DE102011114574A1

DE102011114574A1 - Active protection system

Info

Publication number: DE102011114574A1
Application number: DE102011114574A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-04
Also published as: EP2761245A1; WO2013045015A1; ES2654603T3; NO2777281T3; EP2761245B1; PT2761245T; PL2761245T3; DK2761245T3

Abstract

Vorgeschlagen wird die Schaffung eines aktiven Scheinzieles (1, 10) durch den Einsatz eines Retro-Reflektors oder einer retrodirektiven Antenne (2, 11, 12), bevorzugt in Form eines van-Atta Arrays oder durch wenigstens ein Backscatter-System, mit Mitteln also, die ein Radarsignal (RT) aktiv genau in die Einfallsrichtung und damit an den Flugkörper (5) zurück senden können. Die Nutzung eines Retro-Reflektors (2, 11, 12) als aktives Scheinziel hat den Vorteil, da dieses als aktiver Retro-Reflektor (2, 11, 12) einen großen Radarrückstreufrequenzquerschnitt (RCS) erzeugt, was die Erzeugung eines großen RCS für beliebige Polarisationen des Flugkörpers (5) ermöglicht.Proposed is the creation of an active dummy target (1, 10) by the use of a retro-reflector or a retrodirective antenna (2, 11, 12), preferably in the form of a van Atta array or by at least one backscatter system, with means so , which can send a radar signal (RT) active exactly in the direction of incidence and thus back to the missile (5). The use of a retro-reflector (2, 11, 12) as an active decoy has the advantage that it produces as a retro-active reflector (2, 11, 12) a large radar backscatter frequency cross section (RCS), creating a large RCS for any Polarizations of the missile (5) allows.

Description

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Schutzsystem, das aus zumindest einem aktiven Scheinziel auf Grundlage von insbesondere van-Atta Arrays, zum Schutz von Objekten, wie von Schiffen, Fahrzeugen, stationären Objekten etc., vor anfliegenden Radar gelenkten (aktiven) Flugkörpern, gebildet wird. Dieses ist ein Off-Board-Schutzsystem, das weniger als Störer sondern vielmehr als Scheinziel sich im Nahbereich von 10 m bis zu einer Entfernung von 10 km bewährt. Dabei wird eine Radarkeule des anfliegenden Flugkörpers direkt zur Generierung genutzt und an diesen zurückgestrahlt, ohne Änderung der Eigenschaften. Eine Richtantennenanpassung oder Anpassung der Charakteristika ist nicht notwendig.The invention relates to a protection system which is formed from at least one active decoy target based on, in particular, van Atta arrays, for the protection of objects, such as ships, vehicles, stationary objects, etc., against approaching radar-guided (active) missiles , This is an off-board protection system that works less as a jammer but rather as a decoy in the near range of 10 m to a distance of 10 km. In this case, a radar lobe of the approaching missile is used directly for generating and reflected back to this, without changing the properties. A directional antenna adaptation or adaptation of the characteristics is not necessary.

Zur Abwehr von aktiven Flugkörpern sind passive Täuschkörper (Düppel) bekannt. Diese werden ausgebracht und reflektieren ein vom Flugkörper ausgestrahltes Signal in die Richtung des anfliegenden Flugkörpers zurück. Ein passiver Radartäuschkörper wird mit der US 3,938,151 A1 beschrieben. Aus der US 2,908,002 A1 ist ein passiver elektromagnetischer Reflektor bekannt.To ward off active missiles passive decoy (chaff) are known. These are deployed and reflect a signal emitted by the missile back in the direction of the approaching missile. A passive Radartäuschkörper is with the US 3,938,151 A1 described. From the US 2,908,002 A1 is a passive electromagnetic reflector known.

