendig, um das ballistische Abfallen des Geschosses auszugleichen. Der seitliche Vorhalt hängt von der Zielentfernung, der Zielgeschwindigkeit und der Fluggeschwindigkeit des Geschosses ab. Die Fluggeschwindigkeit ist in der Zielerfassungsvorrichtung gespeichert und die Zielentfernung wird, wie oben geschildert, ständig gemessen. Die Zielgeschwindigkeit wird aus der zeitlichen Änderung des Ortes des Zieles 2 berechnet. Das Ziel 2 kann dadurch entweder durch seine Hinterkante 2a oder seine Vorderkante 2b definiert werden, besser ist es jedoch, den aus diesen beiden Werten berechneten Mittelpunkt des Zieles 2 zu benutzen, der identisch mit dem Meßpunkt 5 ist, da sich dann kleinere Ungenauigkeiten in der Kantenbestimmung ausgleichen.
Sobald der Zielpunkt 6 in der Visierdarstellung 1 eingeblendet ist, bewegt der Schütze die Zielerfassungsvorrichtung samt der Waffe nach links und nach oben bis der Zielpunkt 6 in Überdeckung mit dem Ziel 2 gebracht ist. Der Schütze zielt nun also auf eine Position oberhalb und in Fahrtrichtung vor dem Ziel 2. Löst er nun einen Schuß aus, wird dieser mit hoher Wahrscheinlichkeit treffen, es sei denn, das Ziel 2 ändert abrupt seine Geschwindigkeit oder Richtung. Das Fadenkreuz ist bei den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Visierdarstellungen 1 des Zielmodus der Zielerfassungsvorrichtung ohne Bedeutung. In diesem Modus ist nur der Zielpunkt 6 wichtig, der mit dem Ziel 2 Überdeckung gebracht werden muß.
Zusätzlich zu dem Meßpunkt 5 oder dem Zielpunkt 6 können auch die Zielentfernung und die Zielgeschwindigkeit in die Visierdarsteflung 1 eingeblendet werden. Die Visierdarstellungen 1 in den Figuren 1 bis 4 zeigen ein optisches Visier. Ebenso ist es aber möglich, ein sogenanntes Videovisier zu benutzen, bei dem eine Videokamera das Zielbild aufnimmt, welches auf einem Videomonitor ausgegeben wird. Zwischen der Aufnahme und der Ausgabe können auch Bildverarbeitungsschritte durchgeführt werden.
In Figur 5 ist schematisch eine Panzerfaust 7 dargestellt. Diese besteht aus einem Rohr 8, in welchem ein Geschoß 9 mit außenliegendem Gefechtskopf angeordnet ist. An der Oberseite des Rohres 8 ist die Zielerfassungsvorrichtung 10 befestigt. An der Unterseite des Rohres 8 ist eine Schulterstütze 11, ein Handgriff 12 mit Abzug 13 für die eine Hand sowie ein Handgriff 14 für die andere Hand des Schützen angeordnet. Auf dem Handgriff 14 befindet sich der Meßschalter, mit dem die Zielerfassungsvorrichtung 10 in den Meßmodus gebracht wird, und der Zielschalter 16, mit dem die Zielerfassungsvorrichtung 10 in den Zielmodus gebracht wird.
An der dem Geschoß 9 abgewandten Seite weist die Zielerfassungsvorrichtung 10 ein Okular 17 auf, durch das der Schütze hindurchsehen kann. In Figur 6 ist die dem Okular 17 gegenüberliegende Vorderseite der Zielerfassungsvorrichtung 10 dargestellt. Dort befindet sich eine Ausgangsöffnung 18 für das Visier 19 der Zielerfassungsvorrichtung 10 sowie eine Sendeöffnung 20 und eine Empfangsöffnung 21 eines Entfernungsmessungsteils 22 der Zielerfassungsvorrichtung 10.
