WO2000057123A1 - Verfahren zur schusssimulation - Google Patents

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WO2000057123A1
WO2000057123A1 PCT/EP2000/001620 EP0001620W WO0057123A1 WO 2000057123 A1 WO2000057123 A1 WO 2000057123A1 EP 0001620 W EP0001620 W EP 0001620W WO 0057123 A1 WO0057123 A1 WO 0057123A1
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target
weapon
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transmission
projectile
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PCT/EP2000/001620
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Inventor
Hermann JÜTTNER
Original Assignee
Stn Atlas Elektronik Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/26—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying
    • F41G3/2616—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device
    • F41G3/2622—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile
    • F41G3/2655—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile in which the light beam is sent from the weapon to the target
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/26—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying
    • F41G3/2616—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device
    • F41G3/2622—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile
    • F41G3/265—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile with means for selecting or varying the shape or the direction of the emitted beam

Definitions

  • the invention relates to a method for firing simulation with ballistic missiles firing tubular weapons of the type defined in the preamble of claim 1.
  • a known method for shooting or shooting simulation (DE 37 20 595 AI) is based on a so-called two-way simulation, the distance to the target being measured first with a sight aimed at a target, then the target provided with a retroreflector with a The laser is illuminated and the light reflected by the retroreflector is imaged on a position-resolving, electro-optical device on the barrel weapon.
  • the location of the retroreflector determined from the illustration is compared with the target location of the simulated shot, which is calculated on the basis of the measured distance, the type of weapon and ammunition used and the attachment which the hypothetical projectile path forms with the sight line. If the location of the retroreflector matches the location of the hit, one will be displayed Hit message triggered by the barrel weapon, if the two do not match, an error message is generated.
  • the target is triggered appropriately by triggering the simulated shot by laser-emitted laser measurement pulses and the target range and target placement determined by a reference line and stored data derived therefrom.
  • the stored data is transmitted to the target by coded laser signals, and the target is stopped.
  • the target's own movement relative to the direction of arrival of the laser pulses is measured during a simulated projectile flight time and a hit display is controlled by comparing the data transmitted by the gun and the target position at the end of the projectile flight time.
  • the invention has for its object to provide a method for firing simulation of the type mentioned that enables significantly lower manufacturing costs for the firing simulator realizing this method and thereby ensures sufficient accuracy for use in combat training areas.
  • the object is solved by the features of claim 1.
  • the method according to the invention has the advantage that only a single optical transmission path from the shooter to the target is required, and the simulator therefore manages with high sensitivity and low laser power.
  • the check as to whether the shooter has set up his gun in such a way that a target which is at an estimated distance has been hit or not is carried out in the target on the basis of the data of the gun which has been set up, which is readily possible since the weapon and Target continuously measure their position and the target the position of the weapon is transferred with a shot release.
  • the method allows the weapon to be handled realistically, whereby the tilt of the weapon, the type of ammunition, the type of weapon, the set azimuth and elevation angle (lead and attachment) are taken into account when determining the hypothetical or virtual point of impact.
  • the method according to the invention also corrects differences in height between the target and the weapon.
  • a hit display of multiple targets that are all on the same line of fire is avoided, since each target determines whether the hypothetical or virtual meeting point corresponds to its position or not based on its distance from the firing weapon.
  • the inventive method can both barrel weapons such as tank cannons in which the setting of the attachment of the weapon to be practiced, as well as barrel weapons such as apelookas, which depend on the estimate of the suspension, s are applied. To do this, only the swivel direction of the transmitted light has to be moved from the vertical to a horizontal plane and the maximum swivel angle has to be adjusted.
  • the transmission light is generated as a sequence of laser pulses and the weapon information is modulated onto each laser pulse.
  • Laser pulses have the advantage of only having a low energy density despite the high pulse level and thus, with the required eye safety of the laser, to transmit sufficient power to the target for the shooting simulation.
  • the laser pulses can be modulated relatively reliably so that the weapon information is reliably transmitted to the target.
  • the laser pulses are transmitted at a constant clock rate and information about its time of transmission is additionally modulated on each laser pulse.
  • the distance to the barrel weapon is determined with the time of transmission - information and the weapon information and used to control the distance value determined from the weapon and target position or, in the case of disturbed position information, to determine the virtual projectile impact.
  • the distance between the weapon and target can be determined and the shooting exercise can also be continued in terrain sections which are problematic with respect to satellite reception.
  • Fig. 1 each one with a tube weapon and 2 battle tanks in a training area
  • FIG. 2 Shot at a target in side view (Fig. L) or. Top view (FIG. 2), Fig. 3 is a block diagram of the weapon side
  • Fig. 4 is a block diagram of the target side
  • Fig. 5 is a perspective view of a
  • Panzerfaust in firing position on a target tank driving in the training area Panzerfaust in firing position on a target tank driving in the training area.
  • FIG. 1 and 2 show a training scenario in a combat training area in side view and top view, in which a main battle tank 10 equipped with a tube weapon (tank cannon) 11 fights one of several targets 13, 14, 15 present in the terrain 12.
  • the target 13 selected by the main battle tank 10 is shown schematically and can, for example, be an opposing main battle tank whose direction of movement is indicated by arrow 16 in FIG. 2.
  • the goals 14 and 15 are fixed and, for example, buildings or natural obstacles.
  • a so-called shooting simulator is used for the shooting exercise, which has a component 17 assigned to the barrel weapon 11 and a component 18 assigned to the target 13.
  • the weapon-side component 17 shown in the block diagram in FIG. 3 is packaged in a housing 19 which is fixed to the barrel weapon 11 and thus the pivoting movement of the tank cannon in azimuth and elevation, as well as any tilting of the tank pan and thus the barrel weapon 11 when driving off-road participates.
