DE102012106883A1

DE102012106883A1 - Verfahren zur Simulation eines ausgedehnten Wirkungsbereiches eines Geschosses

Info

Publication number: DE102012106883A1
Application number: DE102012106883.6A
Authority: DE
Inventors: Frank Schneider
Original assignee: ESW GmbH
Current assignee: Vincorion Advanced Systems GmbH
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2014-01-30
Also published as: WO2014015983A1

Abstract

Verfahren bei dem wenigstens zwei einen Winkel (α) miteinander einschließende, voneinander unabhängig ansteuerbare Strahlenbündel (2.1, 2.2, 2.3), jeweils beim Überstreichen des Auftreffpunktes (P) eines simulierten Geschosses unabhängig von der Entfernung (E) des Auftreffpunktes (P), um den Auftreffpunkt (P) sich überlappende Beleuchtungsfelder beleuchten und durch den Überlappungsbereich der Beleuchtungsfelder ein zur Schussrichtung transversal ausgedehnter Wirkungsbereich (4) gleicher Größe simuliert wird.

Description

Bekannte Schusssimulationssysteme bestehen aus einer ersten Komponente, die mit der Waffe in Verbindung steht und einer zweiten, an Zielobjekten vorgesehenen Komponente. Die mit der Waffe verbundene Komponente ermittelt dabei die Ortslage von Zielobjekten und übermittelt Informationen an die an den Zielobjekten vorgesehene, mit einem Empfänger ausgestattete zweite Komponente. Bei einigen solcher Schusssimulationssysteme wird unter Beachtung der Ballistik eines realen Geschosses die Flugbahn und der Auftreffpunkt eines simulierten Geschosses ermittelt, um dem angemessenen Zielobjekt Informationen zum Auftreffpunkt des simulierten Schusses und der Geschossart zu übermitteln.
Die Ausgestaltung der mit der Waffe verbundenen Komponenten (nachfolgend Simulationseinrichtung) und die hiermit geeignet durchführbaren Verfahren hängen im wesentlichen davon ab, ob es sich um sogenannte Einweg- oder Zweiwegsysteme handelt und wie ein Zielobjekt erfasst und angemessen wird.
Verfahren und Simulationseinrichtungen zur Schusssimulation, basierend auf dem sogenannten Einwegsystem, ermöglichen eine einfache Schusssimulation ohne Nachbildung der Geschossballistik. Bei solchen Verfahren wird ein modulierter Laserstrahl in einer zur Visierlinie der Waffe parallel ausgerichteten Achse ausgesendet und von an einem anvisierten Zielobjekt vorgesehenen Empfänger detektiert. Mit der Modulation des Laserstrahls kann eine bestimmte Information an das Ziel übertragen werden, die z. B. die simulierenden Geschosssorte betrifft. Vom Laserstrahl beleuchtete Zielobjekte signalisieren einen Treffer. Ein solches Verfahren ist z. B. aus der WO 00/53993 A1 bekannt.
Ein Verfahren zur Schusssimulation mit einer Simulationseinrichtung, basierend auf dem sogenannten Zweiwegsystem, ist aus der DE 10 2007 014 290 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren werden über verschiedene Laserkanäle zueinander und zur Visierlinie der Waffe ausgerichtete Laserstrahlen ausgesendet. Die einzelnen Laserkanäle des Schusssimulators sind in einem festen Winkel zueinander angeordnet. Die Winkel stimmen mit dem Aufsatzwinkel der Waffe für einen zur Munitionssorte zugehörigen Entfernungsbereich der Munitionswirkung überein. In einem ersten Schritt erfolgt eine Entfernungsmessung mit allen Laserkanälen zu Zielen, die mit Trippelspiegeln ausgerüstet sind. Ziele die mit einem Trippelspiegel und einem Empfänger ausgestattet sind werden nachfolgend als Zielobjekte bezeichent. Für die Informationsübertragung zum Zielobjekt wird genau ein der Zielentfernung zugeordneter Laserkanal verwendet. Die vom Laserstrahl beleuchteten Zielobjekte signalisieren einen Treffer. Dieses Verfahren mit einem Zweiwegsystem ermöglicht die Simulation der Geschossballistik.
