CH656453A5 - Device for firing simulation using light pulses - Google Patents

Description

Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

6s Durch die Erfindung wird der Vorteil ereicht, dass zur

Berücksichtigung der Eigenbewegung des Ziels nur eine einzige Messung zum Zeitpunkt der Schussauslösung erfor-

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur derlich ist, also eine Messung, die mittels des den Schuss

simulierenden Lichtsignals mit durchgeführt werden kann. Nach Auslösung des simulierten Schusses kann, wie beim realen Schiessen auch, die Richtbeziehung zwischen Waffe und Ziel sofort wieder aufgegeben werden. Durch das erfin-dungsgemässe Verfahren wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Ziels zum Zeitpunkt der Schussabgabe vektoriell in Bezug auf die Linie Waffe-Ziel bestimmt und daraus kann durch Multiplikation mit der Geschossflugzeit die zu erwartende Gesamtbewegung des Ziels während der Geschossflugzeit, sowohl quer als auch längs zur Visierlinie, extrapoliert werden. Dieses stimmt mit der tatsächlichen Gesamtbewegung des Ziels während der Geschossflugzeit unter der Annahme überein, dass das Ziel sich gleichförmig bewegt. In der Praxis führt dies zu hinreichend genauen Ergebnissen, da abrupte Geschwindigkeits- oder Richtungsänderungen des Ziels innerhalb der nur wenige Sekunden dauernden Geschossflugzeit unwahrscheinlich sind.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 erläutert schematisch die Beziehung zwischen Waffe und Ziel.

Fig. 2 und 3 zeigen schematisch ein Blockschaltbild der für das erfindungsgemässe Verfahren waffenseitig und zielseitig vorhandenen Einrichtungen gemäss einer Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Kampffahrzeug 11 mit einer Schusswaffe 12 dargestellt, deren Visierlinie mit 13 bezeichnet ist. Mit der Waffe gekoppelt ist ein Lasersender 15 derart, dass seine Aussenderichtung exakt parallel zur Visierlinie 13 gerichtet ist. Der Lasersender 15 ist vorzugsweise (abweichend von der Zeichnung) an oder im Lauf der Waffe 12 angeordnet. Im Betrieb sendet der Lasersender 15 Lasersignale aus, die eine Strahlungskeule oder einen Raumwinkel 17 gleichzeitig oder nacheinander ausfüllen und dabei vorzugsweise ein Abtastmuster bilden, wie im folgenden noch erläutert wird. Die Divergenz der Strahlungskeule 17 ist übertrieben dargestellt und beträgt in der Praxis nur wenige mrad. Am Waffenfahrzeug 11 befindet sich ferner ein Empfänger 19 für vom Ziel reflektiertes Laserlicht 21.

In der typischen Kampfentfernung (vgl. rechte Hälfte der Fig. 1) hat sich die Strahlungskeule 17 so aufgeweitet, dass ein Zielobjekt 23 auch dann noch von der Strahlungskeule erfasst wird, wenn es eine mehr oder weniger grosse Ablage A in horizontaler und auch vertikaler Richtung von der Visierlinie 13 hat, wobei die noch zulässige Ablage A mindestens in der Grössenordnung der beim Schiessen typischerweise einzustellenden Vorhaltwinkel liegen sollte. Das Zielobjekt 23 ist mit einer Empfänger-Reflektoreinheit 25 für die Laserstrahlung ausgerüstet. Diese besteht einerseits aus mehreren Retro-Reflelctoren, sogenannten Winkelprismen, die kranzförmig so nach allen Richtungen ausgerichtet sind, dass je nach der Einfallsrichtung einer der Reflektoren von dem auf die Einheit 25 treffenden Laserlicht 27 einen Anteil 21 in die gleiche Richtung zurückreflektiert, so dass dieser Teil den waffenseitigen Empfänger 19 trifft. Ferner weist die Einheit 25 einen richtungsempfindlichen Detektor auf, der einen anderen Teil des auf die Einheit 25 treffenden Laserlichtes 27 relativ zu einer Bezugslinie des Zielobjektes 23 feststellt. Wenn die Empfängerreflektoreinheit 25, wie bevorzugt, am drehbaren Turm des Zielfahrzeugs 23 angeordnet ist, stellt der richtungsempfindliche Detektor den Winkel a zwischen der Einfallsrichtung der Laserstrahlung 27 und einer Bezugslinie, z.B. der Längsachse 29 des Turmes fest, und es ist ferner ein Winkelgeber vorgesehen, der den Winkel ß zwischen der Längsachse 29 des Turmes und der mit der Fahrtrichtung

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übereinstimmenden Längsachse 31 des Zielfahrzeuges 23 feststellt.