  • an optical transmitter 20 is arranged so as to be pivotable in the vertical direction, which emits a tightly bundled laser light as a result of laser pulses transmitted at a constant timing.
  • a pivotal movement of the optical transmitter 20 is effected by means of a stepper motor 21, which, like the optical transmitter 20, is controlled by a central control unit 22.
  • the central control unit 22 is on the input side with a Tilting sensor 22, which measures the tilt of the tank of the main battle tank 10 and thus that of the barrel weapon 11, with an inclination sensor 24, which measures the elevation angle e of the barrel weapon 11, that is to say the attachment of the barrel weapon 11 with respect to the horizontal, and is connected to an interface 25, Via which the central control unit 22 receives information about the type of ammunition, the type of weapon, the current position of the main battle tank 10 in the field and the triggering of the simulated shot.
  • the interface 25 is connected via an input 27 to a satellite-based position determination system 26 arranged on the main battle tank 10, for example a GPS (Global Position System) or to a DGPS (Differential Global Position System) and receives corresponding ones via further inputs 28, 29 and 30 Information about the type of weapon and ammunition as well as a trigger pulse when the simulated shot is triggered by the gunner.
  • a satellite-based position determination system 26 arranged on the main battle tank 10
  • the optical transmitter 22 there is also an optical modulator controlled by the central control unit 22, which modulates the information about weapon and ammunition type received via the interface 25 as well as the measured values of the tilt sensor 23 and the inclination sensor 24 onto each laser pulse emitted by the optical transmitter 20.
  • the target-side component 18 of the shot simulator shown in the block diagram in FIG. 4 has an optical receiving device 31 with a plurality of optical sensors 32, e.g. B. laser diodes, convert the incoming laser pulses into electrical signals.
  • the target 13 is also a main battle tank
  • the microprocessor 34 additionally receives the current position of the target 13 from a satellite-assisted position determination system 35 (GPS or GDPS) attached to the target 13. On the basis of the weapon information and the target position, the microprocessor 34 determines a virtual impact of the projectile after it has been replaced by a weapon orientation hypothetical projectile trajectory and the distance between barrel weapon 11 and target 13. Microprocessor 34 compares projectile impact and target range and, if they match, controls a hit display 36 which emits an optical, acoustic or electromagnetic hit signal. In order to determine the virtual projectile impact, a multiplicity of trajectories of projectiles with a parameterization of the barrel weapon attachment (elevation angle e) as well as the type of weapon and projectile are stored in the microprocessor 34. With the received and demodulated weapon information, the appropriate trajectory is sought and the virtual bullet impact is read out.
  • GPS satellite-assisted position determination system
  • the gunner uses a visor that is usually connected to the barrel weapon 11 to aim the barrel weapon 11 at the target 13 and, based on the distance to the target 13 he estimates, sets a specific attachment (elevation angle e) for the barrel weapon 11. If the target 13 is a moving target, it will - as indicated in FIG. 2 - also take a lead into account with the tube weapon 11 and set the tube weapon 11 by an azimuth angle ⁇ with respect to the direct line of sight to the target 13.
  • a trigger pulse is sent to the interface 25 via the input 30, which causes the control unit 22 to close the laser transmitter 20 activate.
  • the laser transmitter 20 emits a sequence of laser pulses, whereby it is successively pivoted downwards in the vertical plane.
  • the first laser pulses are emitted in a direction that runs parallel to the tube axis.
  • Information regarding the current position and orientation of the barrel weapon, in the present case regarding the elevation angle e supplied by the inclination sensor 24 and the tilt angle supplied by the tilt sensor 23, and the type of weapon and projectile used are modulated onto each laser pulse.
  • At any point in time of the vertical swiveling movement of the laser transmitter 20 at least one laser pulse hits one of the light detectors or optical sensors 32 at the target 13.
  • This laser pulse is received by the optical receiving device 31 and processed in the components described in terms of signals.
  • the virtual projectile impact is now determined from the weapon information transmitted with the laser pulse (elevation angle e, tilt angle, type of weapon, weapon ammunition) and the distance between target 13 and barrel weapon 11 is determined from the position of weapon 11 transmitted by laser pulse and the known target position. If the projectile impact and the target distance match, a hit is displayed.
  • the target 14 would also be hit by laser pulses at any time.
  • the target 14 is, insofar as it represents an exercise target, also equipped with the target-side component 18 of the shot simulator according to FIG. 3.
  • goal 14 the same calculation is carried out as in goal 13. In this case, however, the distance of the target 14 to the barrel weapon 11 is significantly smaller than the distance of the virtual projectile impact from the barrel weapon 11, so that no hit is displayed.
  • the laser light of the optical could Transmitter 22 are spread in the horizontal direction, so that the optical sensors 32 at the target 13 can be arranged at greater distances from one another.
  • the laser power would have to be increased in order to illuminate the now larger area at the target 13 with the same energy density.
  • the satellite reception can be disturbed or prevented in certain sections of the site due to the site structure or the building and planting, so that the position of the weapon and / or target is not available as evaluable information when the hit is determined.
  • information about the time of transmission of each individual laser pulse is additionally modulated onto the laser pulses emitted by the optical transmitter 20.
  • the information indicating the time of transmission is the time between the triggering of the simulated shot and the transmission of the respective laser pulse. This information is taken from a counter integrated in the central control unit 22, which is started when the shot is triggered and is clocked at a constant frequency.
  • the distance between the target and the barrel weapon can now be determined from the information about the time of its transmission and the weapon information transmitted with the received laser pulse. This enables hit positions to be determined and the target practice to continue even if GPS reception is disturbed. In the case of intact GPS reception, the target distance determined on the basis of the known positions of barrel weapon 11 and target 13 can be checked.
  • FIG. 5 shows a training scenario in which the firing of a karooka 37 is to be practiced on a moving target tank 38.