Simulationseinrichtungen basierend auf einem Zweiwegsystem können auch als scannende Einrichtungen ausgeführt sein, wie in der US 4,218,138 beschrieben. Bekannte Simulationseinrichtungen dieser Art haben gemeinsam, dass die Ortslage eines Ziels aus Reflexionssignalen eines ausgesandten und über den Raumwinkelbereich scannenden Laserstrahlenbündels gewonnen werden, ein auf dieses Zielobjekt gerichteter Schuss simuliert wird und Informationen zur relativen Lage des Auftreffpunktes des simulierten Geschosses an die ermittelte Ortslage des Zielobjektes durch Modulation dieses Laserstrahlenbündels transportiert werden. Entsprechend weisen derartige Einrichtungen wenigstens eine Ablenkeinrichtung, eine Sendeeinheit und eine Empfängereinheit auf. Informationen zur relativen Lage des Auftreffpunktes des simulierten Geschosses können auch an ermittelte Ortslagen weiterer Zielobjekte im Raumwinkelbereich gesendet werden. Aus der jeweiligen Relativlage des Auftreffpunktes zu der Ortslage des anvisierten Zielobjekts oder einem anderen Zielobjekt kann dann rechentechnisch abgeleitet werden, ob das simulierte Geschoss am anvisierten Zielobjekt beziehungsweise einem anderen Zielobjekt theoretisch eine Wirkung verursacht hat.
Aus der DE 29 207 589 C2 sind ein Verfahren und eine scannende Einrichtung bekannt, mit denen Informationen an ausgewählte Zielobjekte in einem vorgegebenen Raumwinkelbereich übermittelt werden können. Die Einrichtung umfasst eine schwenkbare Ablenkeinrichtung, die mit einer Sendeeinheit und einer Empfängereinheit fest verbunden ist. Die Sendeeinheit ist so ausgelegt, dass sie wenigstens zwei fächerförmige Strahlenbündel aussendet, die in an sich bekannter Weise z. B. jeweils mit einer Laserdiode oder auch beide mit einer Laserdiode im Zusammenhang mit Ablenkprismen erzeugt werden. Die zueinander fest angeordneten, separat ansteuerbaren Strahlenbündel tasten durch eine vorzugsweise periodische Schwenkbewegung der Ablenkeinrichtung einen horizontal und vertikal ausgedehnten Raumwinkelbereich ab, in dessen Scheitelpunkt sich die Ablenkeinrichtung befindet. Üblicherweise wird der Raumwinkelbereich durch eine zick-zack-förmige Änderung der Abtastrichtung vollständig abgetastet.
Die sich im Raumwinkelbereich befindenden Zielobjekte sind jeweils mit wenigstens einem Reflektor versehen, der ein von der Sendeeinheit kommendes Strahlenbündel in sich selbst reflektiert, sodass dieses auf die Empfängereinheit der Einrichtung auftrifft und die Entfernung des Zielobjekts ableitbar ist sowie einem vorzugsweise neben dem Reflektor angeordneten Empfänger, zum Empfang von Strahlenbündeln, aus welchen Informationen abgeleitet werden können. Liegt die abgeleitete Entfernung in einem vorbestimmten Entfernungsintervall, für welches eine spezielle Information in einem Informationsspeicher abgelegt ist, sorgt eine Steuervorrichtung, die auch die Auslenkung der Strahlenbündel koordiniert, dafür, dass die spezielle Information einem Kodierer zugeführt wird, der dann seinerseits dafür sorgt, dass das ausgesendete Strahlenbündel entsprechend dieser Information gepulst oder moduliert wird, d. h. die spezielle Information auf das Strahlenbündel übertragen wird. Die Übertragung dauert so lange an, wie sie von dem Empfänger am Ziel erfasst wird. Obwohl nicht explizit erwähnt, ließt der Fachmann mit, dass er aus der horizontalen und vertikalen Winkelstellung der Ablenkeinrichtung bei Erfassung einer Entfernung durch Reflexion an einem Zielobjekt und dem Winkel, den die Strahlenbündel miteinander einschließen, sowie der Schwenkgeschwindigkeit auf die Lage des reflektierenden Ziels im Raumwinkelbereich schließen kann.
Damit die Komponenten eines Schusssimulationssystems betreffend die Informationsübertragung zueinander kompatibel sind, ist die Wellenlänge, welche die an der Waffe vorgesehene Komponente (Simulationseinrichtung) aussendet und die eine entscheidende Schnittstelle bildet, vorgeschrieben. Nachteilig ist dabei, dass durch die vorgeschriebene Wellenlänge für die Laserstrahlen auch die Reichweite der Einrichtung bestimmt ist. Die für den augensicheren Betrieb des Simulationssystems maximal mögliche Sendeleistung stellt bezüglich der Entfernungsmessung bei bestehenden Systemen eine Einschränkung dar.