Das Schusssimulationssystem ist in bekannter Weise so eingerichtet, dass anhand des vom Ziel 23 zurückreflektierten s und vom Empfänger 19 empfangenen Laserlichtes 21 einerseits die Entfernung des Ziels und andererseits dessen Ablage A von der Visierlinie bestimmt werden könnte. Für die Bestimmung der Ablage A gibt es verschiedene Möglichkeiten. Z.B. kann der vom Lasersender 15 ausgesendete io Laserstrahl innerhalb des Raum Winkels 17 ein Abtastmuster durchlaufen, wobei die Lage der einzelnen Lasersignale innerhalb des Abtastmusters durch den Zeitpunkt ihrer Aussendung und/oder durch Impulscodierung identifiziert wird. Das Abtastmuster kann insbesondere so gestaltet sein, dass ls unterschiedliche impulscodierte Laserstrahlbündel gleichzeitig oder nacheinander in verschiedene Richtungen derart ausgesendet werden, dass sie lückenlos matrixartig aneinan-dergrenzen und insgesamt den Raumwinkel 17 ausfüllen. Wird die Impulscodierung des zum Empfänger 19 zurückre-20 flektierten Laserlichtes 21 analysiert, so kann daraus dessen Lage im Abtastmuster und damit die Ablage A des Ziels 23 in Seiten- und Höhenrichtung bestimmt werden. Eine andere Möglichkeit, die im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens angewendet werden kann, besteht darin, dass der 25 Laserstrahl durch bewegte optische Elemente so abgelenkt wird, dass erinnerhalb des Raum Winkels 17 ein Abtastmuster durchläuft. Denkbar ist auch ein System, bei dem das Laserlichtbündel den gesamten Raumwinkel 17 ausfüllt, und der Detektor 19 ein richtungsempfindlicher Detektor ist, der die 30 Winkelabweichung des reflektierten Strahls 21 von der Visierlinie 13 feststellt. Da dieser Winkel aber sehr klein ist, ist die zu seiner Erfassung erforderliche Messgenauigkeit des Empfängers 19 mit vertretbarem Aufwand kaum realisierbar.

Erfindungsgemäss wird nun ausser der Entfernung des 35 Ziels 23 und seiner Ablage A von der Visierlinie 13 auch die momentane Fahrgeschwindigkeit des Ziels 23 bestimmt, und zwar vektoriell in Bezug auf die Verbindungslinie Waffe-Ziel. Hierzu wird einerseits mittels des Tachometers die Fahrgeschwindigkeit in Richtung der Fahrzeuglängsachse 31 40 gemessen, und andererseits werden, wie angegeben, die Winkel a und ß und damit der Gesamtwinkel a + ß zwischen der Fahrzeuglängsachse 31 und der Verbindungslinie Ziel-Waffe bestimmt. Dieser Winkel stimmt praktisch überein mit dem Winkel zwischen der Fahrzeuglängsachse 31 und der 45 Visierlinie 13. Aufgrund des so hergestellten Richtungsbezuges kann die Fahrgeschwindigkeit des Ziels 23 in ihrer Komponenten senkrecht und parallel zur Visierachse 13 zerlegt werden. Diese Information wird bei der Schussauswertung in der Weise berücksichtigt, dass durch Multiplikation so der Geschwindigkeitskomponenten mit der sich aus der Zielentfernung ergebenden Geschossflugzeit die gesamte - unter der Annahme gleichförmiger Bewegung des Ziels - zu erwartende Ortsveränderung des Ziels 23 während der Geschossflugzeit errechnet wird. Die Ortsveränderung quer zur Visierst linie 13 ist mit dem vom Schützen gewählten Vorhalt zu vergleichen. Die Ortsveränderung parallel zur Visierlinie ist bei der Bewertung des vom Schützen eingestellten ballistischen Aufsatzwinkels zu berücksichtigen. Falls die Schussauswertung am Waffenfahrzeug 11 erfolgt, sind die Informationen so über die Geschwindigkeitskomponenten des Ziels 23 von diesen zum Waffenfahrzeug 11 zu übertragen. Dies kann beispielsweise per Funk oder durch einen eigenen modulierbaren Laserlichtsender geschehen, oder auch - wie bei der dargestellten Ausführungsform - in der Weise, dass dem 65 reflektierten Laserlichtstrahl 21 die entsprechende Information als Impulscode aufmoduliert wird.

