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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren für
eine Feuerleitung einer begrenzt richtbaren Waffenstation, beispielsweise
für eine in einem Waffen-Pod integrierte Waffe.
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Waffen-Pods
mit starr eingebauten Maschinenkanonen oder Maschinengewehren sind
insbesondere bei Starr- und Drehflüglern in der Nutzung. Es
hat sich gezeigt, dass ein präziser Waffeneinsatz mit dieser
Konfiguration nur in geminderter Qualität erreicht werden
kann, da der Pilot stets das gesamte Fluggerät auf das
Ziel ausrichten muss, wobei der Vorhalt im notwenigen Flugmanöver
berücksichtigt werden muss. Eine Feinausrichtung der Waffe
ist nur minimal möglich. Bislang ist die Feuerleitung im
Wesentlichen darauf beschränkt, die Trajektorien der Munition
anzuzeigen. Die Aufgabe des Piloten liegt dann darin, die Geschossflugbahn
durch entsprechende Flugmanöver mit dem Ziel in Deckung
zu bringen. Die Treffergenauigkeiten sind aufgrund dieser Feuerleitung
nicht zufriedenstellend. Bei Zielen in Bewegung versagt dieses Verfahren
vollkommen. Die Verwindungen in der Flugzelle und die Verwindungen
der Aufhängepunkte des Pods gegenüber der Zelle
tragen zudem ebenfalls zu erheblichen Ablagen der Visierlinie zur
Rohrachse der Waffe bei.
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In
der
DE 10 2005
007 786 A1 ist die Munitionszuführung für
ein Gun Pod beschrieben, wobei auch auf den Aufbau eines derartigen
Waffen-Pods näher eingegangen wird. Weitere Gun Pods sind
u. a. in der
US 4,121,496
A sowie der
US
3,352,207 A offenbart.
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Die
WO 2004/042315 A2 schlägt
vor, die Waffe eines derartigen Waffen-Pods in Azimut und Elevation
zu richten. Dazu weist das Gehäuse des Waffen-Pods eine
entsprechende Öffnung auf, die ein Verschwenken des Waffenrohres
erlaubt. Das Verschwenken erfolgt über in dem Pod integrierte Vorrichtungen.
Das Waffen-Pod selbst bleibt starr mit dem Tragflügel des
Flugzeuges verbunden. Nachteilig ist, dass die Größe
der Öffnung eine geringe maximale Richtbarkeit der Waffe
mit sich bringt.
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Es
wurde bereits versucht, diese Mängel durch Stabilisierung
des Waffen-Pods auszugleichen und eine autonome Zielverfolgung am
Waffen-Pod zu integrieren. In diese Richtung weist die nicht vorveröffentlichte
DE 10 2008 048 600.0 .
Hier wird ein Adapter zwischen den Aufhängepunkten einer
Flugzelle (Träger mit Lastenschloss) und dem Pod vorgesehen,
welcher auch die Aufgabe des so genannten Lastenschlosses übernimmt,
die Stabilisierung bewirkt und die Ausrichtung der Waffe auf ein
Ziel auf Basis der autonomen Zielverfolgung einleitet.
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Aus
der
DE 10 2005
041 705 A1 ist ein Verfahren zur Raum- und Luftüberwachung
bekannt. Ein Verfahren zur Optimierung eines Feuerauslösens
einer Waffe wird in der
DE 10 2005 041 704 A1 publiziert. Letztere
schlägt vor, Feuerkommandos und erwartete Treffpunkte eines
Geschosses und dem Ziel mit Hilfe eines Algorithmus zu ermitteln,
ohne einen Feuerstoß real auszulösen. Dazu werden
das Ziel gesucht, der Algorithmus zugeschaltet und hypothetische
Daten ermittelt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe
der Schaffung einer modernen Feuerleitung für eine begrenzt
richtbare Waffe.