Nachteilig ist weiterhin, dass die Pulsfrequenz zur Entfernungsmessung, wegen Überschneidungen mit dem Wertebereich der Informationen, nicht beliebig verändert werden kann. Diese beiden Nachteile, die für eine Einrichtung der vorbenannten DE 29 207 589 C2 gegeben sind, sind für eine Einrichtung gemäß der DE 10 2011 001 713 B3 behoben. Eine in der DE 10 2011 001 713 B3 beschriebene Einrichtung unterscheidet sich zur vorgenannten insbesondere dadurch, dass sie verbunden mit einer Ablenkeinrichtung zwei Sendereinheiten aufweist, die Strahlenbündel unterschiedliche Wellenlängen aussenden, womit insbesondere eine höhere Reichweite ermöglicht wird.
Beide Sendeeinheiten senden, gleich der einen Sendeeinheit der vorgenannten DE 29 207 589 C2 , zwei fächerförmige Strahlenbündel aus, mit einer Längs- und einer Querachse quer zur Abstrahlrichtung. Die beiden Längsachsen, schließen miteinander einen Winkel ein, der vorteilhaft 90° beträgt, wobei die Winkelhalbierende senkrecht auf der Abtastrichtung steht. Die erste Sendeeinheit und die Empfängereinheit dienen nur der Detektion, Entfernungsmessung und Positionserfassung von Zielobjekten innerhalb des Raumwinkelbereiches. Die Entfernungsmessung erfolgt, z. B. gleich der vorbenannten DE 29 207 589 C2 , über eine Laufzeitmessung von Laserpulsen, die durch die erste Sendeeinheit ausgesendet werden. Die darüber hinaus für eine Positionsangabe erforderlichen Raumwinkelkoordinaten erhält man über die Kenntnis der aktuellen Schwenkstellung der Abeinrichtung zum Zeitpunkt des Empfangs eines Reflexsignals von einem Ziel. Die ermittelte Position wird abgespeichert, um nachfolgend an diese Position Informationen senden zu können.
Die zweite Sendeeinheit dient nur der Informationsübertragung an den Empfänger des detektierten Zielobjekts, wobei die Informationsübertragung ebenso wie gemäß der vorgenannten DE 29 207 589 C2 erfolgt.
Da die gewünschte Informationsübertragung in der Regel drei Komponenten umfasst, die Geschossart und die beiden Winkelkoordinaten der aktuellen Ablage des simulierten Geschosses, werden durch die zweite Sendeeinheit bevorzugt drei Strahlenbündel ausgesendet. Das dritte Strahlenbündel wird dabei bevorzugt zwischen den beiden anderen von der zweiten Sendeeinheit ausgesandten, fächerförmigen Strahlenbündeln, senkrecht zur Abtastrichtung ausgesendet. Die drei Strahlenbündel der zweiten Sendeeinheit werden entsprechend der zu übermittelten Informationen jeweils zur Übertragung einer Information moduliert.
Um eine bestimmte Information an das detektierte Zielobjekt und nur an dieses Zielobjekt zu übertragen, werden die Strahlenbündel genau dann ausgesendet, wenn sie die abgespeicherte Position des Zielobjekts beleuchten. Da die Strahlenbündel eine große Ausdehnung der Längsachse aufweisen, könnten zeitgleich mit dem detektierten Ziel auch andere Zielobjekte im Raumwinkelbereich beaufschlagt werden. Aus diesem Grund muss von dem Ziel, welches mit einem Empfänger ausgestattet ist, wenigstens auch ein weiteres der Strahlenbündel detektiert werden, damit die übermittelte Information dem Ziel zuerkannt wird.
Der Vorteil in der Verwendung von zwei Sendeeinheiten liegt insbesondere darin, dass sie Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge aussenden können. Die Empfängereinheit an der Ablenkeinrichtung und die Empfänger an den Zielen können dann so ausgelegt sein, dass sie nur für die Wellenlänge empfindlich sind, für deren Empfang sie vorgesehen sind.
Wie bereits erläutert erfolgt die Informationsübertragung bei den Einrichtungen gemäß der vorgenannten DE 29 207 589 C2 und der vorgbenannten DE 10 2011 001 713 B3 in gleicher Weise an eine ermittelte Position eines Zielobjekts. Und es wird sicher gestellt, dass einzelne Zielobjekte im Raumwinkelbereich ausschließlich für sie vorgesehene Informationen erhalten.