Gemäss dem Blockschaltbild nach Fig. 2 gehören zu den am Waffenfahrzeug 11 vorgesehenen Einrichtungen zunächst

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der Lasersender 15, der durch ein Steuergerät 33 so gesteuert wird, dass er unterschiedlich codierte Laserlichtsignale in verschiedene, matrixartig aneinandergrenzende Raumwinkelsektoren innerhalb des gesamten Raum winkeis 17 aussendet. Ferner ist der bereits erwähnte Empfänger 19 vorgesehen, der die vom Ziel retroreflektierte Strahlung 21 empfängt. Diese enthält einerseits den vom Steuergerät 33 erzeugten Impulscode, aus dem die Zielablage A von der Visierlinie 13 bestimmt wird, und andererseits - bei dieser Ausführungsform - einen zielseitig aufmodulierten Impulscode, der die Information über die Geschwindigkeitskomponenten des Ziels enthält.

Die Ausgangssignale des Empfängers 19 gelangen einerseits in eine Entfernungsmessstufe 35, in der aufgrund des Zeitintervalls zwischen Aussendung und Empfang des Lasersignals die Entfernung d des Ziels berechnet wird. In weiteren Stufen 37 kann aus der Entfernung d unter Heranziehung von in einem Speicher 39 gespeicherten Daten über Munitionstyp und Flugbahn die zu erwartende Flugzeit t des Geschosses berechnet werden.

Andererseits gelangen die Ausgangssignale des Empfängers 19 in einen Decoder 41, der aus der Signalcodierung einerseits die Lage des empfangenen Laserlichts in dem Abtastmuster und hieraus die Ablage A des Ziels 23 in Höhen- und Seitenrichtung bestimmt und andererseits aus der dem Signal zielseitig aufmodulierten Impulscodierung die Information über die Komponenten der Geschwindigkeit v des Ziels ermittelt.

Diese Informationen werden in den Auswerterechner 43 gegeben, der hieraus und gegebenenfalls anhand weiterer aus dem Speicher 39 erhaltener Daten errechnet, welche Ablage der Einschlagpunkt des simulierten Schusses von der Position hat, die das Ziel am Ende der Geschossflugzeit t unter der Annahme konstanter gleichförmiger Bewegung haben würde. Anhand dieses Auswertungsergebnisses kann angezeigt werden, ob der simulierte Schuss bei Verwendung tatsächlicher Munition und bei Zugrundelegung der vom Schützen gemachten Annahmen über Vorhaltwinkel, ballistischen Aufsatzwinkel usw. das sich bewegende Ziel getroffen hätte, bzw. um wieviel und in welcher Richtung das Ziel verfehlt worden wäre. Dieses Ergebnis der Auswertung des simulierten Schusses kann in einem Anzeigegerät 45 angezeigt werden, das beispielsweise einen Bildschirm aufweisen kann, auf welchem ein Fadenkreuz den Haltepunkt der Waffe 12 anzeigt und auf welchem eine das Ziel symbolisierende Marke 47 die Lage des Ziels relativ zum Haltepunkt im Augenblick der Auslösung des Schusses bzw. in einer anderen Position 47' die Lage des Ziels am Ende der Geschossflugzeit darstellt.

Die zielseitig erforderlichen Einrichtungen bestehen gemäss Fig. 3 aus einem Retroreflektor 51 in Form von kranzförmig angeordneten Winkelprismen, und aus dem richtungsempfindlichen Detektor 53. Dieser kann in verschiedener Weise ausgebildet sein. Dargestellt ist ein kegelförmiger Reflektor 55, der die eintreffende Strahlung 27 richtungsabhängig auf eine von zahlreichen, kranzförmig angeordneten Detektorelementen 57 ablenkt. Stattdessen können auch ein oder mehrere übliche Quadrantendetektoren vorgesehen sein. Eine andere Möglichkeit für die Ausgestaltung des richtungsempfindlichen Detektors ist in der DE-OS 2 931 818 beschrieben und besteht aus zahlreichen, je einem Einfallswinkelsektor zugeordneten Detektoren, die an eine Kette von Verzögerungsgliedern angeschlossen sind, wobei aus dem Laufzeitunterschied der die Verzögerungskette in der einen und anderen Richtung durchlaufenden Signale der jeweils die Strahlung empfangende Detektor und damit die Einfallsrichtung bestimmt werden kann.

Die Ausgangssignale des richtungsempfindlichen Detektors 53 werden einer Auswerteeinheit 59 zugeführt. Diese empfängt auch das Ausgangssignal eines die Winkelstellung ß zwischen dem Turm und der Längsrichtung des Zielfahrzeugs 23 erfassenden Winkelgebers 61 sowie das Ausgangssignal von dem die Fahrgeschwindigkeit des Zielfahrzeugs 23 messenden Tachometer 63. Aus diesen Eingabesignalen errechnet die Auswerteeinheit 59 die Komponenten der vek-toriellen Geschwindigkeit v des Ziels 23 senkrecht und parallel zur Visierlinie 13. Diese Information wird in ein Steuergerät 25 impulscodiert und durch entsprechende Ansteue-rung eines dem Reflektor 51 vorgeschalteten optischen Modulators 67 auf den retroreflektierten Strahl 21 aufmoduliert.