  • the Panzerfau ⁇ t 37 represents the barrel weapon 11 and the target armor 38 the target 13 that moves in the direction of arrow 16 in FIG. 5.
  • This exercise is about correct setting of a reserve of the barrel weapon 11, that is to say a suitable azimuth angle ⁇ , so that the moving target 13 (target armor 38) is hit at the right time after the Panzerfaust 37 has been fired; Because the armor-piercing ammunition fired with the Panzerfaust 37 requires a certain flight time to bridge the distance to the target 13, in which the target 13 has moved a distance corresponding to its speed from its position taken when the shot was fired.
  • each laser pulse also provides information about the pipe in each swivel position related, current swivel angle ⁇ a i is modulated.
  • the laser pulses are sent at a constant clock rate (transmission frequency).
  • information relating to the instantaneous azimuthal swivel angle a L related to the barrel weapon axis 39 is modulated.
  • the swivel angle 1 to o; 4 are shown schematically in FIG. 5 for explanation.
  • the transmitter 20 is in turn integrated in the weapon-side component 17 of the firing simulator, which is firmly connected to the barrel weapon 11 and is combined here with the sight of the apelooka 37 to form a structural unit. Since the optical Ach ⁇ e of the transmitter 20 to the gun 11 v with respect to the gun axis 39 vertically slightly displaced by the attachment of the weapon-side component 17, the reference line is 39 'for the swivel angle indication by the same amount added above the gun axis 39. The reference line 39' for the indication of the swivel angle, however, this always runs in the center of the barrel weapon parallel to the barrel weapon axis 39.
  • the swivel angle range of the optical transmitter 20 is one same azimuth range to the right and left of the barrel weapon center, i.e. the barrel weapon axis 39, which is at least as large as that required to combat a target 13 moving transversely to the barrel weapon axis 39 and taking into account the flight duration of the projectile of the barrel weapon 11 fired at the moving target 13 Lead angle ⁇ .
  • the swiveling movement of the optical transmitter 20 always takes place from one of the boundary edges of the swivel angle range, in the example of FIG. 5 from the left, outer boundary edge of the swivel angle range.
  • the movable target 13 formed by the target armor 38 traveling in the direction of arrow 16 in FIG. 5 is equipped with the same target-side component 18 of the shot simulator as shown in the block diagram in FIG. 4, the number of optical sensors 32 of the optical receiving device 31 is limited to two to three on the long side of target 13, and optical sensors 32 are arranged in the turret area of target armor 38.
  • the laser pulses can be spread in the vertical direction, so that the target armor 38 is illuminated in its maximum height up to the top of the tower with each laser pulse.
  • the target-side component 18 of the shot simulator the same evaluation of the information transmitted in the laser pulses is now carried out, as has already been described above, with the only difference that the target distance used to determine the hit was previously determined using the
  • Pivot angle information and the known own movement of target 13 is corrected. This correction is carried out in such a way that the target distance is calculated for a target position which the target 13 moving at the target speed would take within the projectile flight time after having traveled a distance resulting from the swivel angle information and the current target distance is calculated from the weapon information.
  • This swivel angle information corresponds to the lead ⁇ set in the azimuth with the barrel weapon 11, and if the leadayne is set correctly, the projectile impact calculated from the weapon information corresponds to the corrected target distance and a hit is displayed.
  • the transmission of an additional angle information L about the transmission direction to the target 13 can be dispensed with in the shot simulator described in FIG
  • the angle information about the transmission direction can be derived from this information about the respective transmission time of the laser pulses.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schusssimulation mit ballistische Geschosse verschiessenden Rohrwaffen, bei dem von der Rohrwaffe (11) beim Auslössen eines simulierten Schusses das Ziel (13) mit einem optischen Sender beleuchtet und zur Trefferfeststellung ein virtueller Geschosseinschlag bestimmt wird. Zur Realisierung eines Verfahrens, mit dem die Gestehungskosten des Schusssimulators deutlich reduzierbar sind und das dabei eine für den Einsatz im Gefechtsübungsgelände ausreichende Genauigkeit sicherstellt, wird das Sendelicht optisch eng gebündelt und in einer Ebene sukzessiv geschwenkt. Dem Sendelicht werden Informationen bezüglich der momentanen Position und vertikalen Ausrichtung (Aufsatz epsilon ) der Rohrwaffe (11) sowie der Waffen- und Geschossart aufmoduliert. In dem mit einer optischen Empfangseinrichtung ausgestatteten Ziel (13) werden der virtuelle Geschosseinschlag und die Entfernung zwischen Ziel (13) und Rohrwaffe (11) aus den zum Ziel (13) übertragenen Waffeninformationen und der bekannten Zielposition bestimmt und zur Trefferfeststellung miteinander verglichen. Bei Übereinstimmung wird ein Treffer angezeigt.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren zur Schußsimulation
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schußsimulation mit ballistische Geschosse verschießenden Rohrwaffen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Ein bekanntes Verfahren zur Schuß- oder Schießsimulation (DE 37 20 595 AI) basiert auf einer sog. Zwei-Wege-Simulation, wobei zunächst mit auf ein Ziel ausgerichtetem Visier die Entfernung zum Ziel gemessen wird, anschließend das mit einem Retroreflektor versehene Ziel mit einem Laser beleuchtet und das vom Retroreflektor zurückgeworfene Licht auf einer positionsauflösenden, elektrooptischen Einrichtung an der Rohrwaffe abgebildet wird. Der aus der Abbildung ermittelte Ort des Retroreflektors wird mit dem Trefferort des simulierten Schusses verglichen, der aufgrund der gemessenen Entfernung, der verwendeten Waffen- und Munitionsart und des Aufsatzes, den die hypothetische Geschoßbahn mit der Visierlinie bildet, berechnet wird. Stimmt der Ort des Retroreflektors mit dem Trefferort überein, wird eine Treffermeldung von der Rohrwaffe ausgelöst, stimmen beide nicht überein, wird eine Fehlermeldung generiert.