Bei allen aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, in denen Informationen eines simulierten Auftreffpunktes eines Geschosses an Zielobjekte gesendet werden, muss rechentechnisch unter Beachtung des Wirkungsbereiches eines zu simulierenden Geschosses errechnet werden, ob ein Zielobjekt vernichtend, teilweise oder gar nicht getroffen wurde. Insbesondere explosive Geschosse können typenabhängig Wirkungsbereiche unterschiedlicher Durchmesser haben. Indem Informationen zum Geschosstyp übermittelt werden, kann rechentechnisch ein Wirkungsbereich des simulierten Geschosses beachtet werden. Das heißt ein Zielobjekt gilt auch dann als getroffen, wenn der Auftreffpunkt sich innerhalb eines vom Geschosstyp abhängigen vorgegebenen Abstandes zum Zielobjekt befindet. Eine solche rechentechnische Simulation eines Wirkungsbereiches erfordert nicht nur einen hohen Rechenaufwand, sondern setzt insbesondere voraus, dass die hierfür erforderlichen Informationen an die Zielobjekte übermittelt werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu finden, mit dem ein ausgedehnter Wirkungsbereich eines Geschosses um dessen simulierten Auftreffpunkt simuliert werden kann, der in seiner Ausdehnung flexibel an eine vorgegebene Geschossart anpassbar ist. Dabei soll die Ausdehnung des Wirkungsbereiches unabhängig von der Entfernung des Zielobjekts, auf welchen der simulierte Schuss gerichtet wurde bzw. des Auftreffpunktes, gleich groß gestaltet werden können. Vorteilhaft sollen unterschiedlich große Ausdehnungen des Wirkungsbereiches, wie sie für unterschiedliche Geschosssorten unterschiedlich sein können, mit einer gleichen Laserleistung einer gleichen optischen Anordnung einer Sendeeinheit simulierbar sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert werden. Hierin zeigen:
1 eine Einrichtung zur Abbildung von zwei Strahlenbündeln,
2 zwei Strahlenbündel wie sie mit einer Einrichtung gemäß 1 erzeugt werden können,
3 eine Einrichtung zur Abbildung von drei Strahlenbündeln
4 eine räumliche Darstellung eines simulierten Wirkungsbereiches gebildet mit zwei Strahlenbündeln,
5 den Querschnitt eines simulierten Wirkungsbereiches gemäß 4 in zwei verschiedenen Entfernungen,
6 den Querschnitt eines simulierten Wirkungsbereiches, gebildet mit drei Strahlenbündeln, und
7 von den Strahlenbündeln nach verschiedenen Zeitpunkten ausgeleuchtete Beleuchtungsfelder in einer Entfernung, sowie den Querschnitt des simulierten Wirkungsbereiches, gebildet von dem Durchschnittsbereich, in dem sich alle ausgeleuchteten Beleuchtungsfelderüberlagern.
Zur Durchführung des Verfahrens können Simulationseinrichtungen, wie sie aus dem Stand der Technik durch die vorbenannte DE 29 207 589 C2 und die vorgenannte DE 10 2011 001 713 B3 bekannt sind, verwendet werden.
Derartige Simulationseinrichtungen weisen jeweils eine Ablenkeinrichtung 1 mit einer speziellen Sendeeinheit 2 auf, siehe 1 und 3, mit der ein Raumwinkelbereich, in einer Abtastrichtung R durch Schwenken der Ablenkeinrichtung 1 mit wenigstens zwei fächerförmigen, einen Winkel α miteinander einschließenden, Strahlenbündeln 2.1, 2.2, 2.3 abgetastet werden kann.
Eine solche Sendeeinheit 2 sendet, wie in 2 gezeigt, im einfachsten Fall zwei fächerförmige Strahlenbündel 2.1, 2.3, mit Bündelachsen 2.1.1, 2.3.1, aus. Die Querschnitte der beiden Strahlenbündel 2.1, 2.3 sind linienförmig und weisen jeweils eine Längsachse langer Dimension sowie eine Querachse kurzer Dimension auf, die sich jeweils mit zunehmender Entfernung in Abhängigkeit von der Divergenz verlängern. Die Längsachsen schließen einen Winkel α miteinander ein und die Winkelhalbierende 5 des Winkels α steht senkrecht auf der Abtastrichtung R.