Eine aktive Gegenmaßnahme unter Verwendung von passiven Tauschkörpern vor passiven Flugkörpern schlägt die DE 10 2006 017 107 A1 vor. Dabei werden die Täuschkörper vom bevorzugt eigenen Radar angestrahlt und diese in die Richtung des Flugkörpers hin reflektiert. Diese Strahlung hat genau dieselbe Charakteristik, wie die direkte Strahlung des Radars. Zwar kann der Flugkörper in diesem Fall nicht unterscheiden, ob es sich um Tauschkörper oder das richtige Radar handelt, doch sind Bestrebungen anhängig, dass die moderneren Flugkörper Tauschkörper von echten Zielen unterscheiden können.An active countermeasure using passive exchange bodies in front of passive missiles proposes the DE 10 2006 017 107 A1 in front. The decoys are illuminated by the preferred own radar and this reflected in the direction of the missile out. This radiation has exactly the same characteristics as the direct radiation of the radar. Although the missile can not distinguish in this case whether it is a barter or the correct radar, efforts are still pending that the more modern missiles can distinguish swap bodies from real targets.

Alternative aktive Scheinziele, wie beispielsweise in der DE 600 10 701 T2 angesprochen, werden in der Regel erst mit deren Verbringung aktiviert, sodass eine gewisse Zeit einzuplanen ist, bis sich das Scheinziel voll entfaltet hat.Alternative active decoys, such as in the DE 600 10 701 T2 addressed, are usually activated only with their shipment, so that a certain amount of time is scheduled, until the decoy has fully unfolded.

Hier stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein aktives Scheinziel zum Schutz von Objekten, insbesondere von Schiffen, vor anfliegenden radargelenkten Flugkörpern aufzuzeigen.Here, the invention has the object to show an active decoy for the protection of objects, in particular of ships, against approaching radar-guided missiles.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen werden in den Unteransprüchen benannt.The object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments are named in the subclaims.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein aktives Scheinziel durch den Einsatz eines Retro-Reflektors bzw. einer retrodirektive Antenne, bevorzugt in Form eines van-Atta Arrays oder durch wenigstens ein Backscatter-System zu schaffen, mit Mitteln also, die ein Radarsignal aktiv genau in die Einfallsrichtung und damit an den Flugkörper zurück senden können.The invention is based on the idea to create an active decoy by the use of a retro-reflector or a retro-directional antenna, preferably in the form of a van-Atta array or by at least one backscatter system, with means that actively active a radar signal in the direction of incidence and thus send back to the missile.

Der Internetseite http://www.jpier.org/PIERL/pierl13/18.10020507.pdf ist der Aufbau eines Breitbandfrequenzversatzes eines van-Atta Arrays entnehmbar. Ein flaches van-Atta Array wird auf http://ir.lib.nctu.edu.tw/bitstream/987654321/22239/1/010337018.pdf offenbart. Die GB 1 284 747 gibt eine Antennenvorrichtung mittels van-Atta Arrays an. Aus der DE 10 2005 037 583 A1 ist die Nutzung einer retrodirektiven Antenne in Form eines van-Atta Arrays für das Bereitstellen von RFID-Systeme bekannt.The website http://www.jpier.org/PIERL/pierl13/18.10020507.pdf the structure of a broadband frequency offset of a van Atta array can be removed. A flat van-Atta array will open http://ir.lib.nctu.edu.tw/bitstream/987654321/22239/1/010337018.pdf disclosed. The GB 1 284 747 indicates an antenna device by means of van Atta arrays. From the DE 10 2005 037 583 A1 The use of a retrodirective antenna in the form of a van Atta array for providing RFID systems is known.

Die Nutzung eines Retro-Reflektors als aktives Scheinziel hat den Vorteil, da dieses als aktiver Retro-Reflektor einen großen Radarrückstreufrequenzquerschnitt (RCS) erzeugt, was die Erzeugung eines großen RCS für beliebige Polarisationen des Flugkörpers ermöglicht.The use of a retro-reflector as an active decoy has the advantage that it generates a large radar backscatter frequency cross section (RCS) as an active retro-reflector, which allows the generation of a large RCS for any polarization of the missile.

