DE102010036026A1

DE102010036026A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Effektivität einer Nebelwand zur Erzeugung einer wirksamen Nebelwolke

Info

Publication number: DE102010036026A1
Application number: DE102010036026A
Authority: DE
Inventors: Heinz Bannasch; Martin Fegg; Wolfgang Kittl; Johannes Maltan; Christian Wallner; Rudolf Salzeder
Original assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-03-01

Abstract

Vorgeschlagen wird, multispektrale Nebelwände zu schaffen, bei denen die Bedrohungsrichtung, Bedrohungsentfernung, Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Fahrtrichtung und Fahrtgeschwindigkeit in der zeitlichen und räumlichen Ausbringung der visuellen und infraroten Sichtlinienunterbrechung berücksichtigt werden. Um die Effektivität bzw. Wirksamkeit der Nebelwand (11, 13) zu bestimmen, ist vorgesehen, eine Kamera (4) und/oder ein Wärmebildgerät (5) mit einer bekannten Wurfanlage (2) zu kombinieren und die Bilder beider in einer Bild- und Datenverarbeitung auszuwerten, wobei in Auswertung dieser Informationen die Nebelwand (11, 13) stabilisiert bzw. erweitert wird, wenn gewisse Kriterien unterschritten werden.

Description

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem System bzw. einer Vorrichtung und Verfahren für das Erzeugen einer wirksamen Nebelwand bzw. Nebelwolke zum Schutz einer Plattform oder eines Zieles vor einer Bedrohung. Dabei werden mit einfachen Sensoren und Meßmitteln Umwelteinflüsse wie Windstärke, Windrichtung etc. als auch die Tatsache einer sich bewegenden Plattform/Ziels berücksichtigt.
Nebelsysteme zum Schutz von speziell militärischen Plattformen, insbesondere von Landfahrzeugen sind schon lange im Einsatz. Mit Hilfe derartiger Nebelsysteme soll die Sichtlinie des Feindes zum Ziel unterbrochen werden, um dadurch die gegnerische Zielerfassung, Zielverfolgung und Waffenlenkung zu beeinträchtigen.
So beschreibt die DE 199 51 767 A1 ein Verfahren zur Bereitstellung eines Scheinzieles sowie Tauschkörper. Auch die DE 196 17 701 C2 offenbart ein derartig gelagertes Verfahren. Eine Abschussvorrichtung für das Verschießen einer Mehrzahl von Wirkkörpern kann der DE 199 10 074 B4 entnommen werden. Mit einer Vorrichtung zum Schützen von Schiffen vor endphasengelenkten Flugkörpern beschäftigt sich die DE 103 46 001 B4 . Diese zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass hier auch Umweltdaten berücksichtigt werden. Ein Objektschutzsystem ist zudem Gegenstand der DE 10 2004 005 105 A1 . Ein leichtes Munitionsmagazin wird mit der DE 10 2006 004 954 A1 publiziert, während die DE 10 2005 054 275 A1 eine Selbstschutzanlage aufzeigt. Ein Flugkörper zur Erzeugung einer Nebelwand ist des Weiteren aus der DE 296 06 669 U1 bekannt.
Neben Nebelgeneratoren kommen vor allem Mörsersysteme zum Einsatz, wobei aus Wurfbechern simultan mehrere Nebeltöpfe verschossen werden. Diese Nebeltöpfe enthalten nebelwirksame Substanzen, welche eine Sichtlinienunterbrechung durch Streuung und/oder Reflexion und/oder Absorption und/oder Emission (Überstrahlung) bewirken. Als Nebelmittel kommen vorwiegend pyrotechnische Substanzen wie Hetachlorethan, Rotphosphor und Kohlenstoff sowie Metallstäube, beispielsweise Messingstaub, zum Einsatz. Je nach Nebelmittel erfolgt die Sichtlinienunterbrechung im sichtbaren und/oder auch in den Infrarotbereichen.
Aus der EP 0 588 015 B ist darüber hinaus ein einseitig transparenter Infrarot-Nebel bekannt, der durch einen Vorhang aus Infrarot emittierenden Partikeln gebildet wird, wobei das eigene Wärmebildgerät unter Beibehaltung einer ausreichenden Tarnwirkung nicht oder nur unwesentlich gestört wird. Dies wird durch eine spezielle Zusammensetzung der Partikel erreicht. Für die Minimierung des Einflusses dieser Wand auf das eigene Wärmebildgerät wird die Geräteoptik stark abgeblendet, womit eine große Tiefenschärfe erreicht wird.