Mit dem Schwenken der Sendeeinheit 2 über einen Schwenkwinkelbereich β überstreichen die Strahlenbündel 2.1, 2.3 jeweils innerhalb des Raumwinkelbereiches auf unterschiedliche Entfernungen E bezogen Scanfelder 6 deren entfernungsabhängige Höhe vom Winkel α und der Divergenz der Strahlenbündel 2.1, 2.3 in Richtung der Längsachse bestimmt ist. Die Bündelachsen 2.1.1, 2.3.1 spannen eine die Scanfelder 6 halbierende Mittenebene M auf.
Vorteilhaft ist der Winkel α gleich 90°, womit ein zur Winkelhalbierenden 5 und der Mittenebene M symmetrischer Wirkungsbereich 4 simuliert werden kann. Die Sendeeinheit 2 kann vorteilhaft weitere, insbesondere ein drittes fächerförmiges Strahlenbündel 2.2 aussenden, dessen Längsachse dann vorteilhaft senkrecht zur Abtastrichtung R ausgerichtet, insbesondere auf der Winkelhalbierenden 5 angeordnet ist, siehe 3.
Über die Wahl des Winkels α kann die Querschnittsform, in einer Ebene senkrecht zur Mittenebene M, des zu simulierenden ausgedehnten Wirkungsbereiches 4 vorgegeben werden.
Über die Auslenkgeschwindigkeit der Ablenkeinrichtung 1 in der Verbindung mit der Zeitdauer der Aussendung der Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3 kann die Querschnittsgröße, in einer Ebene senkrecht zur Mittenebene M, des zu simulierenden ausgedehnten Wirkungsbereiches 4 bestimmt werden.
Querschnittform und Querschnittsgröße bestimmen die transversale Ausdehnung des simulierten Wirkungsbereiches 4.
Ein Zielobjekt, das muss nicht nur das anvisierte Zielobjekt sein, auf welches ein simulierter Schuss gerichtet wurde, liegt dann innerhalb des simulierten Wirkungsbereiches 4, wenn es nacheinander von allen Strahlenbündeln 2.1, 2.2, 2.3 beaufschlagt wird.
Soll mit den Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3 nur das Wirkungsfeld 4 simuliert werden und nicht auch vorteilhaft Informationen übertragen werden können die Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3 unmoduliert sein. Der steuerungstechnische Aufwand und Hardwareaufwand im Vergleich zum Stand der Technik wird damit reduziert. Vorteilhaft werden die Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3 jedoch moduliert, insbesondere unterschiedlich moduliert, um zusätzlich zu ihrer erfindungsgemäßen Hauptfunktion, der Ausleuchtung des simulierten Wirkungsbereiches 4 in seiner transversalen Ausdehnung, in einer zweiten Funktion, Informationen, insbesondere unterschiedliche Informationen, zu übertragen.
Vorteilhaft soll mit einem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur ein ausgedehnter Wirkungsbereich um den Auftreffpunkt eines simulierten Geschosses simuliert, sondern zuvor auch die Position des Zielobjektes (anvisiertes Zielobjekt) ermittelt werden, auf welches der simulierte Schuss gerichtet wird.
Zu diesem Zweck, muss an der Ablenkeinrichtung 1, wie aus dem Stand der Technik bekannt, auch eine Empfängereinheit 3 vorgesehen sein, siehe 1 und 3. Sie detektiert von Zielobjekten reflektierte Anteile der ausgesendeten Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3, womit in bekannter Weise die Ortslage von Zielobjekten bestimmt wird, bevor ein ausgewähltes Zielobjekt anvisiert wird, ein Schuss auf dieses anvisierte Zielobjekt simuliert und ein Auftreffpunkt für das simulierte Geschoss errechnet wird, damit um den Auftreffpunkt P ein Wirkungsbereich 4 simuliert werden kann.
Grundsätzlich kann die Ortslage der Zielobjekte auch auf eine beliebige andere Art und Weise bestimmt werden und bezogen auf ein Koordinatensystem der Ablenkeinrichtung abgespeichert werden.