Bei einem ebenfalls bekannten, auf einer Zwei-Wege-Simulation beruhenden Verfahren zur Schießsimulation für ballistische Munition und bewegliche Ziele (DE 31 14 000 AI) wird vor Auslösung des simulierten Schusses das Ziel durch waffenseitig ausgesendete Lasermeßimpulse ständig angemessen und werden die Zielentfernung und die Zielablage von einer Bezugslinie bestimmt und hieraus abgeleitete Daten abgespeichert. Mit Schußauslösung werden die gespeicherten Daten durch kodierte Lasersignale zum Ziel übertragen, und die Anmessung des Ziels wird beendet . Nach der Schußauslösung wird während einer simulierten Geschoßflugzeit die Eigenbewegung des Ziels relativ zur Emp angsrichtung der Laserimpulse gemessen und eine Trefferanzeige durch Vergleich der von der Rohrwaffe übermittelten Daten und der Zielposition am Ende der Geschoßflugzeit gesteuert.
Bei solchen Zwei-Wege-Simulationsverfahren ist der technische Aufwand sehr hoch, der noch mit der Forderung nach einer wachsenden Zielentfernung überproportional zunimmt. Für die Zielvermessung muß eine hochempfindliche Meßelektronik verwendet werden, die den Schießsimulator zusätzlich verteuert . Der optische Pegel des Laserlichts nimmt dabei mit zunehmender Entfernung r mit l/r4 ab, so daß die Meßergebnisse zunehmend unsicherer werden. Eine Erhöhung der Laserleistung ist dabei kaum möglich, da zum Schütze der Teilnehmer einer Schießübung die Leistungsklasse des Lasers vorgeschrieben und auf die Augenverträglichkeit beschränkt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schußsimulation der eingangs genannten Art anzugeben, das deutlich geringere Herstellungskosten für den dieses Verfahren realisierenden Schußsimulator ermöglicht und dabei eine für den Einsatz in Gefechtsübungsgelände ausreichende Genauigkeit gewährleistet . Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß nur ein einziger optischer Übertragungsweg vom Schießenden zum Ziel erforderlich ist und damit der Simulator bei hoher Empfindlichkeit mit geringer Laserleistung auskommt. Die Überprüfung, ob der Schießende seine Rohrwaffe so eingerichtet hat, daß ein Ziel, welches sich in einer geschätzten Entfernung befindet, getroffen worden ist oder nicht, wird im Ziel anhand der Daten der eingerichteten Rohrwaffe durchgeführt, was ohne weiteres möglich ist, da Waffe und Ziel laufend ihre Position vermessen und dem Ziel die Position der Waffe mit Schußauslösung übertragen wird. Das Verfahren erlaubt eine realistische Handhabung der Waffe, wobei die Verkantung der Waffe, die Munitionsart, die Waffenart, der eingestellte Azimut- und Elevationswinkel (Vorhalt und Aufsatz) bei der hypothetischen oder virtuellen Treffpunktbestimmung berücksichtigt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden auch Höhendifferenzen zwischen Ziel und Waffe korrigiert. Eine Trefferanzeige von mehreren Zielen, die alle auf der gleichen Schußlinie liegen, wird vermieden, da jedes Ziel aufgrund seiner Entfernung zur schießenden Waffe selbst feststellt, ob der hypothetische oder virtuelle Treffpunkt mit seiner Position übereinstimmt oder nicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei Rohrwaffen, wie Panzerkanonen, bei denen die Einstellung des Aufsatzes der Waffe geübt werden soll, als auch bei Rohrwaffen, wie Panzerfäuste, bei denen es auf die Schätzung des Vorhalts ankommt , s angewendet werden. Hierzu muß lediglich die Schwenkrichtung des Sendelichts aus der vertikalen in eine horizontale Ebene verlegt und der maximale Schwenkwinkel angepaßt werden . Zweckmäßige Aus führungs formen des er indungsgemäßen Verfahrens mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Sendelicht als eine Folge von Laserimpulsen erzeugt , und die Waffeninformationen werden j edem Laserimpuls auf moduliert . Laserimpulse haben den Vorteil , trotz hohem Impulspegel nur eine geringe Energiedichte zu besitzen und damit bei der geforderten Augensicherheit des Lasers eine für die Schießsimulation ausreichende Leistung zum Ziel zu übertragen . Außerdem lassen sich die Laserimpulse relativ störsicher modulieren, so daß die Waffeninformationen zuverlässig zum Ziel übertragen werden .
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungεf orm der Erfindung werden die Laserimpulse mit konstanter Taktrate gesendet und wird j edem Laserimpuls zusätzlich eine Information über seinen Sendezeitpunkt auf moduliert . Im Ziel wird mit dem Sendezeitpunkt - Informationen und den Waffeninformationen die Entfernung zur Rohrwaffe bestimmt und zur Kontrolle des aus Waffen- und Zielposition bestimmten Entfernungswertes oder bei gestörten Positionsinformationen zur Bestimmung des virtuellen Geschoßeinschlags herangezogen . Damit kann bei vorübergehendem Ausfall des einen oder anderen Positionsbestimmungssystems an Waffe und Ziel die Entfernung zwischen Waffe und Ziel bestimmt und die Schießübung auch in bezüglich des Satellitenempf angε problematischen Geländeabschnitten fortgesetzt werden . Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeiεpielen im folgenden näher beschrieben . Es zeigen j eweils in schematischer Darstellung :
Fig . 1 j eweils einen eine Rohrwaffe tragenden und 2 Kampfpanzer in einem Übungsgelände bei
Schußabgabe auf ein Ziel in Seitenansicht (Fig . l ) bzw . Draufsicht (Fig . 2 ) , Fig. 3 ein Blockschaltbild der waffenseitigen
Komponente eines Schußsimulatorε,
Fig. 4 ein Blockschaltbild der zielseitigen
Komponente des Schußsimulatorε,
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer
Panzerfaust in Schußstellung auf einen im Übungsgelände fahrenden Zielpanzer.