Abweichungen von der dargestellten Ausführungsform sind im Rahmen der Erfindung möglich. So ist die Erfindung auch anwendbar bei Schusssimulationsverfahren, bei denen zur Bestimmung der Ablage A des Ziels andere bekannte Methoden verwendet werden, z.B. ein mittels bewegter optischer Elemente abgelenktes, ein Abtastmuster durchlaufendes Laserstrahlungsbündel. Die Übertragung der Information über die vektorielle Zielgeschwindigkeit zur Auswerteeinrichtung am Waffenfahrzeug 11 kann, anders als dargestellt, auch über Funk od. dgl. erfolgen. Die Ablagebestimmung des Ziels kann auch am Ziel selbst anhand des empfangenen Laserlichtes erfolgen. In diesem Fall kann der zielsei-tige Retroreflektor 51 und der waffenseitige Empfänger 19 entfallen. Auch die gesamte Schussauswertung kann am Ziel 23 vorgenommen werden, wobei dann eine Übertragung der waffenbezogenen Daten von der Waffe zum Ziel, z.B. per Funk oder durch entsprechende Codierung des den Schuss simulierenden Lasersignals, erfolgen muss. Solche und andere Abweichungen von der dargestellten,Ausführungsform liegen im Rahmen der Erfindung.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

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   PATENTANSPRÜCHE Schusssimulation mit Lichtimpulsen, mit einem waffensei-

   1. Einrichtung zur Schusssimulation mit Lichtimpulsen, tigen Sender zum Aussenden von Lichtimpulsen in einem mit einem waffenseitigen Sender zum Aussenden von Licht- visierbezogenen Abtastmuster, einem ziel- oder waffensei-impulsen in einem visierbezogenen Abtastmuster, einem ziel- tigen Empfänger für die vom Ziel empfangenen bzw. reflek-oder waffenseitigen Empfänger für die vom Ziel empfan- s tierten Lichtimpulse, einer auf die Lager der empfangenen genen bzw. reflektierten Lichtimpulse, einer auf die Lage der Lichtimpulse im Abtastmuster entsprechende Ablagebestim-empfangenen Lichtimpulse im Abtastmuster ansprechende mungseinrichtung zum Bestimmen der Ablage des Ziels von Ablagebestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Ablage der Visierlinie und einer Auswerteeinrichtung zur Bewertung des Ziels von der Visierlinie und einer Auswerteeinrichtung des simulierten Schusses aufgrund der ermittelten Ablage zur Bewertung des simulierten Schusses aufgrund der ermit- io und weiterer gemessener oder eingegebener Informationen, telten Ablage und weiterer gemessener oder eingegebener Es dient zur Schussausbildung unter möglichst realistischen Informationen, dadurch gekennzeichnet, dass zielseitig eine Bedingungen und mit möglichst präziser Bewertung des Tref-Vorrichtung (53) zum Ermitteln der Einfallsrichtung der fererfolges des Schussvorganges, aber ohne die Notwendig-Lichtimpulse relativ zur Fahrtrichtung des Ziels (23), eine keit der Verwendung von Übungsmunition. Zu den vom Vorrichtung (59) zum Erzeugen einer Information, die den is Schützen beim Richten der Waffe zu berücksichtigenden Betrag der Fahrgeschwindigkeit des Ziels und ihre Richtung Grössen gehört insbesondere die Eigenbewegung des erfassrelativ zur ermittelten Einfallsrichtung repräsentiert, und ten Ziels. Diese macht bei quer zur Visierlinie gerichteten eine Vorrichtung (51,65) zum Zuführen dieser Information Bewegungskomponenten einen entsprechenden Vorhalt der zur Auswerteeinrichtung (43) vorgesehen sind. Waffe, bei parallel zur Visierlinie gerichteten Bewegungs-
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 20 komponenten eine Änderung des ballistischen Aufsatzwin-dass die zielseitige Vorrichtung mindestens einen richtungs- kels nötig, um die während der Geschossflugzeit erfolgende empfindlichen Empfänger (53) für die Lichtimpulse aufweist. Ortsveränderung des Ziels zu berücksichtigen. Die Abschät-
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, zung der Eigenbewegung des Zieles und ihre Verknüpfung dass der Empfänger (53) an einem relativ zum Fahrgestell mit der Zielentfernung, der voraussichtlichen Geschossflug-drehbaren Teil des Ziels (23), insbesondere am Turm eines 25 zeit usw. zwecks Ermittlung des korrekten Vorhalt- und Auf-Kampffahrzeuges, angeordnet ist, dass ein Winkelgeber (61) satzwinkels, mit oder ohne Verwendung eines Feuerleitrech-zum Feststellen der Drehstellung zwischen dem drehbaren ners, gehören zu den besonders schwierigen Tätigkeiten des Teil und dem Fahrgestell vorgesehen ist, und dass die Infor- Schützen, auf die ein entsprechender Ausbildungsaufwand mation über die Winkelbeziehung zwischen Fahrtrichtung verwendet werden muss. Erwünscht ist deshalb ein Schuss-und Einfallsrichtung in Abhängigkeit von dem vom Emp- 30 simulationsverfahren der genannten Art für ballistische fänger ermittelten Einfallswinkel und dem vom Winkelgeber Geschosse, das es gestattet, auch die Eigenbewegung des festgestellten Drehwinkel erzeugt wird. Zieles automatisch zu erfassen und mit den vom Schützen
4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch beim Richten der Waffe zugrunde gelegten Annahmen über gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (43) eine Mul- die Zielbewegung in Beziehung zu setzen, um zu einer reali-tiplikationsstufe aufweist, die durch Multiplikation der 35 stischen Aussage über die Trefferwahrscheinlichkeit zu ermittelten Fahrbewegungskomponenten des Ziels mit der gelangen.