In einem solchen Fall, indem die Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3 nicht benötigt werden, um die Position zu ermittelten, könnte der Wirkungsbereich 4 grundsätzlich auch mit nur einem fächerförmigen Laserstrahl 2.2 simuliert werden, dessen Längsachse dann vorteilhaft senkrecht zur Abtastrichtung R ausgerichtet ist. Bei der getroffenen Vereinfachung wäre die Längsachse damit vertikal ausgerichtet. Das nur eine Strahlenbündel 2.2 würde dann, während es einen von der ermittelten Entfernung abhängigen Winkelbereich γ um den Auftreffpunkt P überstreicht ausgesendet werden. Der Wirkungsbereich 4 ist damit allerdings in seiner transversalen Ausdehnung nur in horizontaler Richtung entfernungsunabhängig simulierbar. Die Ausdehnung in vertikaler Richtung wird durch die Divergenz in Richtung der Hauptachse des fächerförmigen Strahlenbündels 2.2 bestimmt und wäre damit nicht entfernungsunabhängig simulierbar. Darüber hinaus wäre dann auch nur eine Information übertragbar.
Die beschriebenen Sendeeinheiten 2, sind, wie erläutert, aus dem Stand der Technik bekannt. Dort werden sie jeweils genau dann angesteuert und mit Informationen für das bestimmte Zielobjekt moduliert, wenn die Strahlenbündel 2.1, 2.2 oder 2.3 auf die zuvor ermittelte Position eines bestimmten Zielobjektes auftreffen. Damit wird sicher gestellt, dass nur das bestimmte Zielobjekt alle Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3 detektiert und somit die auf die einzelnen Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3 aufmodulierten für dieses Zielobjekt bestimmte Information erhält.
Wie bereits erläutert sind hierzu zwei einen Winkel α miteinander einschließende fächerförmige Strahlenbündel 2.1, 2.3 erforderlich. Ein vorteilhaft vorhandenes drittes Strahlenbündel 2.2, oder auch weiterer Strahlenbündel, sind Träger weiterer Informationen und können bei zeitlich korrekter Aussendung die ermittelte Position bestätigen.
Bei einer erfindungsgemäßen Simulation eines Wirkungsbereiches 4 sind die Anzahl der Strahlenbündel und die Winkellage der Längsachsen der Strahlenbündel bestimmend für dessen Querschnitt. So kann mit zwei Strahlenbündeln 2.1, 2.3 ein rechteckiger Querschnitt, siehe 5 und mit drei Strahlenbündeln 2.2, 2.2, 2.3 ein sechseckiger Querschnitt, siehe 6, gebildet werden.
Mit der Simulation eines Wirkungsbereiches 4, werden alle Zielobjekte, die innerhalb des Wirkungsbereiches 4 liegen, von allen Strahlenbündeln 2.1, 2.2, 2.3 beaufschlagt. Der Wirkungsbereich wird bevorzugt symmetrisch um den Auftreffpunkt P des simulierten Geschosses gebildet. Um einen auch in vertikaler Richtung entfernungsunabhängigen Wirkungsbereich 4 zu simulieren, bedarf es, wie bereits erläutert, wenigstens zwei einen Winkel miteinander einschließende fächerförmige 2.1, 2.3 Strahlenbündel. Schließen die beiden Strahlenbündel 2.1, 2.3 vorteilhaft einen Winkel von 90° miteinander ein, so lässt sich ein Wirkungsbereich 4 mit einem quadratischen Querschnitt, wie es beispielsweise in 5 in zwei verschiedenen Entfernungen E1 und E2 gezeigt ist, bilden.
In der Entfernung E₁ befindet sich der Auftreffpunkt P₁ eines simulierten Geschosses, um den ein Wirkungsfeld 4 gebildet wurde, indem die beiden Strahlenbündel 2.1, 2.3 beim Überstreichen eines Winkelbereiches γ₁ ausgesendet wurden. Ein gleichgroßes Wirkungsfeld 4 wurde um den Auftreffpunkt P₂ eines weiteren simulierten Geschosses, in der Entfernung E₂ simuliert, indem die beiden Strahlenbündel 2.1, 2.3 beim Überstreichen eines entsprechend kleineren Winkelbereiches γ₁ ausgesendet wurden.
Bei einer konstanten Abtastgeschwindigkeit wird für die in unterschiedlichen Entfernungen gleich groß gebildeten Wirkungsbereiche 4 eine annähernd gleiche Laserleistung benötigt, wenn die Strahlenbündel 2.1, 2.3 entfernungsabhängig mit größerer Intensität kurzzeitiger und umgekehrt ausgesendet werden.
Natürlich werden auch Zielobjekte beleuchtet, die vor oder hinter dem Wirkungsbereich 4 liegen. Praktisch jedoch kann man davon ausgehen, dass das anvisierte Zielobjekt, auf welches ein simulierter Schuss gerichtet wird, das in Abstrahlrichtung der Strahlenbündel 2.1, 2.3 nächst liegende Zielobjekt ist. Weiter entfernt liegende Zielobjekte detektieren die Strahlenbündel 2.1, 2.3 dann nicht, wenn die auftreffende Intensität unterhalb eines Schwellwertes dessen Empfängereinheit liegt.