In Fig. 1 und 2 ist ein Übungsszenario in einem Gefechtsübungsgelände in Seitenansicht und Draufsicht dargestellt, bei dem ein mit einer Rohrwaffe (Panzerkanone) 11 ausgerüsteter Kampfpanzer 10 eines von mehreren im Gelände 12 vorhandenen Zielen 13, 14, 15 bekämpft. Das vom Kampfpanzer 10 dabei ausgewählte Ziel 13 ist schematisch dargestellt und kann beiεpielsweise ein gegnerischer Kampfpanzer εein, dessen Bewegungsrichtung in Fig. 2 mit Pfeil 16 angedeutet ist. Die Ziele 14 und 15 sind feststehend und beispielsweiεe Gebäude oder natürliche Hindernisse.
Zur Schießübung wird ein sogenannter Schußsimulator verwendet, der eine der Rohrwaffe 11 zugeordnete Komponente 17 und eine dem Ziel 13 zugeordnete Komponente 18 aufweist. Die in Fig. 3 im Blockschaltbild dargestellte waffenseitige Komponente 17 ist in einem Gehäuse 19 verpackt, das an der Rohrwaffe 11 fixiert ist und somit die Schwenkbewegung der Panzerkanone in Azimut und Elevation, sowie jegliche Verkantung der Panzerwanne und damit der Rohrwaffe 11 bei Fahrt im Gelände mitmacht. In dem Gehäuse 19 ist ein optischer Sender 20 in vertikaler Richtung schwenkbar angeordnet, der ein eng gebündeltes Laserlicht als eine Folge von im konstanten Zeittakt gesendeten Laεerimpulεen abεtrahlt . Eine Schwenkbewegung deε optiεchen Senders 20 wird mittelε eineε Schrittmotorε 21 bewirkt, der ebenso wie der optische Sender 20 von einer zentralen Steuereinheit 22 gesteuert wird. Die zentrale Steuereinheit 22 ist eingangsseitig mit einem Verkantungssensor 22, der die Verkantung der Wanne des Kampfpanzers 10 und damit die der Rohrwaffe 11 mißt, mit einem Neigungssensor 24, der den Elevationswinkel e der Rohrwaffe 11, also den Aufεatz der Rohrwaffe 11 gegenüber der Horizontalen, mißt εowie mit einem Interface 25 verbunden, über das der zentralen Steuereinheit 22 Informationen über die Munitionsart , die Waffenart, die momentane Position des Kampfpanzers 10 im Gelände und die Auslösung deε simulierten Schusses zugeführt werden. Hierzu ist das Interface 25 über einen Eingang 27 mit einem am Kampfpanzer 10 angeordneten, satellitengestützten Poεitionsbestimmungsεystem 26, z.B. einem GPS (Global Position System) oder mit einem DGPS (Differential Global Position System) verbunden und erhält über weitere Eingänge 28, 29 und 30 entεprechende Informationen über Waffen- und Munitionsart sowie einen Triggerimpuls bei Auslösung deε simulierten Schusses durch den Richtschützen. Im optischen Sender 22 ist noch ein von der zentralen Steuereinheit 22 gesteuerter optiεcher Modulator enthalten, der die über daε Interface 25 eingehenden Informationen über Waffen- und Munitionεart εowie die Meßwerte deε Verkantungεsensors 23 und deε Neigungssensorε 24 auf jeden vom optischen Sender 20 ausgesendeten Laserimpulε aufmoduliert.
Die in Fig. 4 im Blockεchaltbild dargeεtellte zielεeitige Komponente 18 des Schußsimulatorε weist eine optiεche Empfangεeinrichtung 31 mit einer Vielzahl von optischen Sensoren 32, z. B. Laserdioden, auf, die eintreffende Laserimpulεe in elektriεche Signale umsetzen. Ist das Ziel 13, wie angenommen, ebenfalls ein Kampfpanzer, so bilden die Lichtdetektoren oder optischen Sensoren 32 - wie dieε für den schießenden Kampfpanzer 10 in Fig. 1 dargestellt ist - in ihrer Vielzahl einen an der Panzerwanne horizontal umlaufenden Gürtel. Alle optiεchen Sensoren 32 sind mit einer Signalverarbeitung 33 verbunden, die einen Demodulator enthält und aus den empfangenen Laserimpulsen die mit diesen übertragenen Waffeninformationen (Waffenposition, Waffenart, Geschoßart, Aufεatz der Rohrwaffe) eliminiert und einem Mikroprozessor 34 zuführt. Der Mikroprozessor 34 empfängt von einem am Ziel 13 befestigten, εatellitengestützten Positionsbestimmungsεystem 35 (GPS oder GDPS) zusätzlich die momentane Position deε Ziels 13. Anhand der Waffeninformationen und der Zielposition bestimmt der Mikroprozeεεor 34 einen virtuellen Einschlag deε Geschosses nach Zurücklegen einer durch die Waffenausrichtung εich ergebenden hypothetischen Geschoßflugbahn sowie die Entfernung zwiεchen Rohrwaffe 11 und Ziel 13. Der Mikroprozeεεor 34 führt einen Vergleich von Geεchoßeinschlag und Zielentfernung durch und steuert bei Übereinεtimmung eine Trefferanzeige 36 an, die ein optiεches, akuεtisches oder elektromagnetiεcheε Treffersignal aussendet. Zur Bestimmung deε virtuellen Geεchoßeinschlags εind im Mikroprozeεsor 34 z.B. eine Vielzahl von Flugbahnen von Geschossen mit einer Parametrisierung von Aufsatz der Rohrwaffe (Elevationswinkel e) sowie Waffen- und Geschoßart abgelegt. Mit den empfangenen und demodulierten Waffeninformationen wird die zutreffende Flugbahn aufgesucht und der virtuelle Geschoßeinschlag ausgelesen.