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Gelöst
wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte
Ausführungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Der
Erfindung liegt die Idee zugrunde, dem Piloten zuerst eine optimale
Schussposition an- bzw. zuzuweisen. Nachdem diese Position dann
durch das Trägersystem eingenommen worden ist, wird das
Ziel mit Hilfe eines integrierten Zielfolgesensors autonom bekämpft.
Dem Piloten wird somit ein „Bekämpfungsfenster” aufgezeigt,
das er durch entsprechende Flugmanöver (angezeigt oder
individuell durch den Piloten vorgenommen) einnehmen soll. Ist dieses
Fenster erreicht, leitet die Feuerleitung autonom die Ausrichtung
der Waffe auf das Ziel mit anschließender Zielbekämpfung
ein.
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Die
DE 10 2008 015 423
A1 beschäftigt sich mit einem Visier mit Zielsicht
für Waffen insbesondere mit Munition für gestreckte
oder überhöhte Flugbahnen. Um hier nicht die gesamte
Visiereinrichtung einer Waffe zu verdrehen, wird nur die Visierlinie
verdreht. Die Strahlenumkehr erfolgt durch Einbindung von Spiegeln.
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Ein ähnlicher
Ansatz findet auch hier Eingang. So wird zur Erweiterung des Sichtbereiches der
Feuerleitung ein Kippspiegel mit Antrieb zur Ausrichtung der Visierlinie
(oder einer Optik selben Effektes) unabhängig von der Ausrichtung
der Waffe eingebunden. Zur Realisierung dieses größeren
Sichtbereiches gegenüber dem Richtbereich der Waffe wird
der Kippspiegel (oder die Optik) so ausgelegt, dass die Visierlinie
in einem deutlich größeren Sichtbereich gegenüber
dem Richtbereich der Waffe geführt werden kann. Diese Mittel
dienen somit im vorliegenden Fall erfindungsgemäß zur
Erweiterung des Sichtbereiches.
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Während
also bekannte Feuerleitungen sich dadurch definieren, dass der Sichtbereich
gleich dem Richtbereich ist (mit dem Visier wird gleichzeitig die Waffe
ausgerichtet und gezielt), werden diese nunmehr funktional entkoppelt.
Mit dem Visier wird ein Schusskorridor aufgetan und erst später
die Waffennachführung realisiert. Die Zielbekämpfung
erfolgt somit durch eine von der Waffe entkoppelte Zielerfassung,
einer Einnahme der Zielposition mittels Flugmanöver und/oder
(wenn ausreichend) dem Richten der Waffe auf dieses Ziel sowie der
dann eingeleiteten eigentlichen Bekämpfung.
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Bei
der derzeit üblichen Ausstattung von Starr- und Drehflüglern
mit Rohrwaffen ist zwar eine Feuerleitung mit Vorhalteberechnung
vorhanden, aber die Waffe ist nicht stabilisiert. Bei einer nachträglichen
Stabilisierung der Waffe kann somit die vorhandene Feuerleitung
zur Vorweisung auf das Ziel genutzt werden. Die notwendige Stabilisierung wird
dann durch die Komponenten der richtbaren Waffenstation erreicht.
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Die
Feuerleitung wird zur Vorweisung derart ausgeführt, dass
sie einen deutlich erweiterten „Sichtbereich” gegenüber
dem eingeschränkten Waffenrichtbereich aufweist und über
eine autonome Zielerfassungs- und -folgesensorik verfügt.