Wie bekannt, wird zur Schusssimulation mit einer Ablenkeinrichtung 1, die mit einer oben beschriebenen Sendeeinheit 2 und einer Empfängereinheit 3 ausgestattet ist, während einer Schwenkbewegung ein Raumwinkelbereich abgetastet. Dabei ist zu den Zeitpunkten des Empfangs von Reflexionssignalen die horizontale und vertikale Winkelstellung der Ablenkeinrichtung 1 bekannt.
Zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem ersten vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird eine Schusssimulationseinrichtung mit einer Ablenkeinrichtung 1, an der eine Sendeeinheit 2 und eine Empfängereinheit 3 vorgesehen sind, siehe 1, zur Verfügung gestellt. Die Sendeeinheit kann genau zwei fächerförmige Strahlenbündel 2.1, 2.3 aussenden. Die Schusssimulationseinrichtung wird so aufgestellt, dass sie, mit einer wenigstens annähernd horizontalen Schwenkbewegung mit einer sich im Richtungssinn ändernden Abtastrichtung R einen interessierenden Raumwinkelbereich abtasten kann.
In einem ersten Verfahrensschritt werden in dem Raumwinkelbereich in bekannter Weise Zielobjekte detektiert und deren Position erfasst. Dazu werden die Strahlenbündel 2.1, 2.3 während der Schwenkbewegung fortlaufend ausgesendet. Beim Überstreichen eines Zielobjektes, das heißt eines mit einem Trippelspiegel versehenen Ziels, werden die Strahlenbündel 2.1, 2.3 zeitlich nacheinander, jeweils in einer bestimmten horizontalen und vertikalen Winkelstellung der Ablenkeinrichtung 1 in sich, auf die Empfängereinheit 3 reflektiert und es werden Reflexionssignale gebildet. Über die z. B. aus der Laufzeit der Reflexionssignale ermittelte Entfernung sowie der horizontalen und vertikalen Winkelposition der Ablenkeinrichtung 1 zum Zeitpunkt des Erhalts der Reflexionssignale wird die Position des Zielobjektes bezogen auf ein Koordinatensystem der Simulatoreinrichtung bestimmt und abgespeichert. Nachdem innerhalb des Raumwinkelbereiches wenigstens ein Zielobjekt geortet und dessen Position erfasst wurde, kann auf dieses Ziel gerichtet ein Schuss simuliert werden. Dabei soll erfindungsgemäß ein Wirkungsbereich 4 eines realen Geschosses durch einen simulierten Wirkungsbereich 4 berücksichtigt werden.
In der Realität hat der Wirkungsbereich eines Geschosses, z. B. eines Explosionskörpers, um einen Auftreffpunkt eine wenigstens annähernd gleiche radiale Ausdehnung, unabhängig von der Entfernung.
Um eine möglichst gleichmäßige transversale Ausdehnung des Wirkungsbereiches 4 in horizontaler Richtung senkrecht zur Abstrahlrichtung zu erreichen, werden die Strahlenbündel 2.1, 2.3 beim Überstreichen des Auftreffpunktes P abhängig von der Entfernung eines Auftreffpunktes P zeitlich solange angesteuert, dass der von allen Strahlenbündeln 2.1, 2.3 beleuchtete Durchschnittsbereich eine symmetrische Ausdehnung um den Auftreffpunkt P aufweist.
Durch den simulierten Wirkungsbereich 4 kann insbesondere auch die Wirkung eines Geschosses auf sich um das anvisierte Ziel befindende weitere Zielobjekte simuliert werden, da die Strahlenbündel 2.1, 2.3 von allen sich innerhalb des simulierten Wirkungsbereiches 4 befindenden Zielobjekten detektiert werden. Wird der simulierte Schuss korrekt auf ein Zielobjekt gerichtet, so fallen der Auftreffpunkt P und die ermittelte Position des Zielobjekts zusammen.