Die Wirksamkeit der bekannten Nebelsysteme ist abhängig von den Umweltparametern vor Ort, wie Windgeschwindigkeit, Windrichtung und relative Luftfeuchte etc. derartige Parameter bleiben aufgrund der nicht vorbestimmbaren Werte unberücksichtigt. Der Nebel wird beispielsweise durch die Windeinwirkung nicht nur aus der Sichtlinie getrieben, sondern die Nebelwolke auch entsprechend zerfasert, sodass Lücken entstehen. Auch werden die Eigenbewegung und der spontane Einsatz des Nebelsystems in 360° nicht berücksichtigt. Ähnliche Einflüsse entstehen bei Windstille jedoch Fahrt des Fahrzeuges. Auch hier kann es passieren, dass die Sichtlinie nur kurzzeitig durch den Nebel unterbrochen wird. Zudem ist die Wirksamkeit beispielsweise eines Infrarotnebels anhängig von der Dichte der das Infrarot emittierenden Partikel. Durch Umwelt- und systembedingte Effekte entstehen zeitliche und räumliche Inhomogenitäten der Wand, was zu einer Einschränkung bzw. zu einem Wirksamkeitsverlust führt.
Hier stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein System aufzuzeigen, das einen optimalen Schutz eines Objektes insbesondere unter Berücksichtigung der vorgenannten Parameter realisiert.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, 2 das System betreffend und des Patentanspruchs 7, 8 das Verfahren betreffend. Vorteilhafte Ausführungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen aufgeführt.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, multispektrale Nebelwände zu schaffen, bei denen die Bedrohungsrichtung, Bedrohungsentfernung, Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Fahrtrichtung und Fahrtgeschwindigkeit in der zeitlichen und räumlichen Ausbringung der visuellen und infraroten Sichtlinienunterbrechung berücksichtigt werden.
Darüber hinaus sollen auch freundseitige transparente Nebelwände erzeugt werden können, die ein eigenes Wärmebildgerät unter Beibehaltung einer ausreichenden Tarnwirkung nicht stören. Dadurch wird erreicht, dass für die Plattform, beispielsweise ein Fahrzeug, durch die homogen verteilten infrarot strahlenden Partikel auch eine einseitig transparente Infrarotwirksamkeit geschaffen wird, diese aber vor einem feindlichen Angriff wind- und fahrzeugunabhängig geschützt werden.
Der Charme der Lösung liegt unter anderem darin, dass diese Informationen/Parameter jedoch nicht extra gemessen werden oder gar bekannt sein müssen. Vielmehr ist vorgesehen, dass die Gesamtheit dieser Informationen in der Nebelwolke selbst gemessen werden – Qualität und Quantität, d. h., deren Dichte und Homogenität –, wobei in Auswertung dieser Informationen dann diese Wand oder Wolke durch gezielten Verschuss weiterer Nebel erzeugender Mittel entsprechend stabilisiert bzw. erweitert werden kann. Die Auswertung selbst erfolgt dabei in einer Bild- und Datenverarbeitung.
Das Messen der Nebelwolke auf Dichte und Homogenität und damit die Wirksamkeit der Nebelwand im Umfeld der Sichtlinie wird im sichtbaren Bereich beispielsweise durch eine TV-Kamera bewerkstelligt, wobei in einer einfachsten Variante dies auch ein menschlicher Beobachter sein kann. Für die Infrarotbereiche wird ein Wärmebildgerät verwendet. Mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung wird im visuellen Bereich das aufgenommene Bild dahingehend untersucht, ob es im Umfeld der Sichtlinie die für den Rotphosphornebel typische weiße Reflexion aufweist. Im Infratorbereich wird das Bild des Wärmegerätes auf eine homogene, einseitig infrarotwirksame Partikeldichte analysiert.