Wird ein Ziel im Sichtbereich erfasst, so berechnet die Feuerleitung
aufgrund potentieller Flugmanöver in Abhängigkeit
von der Aerodynamik des Fluggerätes eine einzunehmende
Schussposition (des Flugzeuges) und weist diese im Head-Up-Display
aus. So wird beispielsweise durch Auswerten der Zielspur und Berücksichtigung
potentieller Flugmanöver des Trägersystems (Flugzeug)
aufgrund seiner Aerodynamik durch die Feuerleitung eine optimale
(Trefferwahrscheinlichkeit ergebende) Position zum Einsatz der Waffe
berechnet. – Die Feuerleitung kann parallel auch auf abgespeicherte
Informationen zurückgreifen, die beispielsweise aus früheren
(ähnlichen oder vergleichbaren) Manövern gewonnen
worden sind. – Das Ziel wird während der Phase
der Einblendung der Position im Head-Up-Display des Piloten durch die
Feuerleitung weiterverfolgt. Ist die geeignete Position eingenommen,
in der eine Zielbekämpfung innerhalb der engen Richtbereichsgrenzen
der Waffe möglich ist, erfolgt die eigentliche Waffennachführung
durch die Feuerleitung.
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Für
diese Aufgabe sollten in der Feuerleitung in der Regel folgende
Komponenten zur autonomen Zielverfolgung und Stabilisierung integriert
sein: ein Wärmebildgerät/TV zur Zielverfolgung
ein Laserentfernungsmesser zur Zielabstandsmessung, ein Videohacker
zur Zielverfolgung, ein Waffenrechner zur Ermittlung der Daten für
das Ausrichten der Waffe auf das Ziel sowie Azimut- und Elevationsantriebe
zum Ausrichtung des Waffen-Pods, wie sie teilweise bereits in der
DE 10 2008 048 600.0 vorgeschlagen werden.
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Die
inertiale Spiegelstabilisierung und die Tracking-Regelung sind beide
unabhängig von der Waffennachführung. Die LOS
wird durch den Tracker auf dem Ziel gehalten. Aufgabe des Waffen-Nachführungsregelungskreises
ist es, die Waffe auf die Spiegelposition zu führen. Dabei
werden jedoch Aufsatz und Vorhaltewerte geeignet eingerechnet, sodass sich
zwischen der idealen Flugrichtung und der Waffenposition eine entsprechende
Differenz ergibt.
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Kann
die Waffe wegen ihres geringen Stellbereiches die gewünschte
Position nicht (vollständig) erreichen, verharrt sie durch
eine, in der Steuerung programmierte Begrenzung unmittelbar vor
den mechanischen Anschlägen der Waffenplattform. Der Pilot
erhält nun auf geeignete Weise eine Information darüber,
welcher Positionsfehler (Fehler in der Flugrichtung) vorliegt. Seine
Aufgabe besteht dann beispielsweise darin, das Flugzeug so zu manövrieren, dass
es die gewünschte Flugrichtung beibehält. Automatismen
zur Flugrichtungsregelung sind auch möglich. Sofern der
Stellbereich der Waffenplattform ausreicht, wird eventuell gleichzeitig
die Waffe aus den Endanschlägen gelöst. Ist die
Waffe in ihren freien Stellbereich zurückgeführt,
wird die Stabilisierung wirksam und das Ziel ist nunmehr bekämpfbar.
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Alternativ
zum Kippspiegel kann, wie bereits erwähnt, in einer weiteren
Ausführung auch eine Optik gewählt werden, die
hierbei jedoch beispielsweise ein erheblich größeres
Sichtfenster aufweist. In diesem Fall können dann das Wärmebildgerät
bzw. die Kamera starr eingesetzt werden. Die Zielpositionsbestimmung
könnte hier dann mit Methoden der Bildverarbeitung im Bild
erfolgen. Die beweglichen Anteile reduzieren sich dann auf eine
reine Waffennachführung.
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Mit
diesem Verfahren wird die Präzision der Waffe auch bei
geringen Richtbereichen im Einsatz erheblich gesteigert.
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Anhand
eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung
näher erläutert werden.
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Es
zeigt:
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1 einen
Adapter mit Waffen,
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2 eine
Prinzipskizze der Sichterweiterung,
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3 ein
Regelungs- und Feuerleitkonzept,
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4a, 4b die
einzelnen Phasen eines Bekämpfungsvorgangs,
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5 eine
Anzeige im Display.