Mit einem solchen Schußsimulator wird eine Schußsimulation mit Rohrwaffen, die ballistiεche Geεchosεe verschießen, wie folgt durchgeführt :
Der Richtschütze richtet mittels eines üblicherweise mit der Rohrwaffe 11 verbundenen Visiers die Rohrwaffe 11 auf das Ziel 13 aus und εtellt aufgrund der von ihm geschätzten Entfernung zum Ziel 13 einen bestimmten Aufsatz (Elevationswinkel e) für die Rohrwaffe 11 ein. Wenn es sich beim Ziel 13 um ein bewegtes Ziel handelt, wird er - wie in Fig. 2 angedeutet ist - bei der Rohrwaffe 11 noch einen Vorhalt berücksichtigen und die Rohrwaffe 11 um einen Azimutwinkel ψ gegenüber der direkten Sichtlinie zum Ziel 13 einεtellen.
Mit Schußauslösung durch den Richtschützen wird über den Eingang 30 ein Triggerimpulε an daε Interface 25 gegeben, was die Steuereinheit 22 veranlaßt, den Lasersender 20 zu aktivieren. Der Lasersender 20 sendet eine Folge von Laserimpulεen aus, wobei er in der Vertikalebene nach unten sukzessive geschwenkt wird. Die ersten Laserimpulse werden dabei in einer Richtung auεgeεendet, die parallel zur Rohrachεe verläuft. Jedem Laserimpuls werden Informationen bezüglich der momentanen Position und Ausrichtung der Rohrwaffe, im vorliegenden Fall bezüglich des vom Neigungssensor 24 gelieferten Elevationswinkels e und des vom Verkantungssensor 23 gelieferten Verkantungswinkelε, εowie der verwendeten Waffen- und Geεchoßart aufmoduliert. Zu irgendeinem Zeitpunkt der vertikalen Schwenkbewegung deε Lasersenders 20 trifft mindestens ein Laserimpuls auf einen der Lichtdetektoren oder optischen Sensoren 32 am Ziel 13. Dieser Laserimpulε wird von der optischen Empfangseinrichtung 31 empfangen und in den beschriebenen Baueinheiten signaltechnisch verarbeitet. Im Ziel 13 wird nunmehr der virtuelle Geschoßeinschlag aus den mit dem Laserimpulε übertragenen Waffeninformationen (Elevationεwinkel e, Verkantungεwinkel , Waffenart, Waffenmunition) beεtimmt sowie aus der vom Laserimpuls übertragenen Position der Waffe 11 und der bekannten Zielposition die Entfernung zwischen Ziel 13 und Rohrwaffe 11 bestimmt. Stimmen Geschoßeinschlag und Zielentfernung überein, so wird ein Treffer angezeigt.
Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Szenario würde bei Auslöεung deε simulierten Schusεeε auch daε Ziel 14 zu irgendeinem Zeitpunkt von Laserimpulsen getroffen werden. Das Ziel 14 ist, εoweit eε ein Übungεziel darstellt, ebenfalls mit der zielseitigen Komponente 18 deε Schußεimulatorε gemäß Fig. 3 auεgerüεtet . Im Ziel 14 wird die gleiche Berechnung wie im Ziel 13 durchgeführt. In diesem Fall ist aber die Entfernung deε Zielε 14 zur Rohrwaffe 11 wesentlich kleiner als die Entfernung deε virtuellen Geschoßeinεchlagε von der Rohrwaffe 11, εodaß keine Trefferanzeige erfolgt.
Um die Vielzahl der sendeseitig vorzusehenden optischen Sensoren 32 zu reduzieren, könnte daε Laserlicht des optischen Senders 22 in Horizontalrichtung aufgeεpreizt werden, so daß die optischen Sensoren 32 am Ziel 13 in größeren Abεtänden voneinander angeordnet werden können. Um eine gleiche Empfindlichkeit der optischen Sensoren 32 εicherzuεtellen, müßte allerdings die Laserleistung erhöht werden, um die nunmehr größere Fläche am Ziel 13 mit der gleichen Energiedichte zu beleuchten.
In einem größeren Übungsgelände kann in bestimmten Geländeabschnitten aufgrund der Geländestruktur oder der Bebauung und Bepflanzung der Satellitenempfang gestört oder unterbunden εein, εodaß die Position von Waffe und/oder Ziel nicht alε auswertbare Information bei der Trefferbeεtimmung zur Verfügung steht . Für εolche Fälle werden den vom optiεchen Sender 20 auεgeεendeten Laεerimpulsen zusätzlich eine Information über den Sendezeitpunkt eines jeden einzelnen Laserimpulεeε aufmoduliert . Die den Sendezeitpunkt angebende Information iεt dabei die Zeit zwiεchen der Auεlösung deε εimulierten Schusses und dem Aussenden des jeweiligen Laserimpulseε . Diese Information wird an einem in der zentralen Steuereinheit 22 integrierten Zähler abgenommen, der bei Schußauslösung gestartet und mit konstanter Frequenz getaktet wird. Im Ziel 13 kann nunmehr aus der mit dem empfangenen Laserimpulε übertragenen Information über dessen Sendezeitpunkt und den Waffeninformationen die Entfernung zwischen Ziel und Rohrwaffe bestimmt werden. Damit können auch bei gestörtem GPS-Empfang Trefferpositionen ermittelt und die Schießübungen fortgesetzt werden. Im Falle eines intakten GPS- Empfangε kann die aufgrund der bekannten Positionen von Rohrwaffe 11 und Ziel 13 bestimmte Zielentfernung kontrolliert werden.