Daher besteht das System aus einer Kombination von Sensoren und digitaler Bild- und Datenverarbeitung und zumindest einem Nebel-Werfer, der mit einer TV-Kamera, einem Wärmebildgerät sowie wenigstens einem UV-Sensor kombiniert werden kann. Ein Nebeleinsatzrechner bestimmt in Auswertung der Nebelwand bzw. Nebelwolke das weitere Ausbringen von Nebelmitteln durch den wenigstens einen Werfer. Nur zur Erweiterung der Systemfunktionalität kann ein Windsensor eingebunden werden, dessen Informationen zur besseren Ausrichtung des Werfers herangezogen werden können.
Angestrebt wird also eine Kombination einer guten Nebelwand für den Sichtbereich als auch einer ausreichenden Infrarotwirkung in der Nebelwand. Um die Effektivität bzw. Wirksamkeit der Nebelwand zu bestimmen, werden eine Kamera und/oder ein Wärmebildgerät mit einer bekannten Wurfanlage (Werfer) kombiniert. Die Bilder beider werden dann in einer Bild- und Datenverarbeitung ausgewerten, wobei in Auswertung dieser Informationen die Nebelwand stabilisiert bzw. erweitert wird, wenn gewisse Kriterien unterschritten werden.
Mit Hilfe des Systems und des Verfahrens ist es nunmehr grundsätzlich möglich, dass auch während der Fahrt der Plattform/Ziel/Objekt – beispielsweise bei Erkundungs- und/oder Konvoifahrten – eine Nebelmaßnahme extrem schnell wirkend ausgebracht und diese spontane, dichte Nebelwand aus der Freundsicht mit Hilfe eines Wärmebildgerätes durchdrungen werden kann. Durch die hinterlegten Algorithmen können diese Bilder des Wärmebildgerätes soweit optimiert werden, dass sie eine ausreichend gute Freundsicht schaffen ohne die Geräteoptik zu verändern. Somit wird durch das System ein Vorteil auch in unübersichtlichen Gefechtsfeldsituationen geschaffen. Durch eine entsprechende Sensor-System Rückkopplung ist es zudem möglich, diese Wirkung der einseitigen Transparenz stabil und dauerhaft aufrecht zu erhalten. Das schnelle Einleiten von geeigneten Gegenmaßnahmen unter Schutz ist ein weiterer Vorteil.
Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung der wesentlichen Baugruppen des Systems,
2 eine Darstellung einer Sichtlinienunterbrechung durch visuellen Nebel und Infrarot strahlende Partikel,
3 eine Darstellung des teilweisen Verlustes der Sichtlinienunterbrechung des visuellen Nebels,
4 eine Darstellung der Wiederherstellung der visuellen Nebelwirkung,
5 eine Darstellung der Analyse und Optimierung der Infrarotpartikel,
6a/b eine Darstellung des durch Infrarot-Partikel gestörten Wärmebildes aus Sicht „Freundseite” sowie nach deren Optimierung.
In 1 ist ein System bzw. eine Vorrichtung 1, bestehend zumeist aus einem Nebelwerfer 2, einem Rechner 3 sowie zumindest einem Wärmebildgerät 5 dargestellt. Weitere Baugruppen sind eine Kamera 4 und/oder UV-Sensoren 6 sowie bevorzugt einem Windsensor 7. Vorzugsweise im Rechner 3, hier ein so genannter Nebeleinsatzrechner, erfolgt eine digitale Bild- und Datenverarbeitung der Bilder der Kamera 4 und/oder des Wärmebildgerätes 5, wobei hierzu auch eine separate Baugruppe eingebunden sein kann.
In der Bild- und Datenverarbeitung hinterlegt sind Algorithmen zur Analyse der Nebelwirksamkeit (Qualität, Quantität).
Das System 1 umfasst des Weiteren einen Monitor 8 zur Abbildung des Sensorbildes der TV-Kamera 4 und bevorzugt einen weiteren Monitor 9 zur Abbildung des Sensorbildes des Wärmebildgerätes 5 für einen Betrachter. – Die Einbindung der Monitore 8, 9 ist optional, das Verfahren zur Bestimmung einer optimalen Nebelwand 11 + 13 davon selbst unabhängig. – Alle Baugruppen des Systems 1 sind funktional miteinander elektrisch verbunden.
In einer bevorzugten Ausführung sind ein die Umgebung beobachtender Sensor 12, beispielsweise ein Laserwarner, sowie die Kamera 4, das Wärmebildgerät 5 und der UV-Sensor 6 am Werfer 2 direkt installiert. Dadurch sind der, die Nebelwolke 11 im sichtbaren Bereich und 13 als transparenter Infrarotnebel erzeugende Werfer 2 und die, die Sensoren 4–6 bereits immer in gleicher Richtung ausgerichtet.