   aufgrund der gemessenen Entfernung ermittelten Geschoss- Bekannt ist aus DE-AS 2 262 605 ein Verfahren zur Schussflugzeit die gesamte vom Ziel während der Geschossflugzeit simulation, bei dem die Eigenbewegung des Ziels während voraussichtlich zurückgelegte Bewegungsstrecke ermittelt der Geschossflugzeit dadurch ermittelt wird, dass sowohl am und der weiteren Schussauswertung zugrundelegt. 40 Beginn als auch am Ende der simulierten Geschossflugzeit
5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch die Zielentfernung und die Zielablage von der Visierlinie mitgekennzeichnet, dass am Ziel eine Sendeeinrichtung zum tels ausgesendeter Lichtsignale bestimmt wird. Dieses Ver-Übermitteln der die Fahrbewegung des Ziels betreffenden fahren ist aber für die Praxis nicht brauchbar, weil es voraus-Information zur waffenseitigen Auswerteeinrichtung vorge- setzt, dass während der gesamten Geschossflugzeit die Waffe sehen ist. 45 unverändert auf das Ziel gerichtet gehalten wird. Dies ist rea-
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, litätsfremd, weil in der Praxis sofort nach der Schussauslö-dass die Sendeeinrichtung aus einem einem Retroreflektor sung die Vorbereitung des nächsten Schusses, einschliesslich (51 ) für die von der Waffe kommenden Lichtimpulse vorge- einer Neuausrichtung der Waffe, gegebenenfalls auch auf ein schalteten steuerbaren optischen Modulator (65) besteht, der anderes Ziel, beginnen muss. Ausserdem ist die Genauigkeit, den retroreflektierten Lichtimpulsen eine die betreffende so mit der bei dem bekannten Verfahren die Visierausrichtung Information repräsentierende Impulscodierung aufprägt. während der gesamten Geschossflugzeit konstant gehalten
7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch werden müsste, um zu einer zuverlässigen Bestimmung der gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung am Zielobjekt Ortsveränderung des Ziels zu gelangen, in der Praxis nicht vorgesehen ist und dass waffenseitig eine Sendeeinrichtung realisierbar, insbesondere wenn die Waffe auf einem zum Übermitteln der waffenseitig in die Auswerteeinrichtung ss bewegten Fahrzeug montiert ist.

   einzugebende Informationen zum Ziel vorgesehen ist. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung gemäss dem
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welche eine Ein-dass die Informationsübermittlung von der Waffe zum Ziel beziehung der Eigenbewegung des Ziels während der ange-durch entsprechende Impulscodierung der den Schuss simu- nommenen Geschossflugzeit in die Schussbewertung ermög-lierenden Lichtimpulse erfolgt. co licht, ohne dass hierzu von den realen Kampfbedingungen
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekenn- abweichende Betätigungen der Waffe erforderlich sind, zeichnet, dass die Sendeeinrichtung als Funksendeeinrich- Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen tung ausgebildet ist. Mitteln gelöst. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der