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1 zeigt
mit 30 einen Piloten eines Trägersystems 1 für
eine Waffenanlage 2. Mit 3 ist eine Sensor-Einheit
in einem Adapter 10 mit beispielsweise einem Wärmebildgerät 4 und/oder
TV (nicht weiter dargestellt), Laserentfernungsmesser 5 und
einer IMU (Inertial Measuring Units – nicht näher
dargestellt) gekennzeichnet (3). Diese
Baugruppen sind wesentliche Bestandteile einer Feuerleitung.
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Das
Wärmebildgerät 4 oder TV dient zur Zielverfolgung,
der Laserentfernungsmesser 5 oder dergleichen zur Zielabstandsmessung,
der Videotracker 6 zur Zielverfolgung. Ein Waffenrechner 7 (z.
B. Feuerleitrechner zur Feuerleitung) besitzt die Aufgabe der Initialisierung
der Ausrichtung der Waffe bzw. der Waffenanlage 2 auf das
Ziel 11. Diese Ausrichtung kann über Antriebe 8, 9 in
Azimut- und Elevation ausgerichtet werden. Weitere für
die Datenauswertung und Ansteuerung der Antriebe 8, 9 etc.
benötigte Elektroniken 20 können sich
gleichfalls im Adapter 10 befinden.
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Zur
Vergrößerung des Sichtbereiches wird eine Optik 21 eingebunden
und so ausgelegt, dass die Visierlinie in einem deutlich größeren
Sichtbereich 13 gegenüber dem Richtbereich der
Waffe 2 geführt werden kann. In diesem vergrößerten
Sichtbereich 13 erfolgt dann der eigentliche Bekämpfungsablauf
bzw. Bekämpfungsvorgang, wie in den 4a und
b gezeigt. In einer einfachen Ausführung handelt es sich
bei der Optik 21 um einen Kippspiegel (2). 2 zeigt
eine Prinzipskizze der beweglichen Anteile der Sichterweiterung
mittels Kippspiegel 21 und seinen beweglichen Spiegeln 22, 23 für
die Bewegung in der Elevation bzw. die Bewegung im Azimut. Der vergrößerte
Sichtbereich 13 wird in einem Fenster 12 angezeigt,
dieses durch Flugmanöver etc. eingenommen.
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Der
Bekämpfungsablauf erfolgt in der Regel mit einer Zielakquisition,
die vorgenommen wird, der sich die Zielzuweisung (Markierung des
Zieles) und Zielverfolgung (automatische Zielverfolgung durch ein
Wärmebildgerät 4 und Tracker) anschließen. Hieraus
werden Zieldaten generiert, die Aussagen bezüglich der
Zielspur und der Zielentfernung treffen. Nach Berechnung erfolgt
die Anzeige eines Schusssektors. Mit Kenntnis erfolgt ein Flugmanöver
zur Einnahme des Schusssektor durch den Piloten 30 oder
automatisch, beispielsweise durch Algorithmen und/oder hypothetische
Daten (im System hinterlegt/gespeichert). Die Feuerleitung, beispielsweise im
Feuerleitrechner 7, ermittelt dann durch Berechnung den
Vorhalt und den Aufsatz. Danach wird der Schuss freigegeben, das
Ziel 11 bekämpft.
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Ein
Anzeigevorschlag im Head-Up-Display des Piloten 30 ist
in 5 aufgezeigt. Mit AAUF ist
dabei der Aufsatz, mit SSoll die Flugrichtung-Sollposition und
IIst – die Flugrichtung-Istposition
gekennzeichnet. Die Korrekturinformationen für den Piloten 30 bezüglich
der Flugmanöver sind durch die Werte KKor dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005007786
A1 [0003]
- - US 4121496 A [0003]
- - US 3352207 A [0003]
- - WO 2004/042315 A2 [0004]
- - DE 102008048600 [0005, 0015]
- - DE 102005041705 A1 [0006]
- - DE 102005041704 A1 [0006]
- - DE 102008015423 A1 [0010]