In Fig. 5 ist ein Übungsεzenario dargestellt, in dem das Abfeuern einer Panzerfaust 37 auf einen fahrenden Zielpanzer 38 geübt werden soll. Die Panzerfauεt 37 stellt die Rohrwaffe 11 und der Zielpanzer 38 das Ziel 13 dar, daε sich in Richtung Pfeil 16 in Fig. 5 bewegt. Bei dieser Übung kommt es auf die richtige Einεtellung eineε Vorhaltes der Rohrwaffe 11 an, also eines geeigneten Azimutwinkels φ , damit das sich bewegende Ziel 13 (Zielpanzer 38) nach Abfeuern der Panzerfaust 37 zum richtigen Zeitpunkt getroffen wird; denn die mit der Panzerfaust 37 verschossene panzerbrechende Munition benötigt eine gewisse Flugzeit um die Entfernung zum Ziel 13 zu überbrücken, in der sich das Ziel 13 um eine seiner Geschwindigkeit entεprechende Wegstrecke von εeiner bei Schußauslösung eingenommen Position aus weiterbewegt hat .
Daε vorεtehend beεchriebene Verfahren zur Schußεimulation iεt nun dahingehend abgewandelt, daß das optisch eng gebündelte Sendelicht, also die Impulεfolge von Laserimpulsen, jetzt in einer horizontalen Ebene (Azimut) mit konstanter Geεchwindigkeit geschwenkt und jedem Laεerimpulε zusätzlich in jeder Schwenkpoεition eine Information bezüglich deε auf die Rohrwaffenachεe bezogenen, momentanen Schwenkwinkelε ai aufmoduliert wird. Die Laεerimpulεe werden dabei mit konstanter Taktrate (Sendefrequenz) gesendet. Neben den wie vorstehend beεchriebenen Informationen über die Waffe 11, wird zuεätzlich jedem Laserimpuls in jeder Schwenkposition des optischen Senders 20 eine Information bezüglich des auf die Rohrwaffenachεe 39 bezogenen, momentanen azimutalen Schwenkwinkels aL aufmoduliert. Die Schwenkwinkel 1 bis o;4 εind in Fig. 5 zur Erläuterung schematisch eingezeichnet. Der Sender 20 ist wiederum in der waffenseitigen Komponente 17 deε Schießsimulators integriert, die fest mit der Rohrwaffe 11 verbunden, hier mit dem Visier der Panzerfaust 37 zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist . Da die optische Achεe des Senders 20 durch die Befestigung der waffenseitigen Komponente 17 an der Rohrwaffe 11 gegenüber der Rohrwaffenachse 39 vertikal v etwas versetzt ist, liegt die Bezugslinie 39' für die Schwenkwinkelangabe um den gleichen Betrag versetzt oberhalb der Rohrwaffenachse 39. Die Bezugslinie 39' für die Schwenkwinkelangabe verläuft damit aber immer in Rohrwaffenmitte parallel zur Rohrwaffenachse 39. Der Schwenkwinkelbereich des optischen Senders 20 ist auf einen gleichen Azimutbereich rechts und links der Rohrwaffenmitte, also der Rohrwaffenachse 39, begrenzt, der mindestens so groß iεt wie der zur Bekämpfung eines sich quer zur Rohrwaffenachse 39 bewegenden Ziels 13 erforderliche, die Flugdauer des auf daε sich bewegende Ziel 13 abgefeuerten Geschoεseε der Rohrwaffe 11 berückεichtigende Vorhaltewinkel ψ . Die Schwenkbewegung deε optiεchen Senderε 20 erfolgt mit Auslösen des simulierten Schusseε immer von einer der Begrenzungskanten deε Schwenkwinkelbereichs aus, in dem Beispiel der Fig. 5 von der linken, äußeren Begrenzungskante des Schwenkwinkelbereichs aus .
Das in Fig. 5 von dem in Pfeilrichtung 16 fahrenden Zielpanzer 38 gebildete, bewegliche Ziel 13 ist mit der gleichen zielseitigen Komponente 18 deε Schußεimulatorε ausgerüstet, wie sie in Fig. 4 im Blockschaltbild dargestellt iεt, wobei die Zahl der optiεchen Sensoren 32 der optischen Empfangseinrichtung 31 auf zwei biε drei pro Längεεeite deε Ziels 13 begrenzt ist, und die optischen Sensoren 32 im Turmbereich des Zielpanzerε 38 angeordnet εind. Zur Sicherstellung eines zuverläsεigen Empfangs der Lichtimpulse durch die optischen Senεoren 32 können die Laserimpulse in vertikaler Richtung aufgespreizt sein, sodaß mit jedem Laserimpuls der Zielpanzer 38 in seiner maximalen Höhe bis zur Turmoberkante beleuchtet wird. In der zielseitigen Komponente 18 deε Schußsimulatorε wird nunmehr die gleiche Auεwertung der in den Laεerimpulsen übertragenen Informationen vorgenommen, wie bereits vorstehend beschrieben worden ist, mit dem einzigen Unterschied, daß die zur Trefferfeststellung herangezogene Zielentfernung zuvor mittels der
Schwenkwinkelinformationen und der bekannten Eigenbewegung deε Ziels 13 korrigiert wird. Diese Korrektur erfolgt dabei in der Weise, daß die Zielentfernung für eine Zielposition berechnet wird, die das mit Zielgeschwindigkeit sich bewegende Ziel 13 nach Durchlaufen einer sich aus der Schwenkwinkelinformation und der momentanen Zielentfernung ergebenden Wegstrecke innerhalb der Geschoßflugzeit einnehmen würde, die ihrerseits aus den Waffeninformationen errechnet wird. Diese Schwenkwinkelinformation entspricht dem mit der Rohrwaffe 11 eingestellten Vorhalt φ im Azimut, und bei richtiger Einstellung des Vorhalts ψ stimmt der aus den Waffeninformationen berechnete Geschoßeinschlag mit der korrigierten Zielentfernung überein und ein Treffer wird angezeigt .