In Figur 8 ist der Entfernungsmessungsteil 22 detaillierter gezeigt. In einem Sendeteil 23 des Entfernungsmessungsteil 22 befindet sich ein Sender 24, z.B. in Form einer Laserdiode. Der Sender 24 ist an der Vorderseite der Zielerfassungsvorrichtung 10 und oberhalb der Senderöffnung 20 angeordnet. An der Hinterseite des Entfernungsmessungsteiles 22 ist ein Taststrahlspiegel 25 angeordnet, wobei der Sender 24 derart ausgerichtet ist, daß der von ihm abgestrahlte Taststrahl 26 auf den Taststrahlspiegel 25 trifft, dort umgelenkt wird und durch die Sendeöffnung 20, in welcher eine Linsenanordnung vorhanden sein kann, die Zielerfassungsvorrichtung 10 in Richtung des Zieles 2 verläßt. Der Taststrahl 26 trifft dann auf das Ziel 2 auf und läuft von diesem als reflektierter Taststrahl 27 zu der Zielerfassungsvorrichtung 10 zurück und tritt durch die Empfangsöffnung 21, in welcher eine Linsenkombination angeordnet sein kann, in den Empfangsteil 28 des Entfemungsmeßteils 22 ein. In dem Empfangsteil 28 wird beispielsweise über eine Laufzeitmessung die Entfernung des Zieles 2 bestimmt. Die Zielentfernung wird von dem Empfangsteil 28 an eine Steuereinheit 29 ausgegeben.
Die Steuereinheit 29 kann anhand der Entfernungssprünge im Entfernungssignal, welche an den Endkanten des Zieles 2 auftreten, sowohl die Abmessungen als auch die Geschwindigkeit des Zieles 2 errechnen. Dies wurde schon in Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 erläutert.
Entsprechend dieser Ergebnisse steuert die Steuereinheit 29 den Taststrahlspiegel 25, der beweglich ist, an, so daß der Taststrahl 26 entlang einer Linie eine scannende Bewegung ausführt. Die Einzelheiten dieser Scanbewegung sind im Zusammenhang mit Figur 2 erläutert worden.
In Figur 9 ist ein derartiger Spiegel 25 gezeigt. Dieser Spiegel ist ein Halbleiterspiegel und hat eine spiegelnde Fläche 30 von der Größe einiger Quadratmillimeter. Die Spiegelfläche 30 ist in einem Rahmen 31 mit vier Verbindungen 32 kardanisch aufgehängt. Unterhalb der Spiegelfläche 30 5 befindet sich ein Freiraum, so daß die Spiegelfläche 30 bewegt werden kann. Hergestellt ist dieser Spiegel aus einem Halbleiterstück, beispielsweise als Silizium, in das die freien Bereiche, also jene Bereiche zwischen der Spiegelfläche 30 und den kardanischen Aufhängungen 32 sowie der Bereich unterhalb der Spiegelfläche 30, beispielsweise durch Ätzvorgänge abgetragen worden sind. Auf der sich unter der Spiegelfläche 30 befindenden Fläche 33 befinden sich vier elektrisch polarisierbare Flächen 34, an welche eine Spannung angelegt werden kann. Ist an einer oder mehrerer dieser Flächen 34 eine Spannung angelegt, bewegt sich die Spiegelfläche 30 nach dem Kondensatorprinzip, da sie ebenfalls elektrisch leitend ist. Somit kann durch Variation der an die einzelnen Flächen 34 angelegten Spannungen die Spiegelfläche 30 bewegt werden, so daß der Taststrahl 26 den Erfassungsbereich in einer scannenden Bewegung überstreicht.
Anhand von Figur 8 wird nun das Visier 19 der Zielerfassungsvorrichtung 10 näher erläutert. Das Okular 17 ist über einen gestrichelt dargestellten Strahlengang 35 mit der Ausgangsöffnung 18 verbunden. in der Ausgangsöffnung 18 kann eine Linsenkombination angeordnet sein, ebenso wie in dem Okular 17. Fest im Strahlengang 35 ist eine transparente Darstellungsplatte 36 angeordnet, die beispielsweise aus Glas besteht. Der optische Teil 19 weist weiterhin eine Lichtquelle 37 auf, die beispielsweise als Laserdiode ausgeführt ist. Die Lichtquelle 37 ist auf einen Lichtsignalspiegel 38 ausgerichtet. Der Lichtsignalspiegel 38 entspricht dem in Figur 9 dargestellten beweglichen Spiegel 25. Das von dem Lichtsignalspiegel 38 abgelenkte Lichtsignal 39 wird auf die Darstellungsplatte 36 gelenkt und von dieser reflektiert, so daß es als Lichtpunkt für den durch das Okular 17 blickenden Schützen sichtbar ist. So lassen sich, wie anhand der Figuren 2 bis 4 erläutert, der Meßpunkt 5 und der Zielpunkt 6 in die Visierdarstellung 1 einblenden. Der Lichtsignalspiegel 38 wird dabei von der Steuereinheit 29 angesteuert.