Dabei ist aber zu berücksichtigen, dass einzelnes van-Atta Array – eine einzige retrodirektive Antenne – nicht in der Lage ist, die Richtung eines einfallenden Signals zu bestimmen. Daher kann in der einfachsten Variante zusätzlich zu diesem Array ein Sensor zur Ermittlung der Richtung des anfliegenden Flugkörpers in die Vorrichtung eingebunden werden. Diese Information wird dann dazu ausgenutzt, das Array in diese Richtung auszurichten.However, it should be noted that a single van-Atta array - a single retro-directive antenna - is unable to determine the direction of an incident signal. Therefore, in the simplest variant, in addition to this array, a sensor for determining the direction of the approaching missile can be integrated into the device. This information is then exploited to align the array in that direction.

In Weiterführung ist jedoch bevorzugt vorgesehen, dass mehrere Arrays zusammengeschaltet werden, wodurch diese nicht nur einen breiten räumlichen Bereich abdecken, sondern auch in die Lage versetzt werden, sich – beispielsweise mit Hilfe von Stellmotoren etc. – auf den anfliegenden Flugkörper selbstständig ausrichten zu können. Dazu wird durch die Arrays die Einfallsrichtung des anfliegenden Flugkörpers ermittelt und diese Information an eine Lagerregelung gegeben, die auf Stellmotore etc. des Scheinzieles, also der Arrays, einwirken, um das Scheinziel optimal auf den Flugkörper auszurichten.In continuation, however, it is preferably provided that a plurality of arrays are interconnected, whereby they not only cover a wide spatial area, but are also able to - for example, with the help of actuators etc. - to be able to independently align with the approaching missile. For this purpose, the direction of incidence of the approaching missile is determined by the arrays and this information is given to a storage control acting on actuators, etc. of the decoy, so the arrays, to align the decoy optimally to the missile.

Eine dual-polarisierte Realisierung ermöglicht durch Verwendung entsprechender Antennen und deren Verschaltung den Einsatz des Reflektors bei beliebiger Polarisation des Flugkörpers (Ausrichtung von Transversalwellen in einer Vorzugsrichtung). Für die Richtungsschätzung werden die im van-Atta Array laufenden Signale an Verstärkern abgegriffen und in eine elektromagnetische Linse, beispielsweise eine Rotman-Linse, gespeist. Damit fungiert das Empfangsantennenarray sowohl als Teil des van-Atta Arrays als auch für die Rotman-Linse. An den Ausgangsports der Rotman-Linse wird die Signalleistung detektiert bzw. abgegriffen, sodass durch Vergleich der Leistung die Einfallsrichtung der Signale und damit die Richtung des anfliegenden Flugkörpers ermittelt werden kann. Diese Information wird dann verwendet, um eine Lageregelung zur Nachführung des Arrays vornehmen zu können.A dual-polarized realization allows the use of the reflector in any polarization of the missile (alignment of transverse waves in a preferred direction) by using appropriate antennas and their interconnection. For the direction estimation, the signals in the van-Atta array are tapped at amplifiers and fed into an electromagnetic lens, for example a Rotman lens. Thus, the receive antenna array functions both as part of the van-Atta array and for the Rotman lens. At the output ports of the Rotman lens, the signal power is detected or tapped, so that by comparison of the power the direction of incidence of Signals and thus the direction of the approaching missile can be determined. This information is then used to make a position control for tracking the array.

Anhand eines einfach dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Idee näher erläutert werden. Es zeigt:Based on a simple illustrated embodiment, the idea will be explained in more detail. It shows:

1 eine skizzenhafte Darstellung eines aktiven Scheinzieles zur Flugkörperabwehr, 1 a sketchy representation of an active decoy target for missile defense,

2 eine erste vereinfacht dargestellte Variante des aktiven Scheinziels aus 1, 2 a first simplified illustrated variant of the active decoy 1 .

3 eine weitere Variante des Scheinziels aus 1 in Form eines einfachen Schaltplans. 3 another variant of the decoy 1 in the form of a simple circuit diagram.