Ausgehend von der Beobachtung der Umgebung (2) einer zu schützenden, sich möglicherweise auch bewegenden Plattform 14 durch den Beobachter 12 wird bei Feststellung einer Bedrohung eine Nebelwand 11 + 13 aufgebaut. Dies erfolgt herkömmlich durch Verschuss von vorzugsweise in der Luft zerlegbaren Kartuschen mit einer Wirkmasse, bestehend aus vorzugsweise rotphosphor- und andern infrarotaktiven Teilchen/Substanzen/Plättchen – Mittel – etc. (nicht näher dargestellt). Dadurch wird in kürzester Zeit die großflächige visuelle Nebelwolke 11 zur Unterbrechung der Sichtlinie des Gegners ausgebracht. Der Werfer 2 besitzt eine hinreichende Anzahl von Nebelkartuschen, die er simultan und/oder sequentiell in beliebiger Taktung ausbringen kann. Durch die infrarotaktiven Mittel wird es bei entsprechender Konfiguration dieser möglich, simultan die für den einseitig transparenten Infrarotnebel notwendige Partikelwolke 13 zu erzeugen.
Nach Ausbringen der Nebelwolke 11 + 13 wird nun mittels der intelligenten Sensorsysteme 4–6 und/oder einem menschlichen Beobachter 12 die Dichte und Homogenität, also die Wirksamkeit der Nebelwand 11 + 13 im Umfeld der Sichtlinie überwacht – gemessen. Das Bild im visuellen Bereich wird mittels TV-Kamera 4 gewonnen und an die Bild- und Dateneinheit gegeben. Mit Hilfe der in dieser Einheit hinterlegten Algorithmen wird dieses Bild dahingehend analysiert, ob das Gesichtsfeld im Umfeld der Sichtlinie die für den Rotphosphornebel typische weiße Reflexion aufweist. Im Infrarotbereich wird das Gesichtsfeld im Umfeld der Sichtlinie mittels Wärmebildgerät 4 aufgescannt und dieses in der Bild- und Datenverarbeitungseinheit auf eine homogene, einseitig infrarotwirksame Partikeldichte analysiert. Sind Dichte und Homogenität gegeben, werden keine weiteren Maßnahmen angewiesen.
Wird hingegen eine Situation wie in 3 dargestellt ermittelt, werden vom Rechner 3 weitere Maßnahmen angewiesen. Dieses kann das zielgerichtete Verschießen von weiteren Nebelkartuschen durch den Nebelwerfer 2 in den ermittelten nicht mehr unterbrochenen Sichtlinienbereich 10 (4) und/oder des Erhöhen der Konzentration in der gesamten Nebelwolke 11 + 13 allgemein (5) sein. Alternativ kann das Anweisen auch durch eine, die Monitore 8, 9 betrachtende Person, also auch manuell erfolgen.
Alternativ oder auch ergänzend kann der Windsensor 7 mit in die Auswertung eingebunden werden. Durch die Messung des relativen Windes, auch als Vektor aus Fahrtwind und absolutem Wind, wird der Rechner 3 mit weiteren Informationen versorgt, sodass die Ausdehnung, Lage und Drift der Nebelwolke 13 berechnet werden kann und dieses bei der Ausrichtung der Werfers 2 Berücksichtigung findet.
Die optimierte Partikeldichte der Infrarotnebelwand 13 gewährleistet, dass die Sichtlinie 10 für gegnerische Wärmebildgeräte komplett unterbrochen ist. Mit Hilfe des eigenen Wärmebildgerätes 4 ist aus Sicht der zu schützenden Plattform eine Restinformation der generischen Seite vorhanden. Dieses ist zwar durch die Infrarotpartikel erheblich gestört (6a), kann aber mittels komplexer Bild optimierender Verfahren und Algorithmen verbessert werden. So besteht die Möglichkeit, die störenden Partikel weitestgehend zu eliminieren und so ein nahezu störungsfreies Feindbild auf dem Monitor 9 zu erzeugen (6b). Die Aufbereitung des Bildes kann beispielsweise durch einen Histogramm-Optimierungsfilter, einen Medianfilter und/oder einen Maskenfilter realisiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19951767 A1 [0003]
DE 19617701 C2 [0003]
DE 19910074 B4 [0003]
DE 10346001 B4 [0003]
DE 102004005105 A1 [0003]
DE 102006004954 A1 [0003]
DE 102005054275 A1 [0003]
DE 29606669 U1 [0003]
EP 0588015 B [0005]