Sind auf den vom optischen Sender 20 ausgesendeten Laserimpulεe - wie vorεtehend beεchrieben - zuεätzlich Informationen über ihren Sendezeitpunkt aufmoduliert , so kann bei dem zu Fig. 5 beschriebenen Schußsimulator auf die Übertragung einer zusätzlichen Winkelin ormation L über die Senderichtung zum Ziel 13 verzichtet werden, da aus diesen Informationen über die jeweilige Sendezeit der Laserimpulεe die Winkelinformation über die Senderichtung abgeleitet werden kann.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Verfahren zur Schußεimulation mit balliεtische Geschosεe verschießenden Rohrwaffen, bei dem von der Rohrwaffe (11) beim Auslösen eines simulierten Schusses das Ziel (13) mit einem optischen Sender (20) beleuchtet und zur Trefferfestεtellung ein virtueller Geschoßeinschlag bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendelicht optisch eng gebündelt und in einer Ebene sukzeεεive geεchwenkt wird, daß dem Sendelicht Informationen bezüglich der momentanen Position und vertikalen Ausrichtung (Aufsatz) der Rohrwaffe (11) sowie der Waffen- und Geεchoßart aufmoduliert werden, daß daε Ziel (13) mit einer optiεchen Empfangseinrichtung (31) ausgestattet wird und daß im Ziel (13) der virtuelle Geschoßeinschlag und die Entfernung zwischen Ziel (13) und Rohrwaffe (11) auε den zum Ziel (13) übertragenen Waffeninformationen und der bekannten Zielposition bestimmt und zur Trefferfeststellung miteinander verglichen werden und daß bei Übereinstimmung ein Treffer angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verkannten der Rohrwaffe (11) gegenüber einer vertikalen und/oder horizontalen Bezugslinie gemessen und der Meßwert dem Sendelicht aufmoduliert wird und daß die Informationen bezüglich der Waffenverkantung im Ziel (13) bei der Bestimmung des virtuellen Geschoßeinschlags herangezogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ziel (13) Flugbahnen von Geschossen mit einer Parameterisierung von Aufsatz (e) sowie Waffen- und Geschoßart abgelegt werden und daß mit den empfangenen und demodulierten Waffeninformationen die zutreffende Flugbahn aufgesucht und der virtuelle Geεchoßeinεchlag ausgelesen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß das Sendelicht in einer vertikalen Ebene aus einer mit der Achse der Rohrwaffe (11) parallelen Richtung heraus abwärts geschwenkt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung (31) deε vorzugsweise beweglichen Ziels (13) mit einem am Ziel (13) befeεtigten, horizontal umlaufenden Gürtel aus einer Vielzahl von beabstandeten Lichtdetektoren (32) versehen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß daε Sendelicht in Horizontalrichtung optisch aufgespreizt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendelicht in einer horizontalen Ebene mit konstanter Geschwindigkeit geschwenkt wird und dem Sendelicht in jeder Schwenkposition Informationen bezüglich des auf die Achse der Rohrwaffe (11) bezogenen, momentanen Schwenkwinkels aufmoduliert werden und daß die zur Trefferfeststellung im Ziel herangezogene Zielentfernung zuvor mittels der Schwenkwinkelinformation und der bekannten Eigenbewegung des Ziels (13) korrigiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur in der Weise durchgeführt wird, daß die Zielentfernung für eine Zielposition berechnet wird, die das mit Zielgeschwindigkeit sich bewegende Ziel (13) nach Durchlaufen einer aus der Schwenkwinkelinformation und der momentanen Zielentfernung sich ergebenden Wegstrecke während der auε den Waffeninformationen sich ergebenden Geschoßflugzeit einnimmt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkbereich des Sendelichts auf einen gleichen Azimutwinkel rechts und links der Rohrwaffenmitte begrenzt ist, der mindestens einem die maximale Flugdauer des abgefeuerten Geschosεes berücksichtigenden, maximalen Vorhaltewinkel der Rohrwaffe (11) im Azimut bei Bekämpfung eines mit maximaler Geschwindigkeit quer zur Schußrichtung sich bewegenden Ziels entspricht, und daß beim Auslösen des simulierten Schusses die Schwenkung der Senderichtung von einer der Begrenzungskanten deε Schwenkbereichε auε erfolgt .
10. Verfahren nach den Anεprüchen 1 biε 9, dadurch gekennzeichnet, daß daε Sendelicht als eine Folge von Laserimpulsen erzeugt wird und die waffenseitigen Informationen jedem Laserimpulε aufmoduliert werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserimpulse mit konstanter Taktrate gesendet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Laserimpuls zusätzlich eine Information über seinen Sendezeitpunkt aufmoduliert wird und im Ziel (13) aus den Informationen über die Sendezeitpunkte und den Waffeninformationen die Zielentfernung abgeleitet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Informationen über den Sendezeitpunkt die Zeit zwischen der Auslösung des simulierten Schusses und dem Aussenden des jeweiligen Laserimpulses angegeben wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationen über den Sendezeitpunkt am Ausgang eines mit konstanter Frequenz getakteten Zählers abgenommen wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 und einem der Ansprüche 12 biε 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Übertragung der Schwenkwinkelinformationen (a±) verzichtet wird und die Schwenkwinkelinformationen im Ziel (13) aus den Sendezeitpunkt Informationen über die Sendezeitpunkte abgeleitet werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen von Rohrwaffe (11) und Ziel (13) jeweils mittels eines an diesem angeordneten, satellitengestützten Positionεbestimmungssystems (GPS; DGPS) erfaßt werden.
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