In 1 ist mit 20 ein in einer skizzenartigen Darstellung zum allgemeinen Verständnis ein Schutzsystem aufgezeigt, dass ein aktives Scheinziel 1 zur Bedrohungsabwehr eines Objektes 4 gegen einen radargelenkten Flugkörper 5 aufweist. Das aktive Scheinziel 1 umfasst wenigstens eine retrodirektive Antenne oder Retro-Reflektor 2, die zumindest aus einer Empfangs- und Sendeantenne als Reflektor bzw. Reflexionsantenne aber auch aus mehreren gebildet werden kann, um den vom Flugkörper 5 ausgesandten Radarstrahl R_F genau in die Einfallsrichtung und damit an den Flugkörper 5 als Reflexions-Strahl R_S zurückzusenden. Das aktive Schutzsystem 1 wird als Off-Board-Variante im Nichtgebrauch auf oder am Objekt 4, hier ein Schiff, mitgeführt.In 1 is with 20 a in a sketch-like representation for the general understanding a protection system indicated that an active decoy 1 for threat defense of an object 4 against a radar-guided missile 5 having. The active decoy 1 includes at least one retro-directional antenna or retro-reflector 2 , which can be formed at least from a receiving and transmitting antenna as a reflector or reflection antenna but also from several to that of the missile 5 emitted radar beam R _F exactly in the direction of incidence and thus to the missile 5 to be sent back as a reflection beam R _S. The active protection system 1 is used as an off-board variant when not in use on or at the object 4 , here a ship, carried along.

In einer einfachsten Variante (2) ist im Schutzsystem 20 zudem ein Sensor 6 involviert, der zur Detektion der Richtung des Flugkörpers 5 dient und mit einer Stelleinheit (nicht näher dargestellt) zusammenwirkt, durch die zumindest das Scheinziel 1 in die entsprechende Position bzw. Richtung gebracht werden kann.In a simplest variant ( 2 ) is in the protection system 20 also a sensor 6 involved in detecting the direction of the missile 5 serves and cooperates with an actuator (not shown) through which at least the decoy 1 can be brought into the appropriate position or direction.

Dabei sind zwei verschiedene Funktionsmodes des Scheinziels 1 möglich. Der eine Mode ist die Distraktion – wenn sich der Flugkörper 5 noch nicht auf das Objekt 4 aufgeschaltet hat, der andere Mode ist die Seduktion, das Separieren des Scheinziels vom Echtziel, eine Variante, wenn der Flugkörper 5 bereits das eigentliche Ziel (Objekt 4) aufgenommen hat.There are two different functional modes of the decoy 1 possible. The one mode is the distraction - when the missile 5 not yet on the object 4 The other mode is the seduction, separating the decoy from the real target, a variant when the missile 5 already the actual goal (object 4 ).

Im Falle der Einleitung der Distraktion wird der Flugkörper 5 als passiver Flugkörper erkannt, der seinerseits ein Erwartungsgebiet überwacht. Es werden Richtung, Entfernung und Geschwindigkeit des Flugkörpers 5 ermittelt. Danach wird anhand der eingehenden Informationen das Scheinziel 1 bereits ausgebracht, um ein attraktiveres Ziel 4' in einem Abstand vom eigentlichen Ziel 4 mit dem Scheinziel 1 zu schaffen. Dabei wird auch berücksichtigt, welchen Suchablauf der detektierte Flugkörper 5 bevorzugt. Wenn dann der Flugkörper 5 seine Radarkeule ausstrahlt, erfolgt dieses bereits in die Richtung des Scheinzieles 1, bevorzugt noch bevor dieser das eigentliche Objekt 4 wahrgenommen hat.In the case of the initiation of the distraction becomes the missile 5 recognized as a passive missile, which in turn monitors an area of expectation. There will be direction, distance and speed of the missile 5 determined. Then, based on the incoming information, the decoy 1 already deployed to a more attractive destination 4 ' at a distance from the actual destination 4 with the decoy 1 to accomplish. It also takes into account which search process the detected missile 5 prefers. If then the missile 5 radiates his radar lobe, this is already in the direction of the decoy 1 , prefers even before this the actual object 4 has perceived.