Claims

Vorrichtung (1) zur Bestimmung der Wirksamkeit einer Nebelwand (11), gekennzeichnet durch eine die Dichte und Homogenität der Nebelwand (11) messende Sensorik (4), vorzugsweise eine abbildende Sensorik, wobei die Sensorik (4) mit einer Datenverarbeitung verbunden ist und in der Datenverarbeitung Algorithmen zur Analyse der Wirksamkeit der Nebelwand (11) hinterlegt sind.
Vorrichtung (1) zur Bestimmung der Wirksamkeit einer transparenten Infrarotnebelwand (13), gekennzeichnet durch ein die Dichte und Homogenität der Nebelwand (13) abbildendes Wärmebildgerät (5), wobei das Wärmebildgerät (5) mit einer Bild- und Datenverarbeitung verbunden ist und in der Bild- und Datenverarbeitung Algorithmen zur Analyse der Wirksamkeit der Nebelwand (13) hinterlegt sind.
Vorrichtung in Kombination von Anspruch 1 und Anspruch 2.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Windssensor (7) sowie ein UV-Sensor (6) eingebunden sein können, die mit einer Rechnereinheit (3) verbindbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bild- und Datenverarbeitung Bestandteil der Rechnereinheit (3) sein kann.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Monitore (8, 9) eingebunden sein können, die mit der Rechnereinheit (3) verbunden sind.
Verfahren zur Messung einer Nebelwand (11) nach Ausbringen selbiger mit den Schritten: • Abbilden der Dichte und Homogenität der Nebelwand (11) insbesondere im Umfeld einer Sichtlinie (10) in einem Bild mittels Kamera (4), • Analyse des Bildes mit Hilfe von in einer Bild- und Datenvorrichtung hinterlegten Algorithmen, wobei überprüft wird, ob das Gesichtsfeld im Umfeld der Sichtlinie (10) die für den Rotphosphornebel typische weiße Reflexion aufweist.
Verfahren zur Messung einer Infrarotnebelwand (13) nach Ausbringen selbiger mit den Schritten: • Abbilden der Dichte und Homogenität der Nebelwand (13) insbesondere im Umfeld einer Sichtlinie (10) in einem Bild mittels eines Wärmebildgerätes (5), • Analyse des Bildes mit Hilfe von in einer Bild- und Datenvorrichtung hinterlegten Algorithmen, wobei • die Infrarotnebelwand (13) auf eine homogene, einseitig infrarotwirksame Partikeldichte hin analysiert wird.
Verfahren in Kombination der Ansprüche 7 und 8.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder auf Monitore (8, 9) abgebildet werden können.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn Dichte und Homogenität nicht gegeben sind, durch beispielsweise den Rechner (3) Maßnahmen angewiesen werden können, wie das zielgerichtete Verschießen von weiteren Nebelkartuschen in den ermittelten nicht mehr unterbrochenen Sichtlinienbereich (10) und/oder ein Erhöhen der Konzentration in der gesamten Nebelwolke (11, 13) allgemein.