Claims (8)

  1. Zielerfassungsverfahren für eine Zielerfassungsvorrichtung (10), die ein Visier (19) und einen ablenkbaren Taststrahl (26) erzeugenden Entfernungsmesser (22) aufweist, mit den folgenden Schritten:
    Ausrichten des Visiers (19) auf das Ziel (2),
    Ablenken des Taststrahls (26) bei unbewegtem Visier (19) derart, dass dieser das Ziel (2) überstreicht,
    Erfassen der von dem Taststrahl (26) überstrichenen Kanten (2a,2b) des Ziels (2) anhand der festgestellten Entfernungssprünge,
    Berechnen eines Messpunktes (5) mit Hilfe der erfassten Kanten (2a,2b) des Zieles (2),
    Einblenden des Messpunktes (5) in die Visierdarstellung (1),
    Berechnung der von der Zielentfemung abhängenden Erhöhung,
    Berechnung des von der Zielgeschwindigkeit abhängenden Vorhalts, wobei die Zielgeschwindigkeit aus der zeitlichen Änderung des Messpunktes (5) bestimmt wird,
    Einblenden eines Zielpunktes (6) in die Visierdarstellung (1), bei dem für einen abzufeuemden Schuss Erhöhung und Vorhalt berücksichtigt sind, und
    Ausrichten des Zielpunktes (6) auf das Ziel (2), wobei der Messpunkt (5) ausgeblendet wird, wenn der Zielpunkt (6) eingeblendet wird.
  2. Zielerfassungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scanbewegung hinter den erkannten Kanten (2a,2b) des Zieles (2) abgebrochen wird.
  3. Zielerfassungsvorrichtung zur Durchführung des Zielerfassungsverfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Visier (19), einem Laser-Entfernungsmesser (22), mit einem Sendeteil (23) zum Ausgeben eines Taststrahls (26) und einem Empfangsteil (28) zum Empfangen des reflektierten Taststrahls (27), wobei der Sendeteil (23) einen Sender (24) und eine bewegliche Taststrahl-Ablenkvorrichtung (25) zum scannenden Ablenken des Taststrahls (26) bei unbewegtem Visier (19) innerhalb des Erfassungsbereichs des Visiers (19) enthält, und einer Steuereinheit (29), welche anhand der an den Kanten (2a,2b) des Ziels (2) auftretenden Entfernungssprünge des reflektierten Testsignals (27) die von dem Taststrahl (26) überstrichenen Kanten des Ziels (2) erkennt.
  4. Zielerfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Visier (19) im Strahlengang (35) eine transparente Darstellungsplatte (36) aufweist und durch eine Lichtquelle (37), deren Lichtsignal (39) über einen beweglichen Lichtsignalspiegel (38) auf die Darstellungsplatte (36) ablenkbar ist, wobei die Steuereinheit die Zielentfernung und die Zielgeschwindigkeit ermittelt und zur Darstellung von Mess- und Zielinformationen (5,6) die Lichtquelle (37) und/oder den beweglichen Spiegel (38) ansteuert.
  5. Zielerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Visier eine Kamera zur Aufnahme des Zieles und einen Monitor zur Darstellung des Zieles aufweist, wobei Mess- und/oder Zielinformationen auf dem Monitor darstellbar sind.
  6. Zielerfassungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messinformation ein in der Visierdarstellung (1) des Zieles (2) abgebildeter Messpunkt (5) ist.
  7. Zielerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielinformation ein Zielpunkt (6) ist, der um die aus der Zielentfernung berechnete Erhöhung und den aus der Zielgeschwindigkeit berechneten Vorhalt korrigiert ist.
  8. Zielerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (29) nach jedem durch die Kanten (2a,2b) des Ziels (2) hervorgerufenen Entfernungssprung die Scanrichtung wechselt.
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