Bei der Seduktion, einem ebenfalls passiven Verfahren, wird durch weitere Detektoren, beispielsweise einem aktiven Radar und Radarwarnern, die bevorzugt auf dem Objekt 4 angebracht sind, ein abgestrahltes Zielsignal detektiert. Dieses abgestrahlte Zielsignal des Flugkörpers 5 wird vom Scheinziel 1 aufgenommen und verstärkt zum Flugkörper 5 zurück gestrahlt. Das Scheinziel 1 selbst bewegt sich während dessen in objektähnlicher Geschwindigkeit vom Objekt 4 weg.In the case of seduction, which is also a passive procedure, the focus is on other objects, such as an active radar and radar warning devices 4 are mounted, a radiated target signal detected. This radiated target signal of the missile 5 becomes the decoy 1 recorded and amplified to the missile 5 blasted back. The decoy 1 itself moves during this time in object-like speed of the object 4 path.

Das Scheinziel 1 kann sich fliegend, bevorzugt in maximaler Objekthöhe, vom Objekt 4 entfernen. Das trifft für Schiffe als auch andere sich bewegende Objekte 4, z. B. Fahrzeuge, zu. Bei zu schützenden Schiffen kann das Scheinziel 1 schwimmend oder passiv gezogen etc. fortbewegt werden. Ein selbstständiges Wegfahren oder Wegziehen ist auch bei Fahrzeugen an Land möglich.The decoy 1 can fly, preferably in maximum object height, from the object 4 remove. This is true for ships as well as other moving objects 4 , z. As vehicles, too. In ships to be protected, the decoy target 1 floating or passively pulled etc. are moved. An independent driving away or pulling away is also possible with vehicles on land.

Die bevorzugte Ausführung des Scheinzieles 1 selbst wiederspiegelt die 3. Hierbei besteht das Scheinziel 10 aus einer Antenne 11, die aus mehreren Empfangsantennen 11.1–11.3 (11.n) besteht, und einer Antenne 12, die aus mehreren, vorzugsweise gleichvielen Sende-Antennen 12.1–12.3, 12.n besteht. Entsprechend der Anzahl der Antennen 11, 12 sind Verstärkerstufen V₁–V₃, V_n zwischen beiden eingebunden.The preferred embodiment of the decoy 1 itself reflects the 3 , Here is the decoy 10 from an antenna 11 consisting of several receiving antennas 11.1 - 11.3 ( 11.n ), and an antenna 12 consisting of several, preferably the same number of transmit antennas 12.1 - 12.3 . 12.n consists. According to the number of antennas 11 . 12 amplifier stages V ₁ -V _3, V _n are connected between the two.

Mit den Antennen 11.1–11.3 kann neben der Aufnahme des Radarstrahls R_F auch die Einfallsrichtung des anfliegenden Flugkörpers 5 ermittelt werden. Für die Richtungsschätzung werden die in der Antennengruppe 11 laufenden Signale an Verstärkern V₁–V₃ abgegriffen und in eine elektromagnetische Linse 13, beispielsweise eine Rotman-Linse, gespeist. Deren Ausgangsinformationen werden in einem Vergleicher 14 verglichen. Dazu sind deren Ausgänge auf den Vergleicher bzw. eine Auswerteeinheit 14 geführt. Anhand der abgegriffenen Signale wird nunmehr in der Auswerteeinheit 14 die Einfallsrichtung der Signale und damit die Richtung des anfliegenden Flugkörpers 5 ermittelt. Hierbei werden die Signalunterschiede der Antennen 11.1–11.3 ausgewertet. In Auswertung wird dann ein Befehl an eine Lagerregelung 15 gegeben, die ihrerseits auf die Stellmotore 16 etc., d. h., der Stelleinheit des Scheinzieles 10 bzw. des Schutzsystems 20, einwirken, um zumindest das Scheinziel 10 optimal auf den Flugkörper 5 auszurichten. Zur Kontrolle kann aber auch hier zusätzlich ein Richtungssensor 6 mit in die Auswertung eingebunden werden.With the antennas 11.1 - 11.3 In addition to the recording of the radar beam R _F and the direction of incidence of the approaching missile 5 be determined. For directional estimation, those in the antenna array 11 current signals to amplifiers V ₁ -V ₃ and tapped into an electromagnetic lens 13 , for example a Rotman lens. Their output information is in a comparator 14 compared. These are the outputs on the comparator or an evaluation unit 14 guided. Based on the tapped signals is now in the evaluation 14 the direction of incidence of the signals and thus the direction of the approaching missile 5 determined. Here are the signal differences of the antennas 11.1 - 11.3 evaluated. In evaluation then a command to a storage control 15 given, in turn, on the servo motors 16 etc., ie, the actuator of the dummy target 10 or the protection system 20 , act to at least the decoy 10 optimal on the missile 5 align. As a check, however, an additional direction sensor can be used 6 be involved in the evaluation.

Die Antennen 11 und 12 sind bevorzugt in Form eines van-Atta Arrays ausgebildet. The antennas 11 and 12 are preferably formed in the form of a van Atta array.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 3,938,151 A1 [0002]
US 2908002 A1 [0002]
DE 102006017107 A1 [0003]
DE 60010701 T2 [0004]
GB 1284747 [0008]
DE 102005037583 A1 [0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

http://www.jpier.org/PIERL/pierl13/18.10020507.pdf [0008]
http://ir.lib.nctu.edu.tw/bitstream/987654321/22239/1/010337018.pdf [0008]

Claims

Protection system ( 20 ) for the protection of an object ( 4 ) in front of a radar-guided missile ( 5 ), characterized by an active decoy ( 1 . 10 ) by at least one retro-reflector or a retro-directional antenna ( 2 . 11 . 13 ) is formed, the radar beam (R _F ) as a reflection beam (R _S ) exactly in the direction of incidence and thus to the missile ( 5 ) can send back.

Protection system according to Claim 1, characterized in that the retrodirective antenna ( 2 ) consists of at least one receiving and reflector antenna.

Protection system according to claim 1 or 2, characterized in that a sensor ( 6 ), which is used to detect the direction of the approaching missile ( 5 ) and is electrically connected to a position control on Stellmotore ( 16 ) of the protection system ( 20 ) acts to at least the decoy ( 1 ) optimally on the missile ( 5 ).

Protection system according to claim 1, characterized in that the decoy ( 10 ) from an antenna ( 11 ) with several receiving antennas ( 11.1 - 11.3 . 11 _n ) and a transmitting antenna ( 12 ) with several transmit antennas ( 12.1 - 12.3 . 12.n ), whereby according to the number of antennas ( 11 . 12 ) Amplifier stages (V ₁ -V ₃ _, V _n ) are sandwiched between the two.

Protection system according to Claim 4, characterized in that, for a direction estimation, that in the receiving antennas ( 11.1 - 11.3 . 11 _n ) current signals at the amplifiers (V ₁ -V ₃ , V _n ) and tapped into an electromagnetic lens ( 13 ), the outputs of which are fed to a comparator ( 14 ) are guided.

Protection system according to claim 5, characterized in that the electromagnetic lens ( 13 ) is, for example, a Rotman lens.

Protection system according to one of Claims 4 to 6, characterized in that a comparator ( 14 ), which accesses the outputs of the amplifier stages (V ₁ -V ₃ , V _n ) and with a position control ( 15 ), which in turn is based on servo motors ( 16 ) of the decoy ( 10 ) and / or the protection system ( 20 ) to at least the decoy ( 10 ) optimally on the missile ( 5 ).

Protection system according to one of claims 1 to 7, characterized in that a dual polarization by the antennas ( 11 . 12 ) is realized.

Protection system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the decoy ( 1 ) by distraction or seduction on the missile ( 5 ) switches on.