Ein zur Mittenebene M symmetrischer Wirkungsbereiches 4 lässt sich simulieren, wenn die Ablenkeinrichtung 1 entsprechend dem Auftreffpunkt P so ausgerichtet wird, dass der Auftreffpunkt P auf der Mittenebene M liegt. Sofern der ermittelte Auftreffpunkt P nicht gerade zufällig auf der Mittenebene M liegt, kann die Ablenkeinrichtung 1 während der Abtastbewegung vertikal verkippt werden, um dies zu erreichen. Es kann dann vergleichsweise ein Wirkungsbereich 4 mit einer maximalen horizontalen transversalen Ausdehnung simuliert werden.
Zur Simulation des Wirkungsbereiches 4 werden die Strahlenbündel 2.1, 2.3 jeweils über eine Zeitdauer ausgesendet, in der sie in Abhängigkeit von der Entfernung des anvisierten Zielobjekts und der Auslenkgeschwindigkeit wenigstens teilweise einen um die Auftreffposition P ausgedehnten Bereich überdecken, der als Wirkungsbereich 4 simuliert werden soll.
Ausgehend von dem Wirkungsbereich eines realen Geschosses, z. B. von einem Durchmesser von 20 m, soll die transversale Ausdehnung des simulierten Wirkungsbereiches 4 gleich 20 m betragen.
Bei einer Entfernung des Ziels von z. B. 500 m würde sich dann ein horizontaler Winkelbereich γ von 7° ergeben. Die Längsachse der Strahlenbündel wäre bei einer Divergenz von z. B. 30 mrad in der Entfernung von 500 m gleich 15 m.
Wenn, wie bereits erwähnt, die Simulationseinrichtung so eingerichtet wird, dass beim Schwenken der Ablenkeinrichtung 1 die Mittenebene M über den Auftreffpunkt P geführt wird, beginnt das Aussenden der Strahlenbündel 2.1, 2.3, jeweils dann, wenn sich deren Bündelachsen 2.1.1, 2.3.1 in einer horizontalen Winkelposition von 3,5° vor der horizontalen Winkelposition des Auftreffpunktes P befinden und endet, wenn sich deren horizontale Winkelposition 3,5° hinter der horizontalen Winkelposition dem Auftreffpunkt P befindet.
Indem der Winkelbereich γ, in Abhängigkeit von der Entfernung des Auftreffpunktes P, angepasst wird, kann, unabhängig von der Entfernung des Auftreffpunktes P, ein Wirkungsbereich 4 mit einer gleich großen transversalen Ausdehnung simuliert werden.
In 5 sind in zwei verschiedenen Entfernungen E₁, E₂ die Abbildungen der Strahlenbündel 2.1, 2.3 zu verschiedenen Zeitpunkten dargestellt, die jeweils den Wirkungsbereich 4 in transversaler Richtung begrenzen. Es ist deutlich zu erkennen, dass zu den Zeitpunkten t₁₁, t₃₁, t₁₂, t₃₂, die das Abstrahlen der Strahlenbündel 2.1, 2.3 begrenzen, in der größeren Entfernung E₂ ein Wirkungsbereich 4 mit einem größeren quadratischen Querschnitt gebildet wird, als in der kürzeren Entfernung E₁ gebildet werden würde. Um in der kürzeren Entfernung E₁ einen im Querschnitt, und damit in seiner transversalen Ausdehnung, ebenso großen Wirkungsbereich 4 wie in der Entfernung E₂ zu bilden, erfolgt die Ansteuerung, der die Strahlenbündel 2.1, 2.3 aussendenden Sendeeinheit 2, zu den früheren Zeitpunkten t₁₁ – x, t₃₁ – x und zu den späteren Zeitpunkten t₁₂ + x, t₃₂ + x.
In 6 sind von drei Strahlenbündeln 2.1, 2.2, 2.3 die Positionen bezogen auf den Auftreffpunkt P dargestellt, in denen deren Aussendung beginnt und endet. Da das vertikal verlaufende Strahlenbündel 2.2 im Vergleich zu den anderen beiden Strahlenbündeln 2.1, 2.3 einen kleineren horizontalen Winkelbereich γ überstreicht, beschneidet es den Querschnitt des Wirkungsbereiches 4 und trägt damit zur Querschnittsform des Wirkungsbereiches 4 bei.
In 7 ist die Abbildung der Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3 während der Schwenkbewegung in Abtastrichtung R zu verschiedenen Zeitpunkten t₁ – t₆ dargestellt. Eine tatsächliche Abbildung erfolgt nur, wenn sie zu den jeweiligen Zeitpunkten auch ausgesendet werden, was den Zeitpunkten t₁ – t₆ zugeordnet angegeben ist. Als Doppellinie dargestellte Abbildungen stehen hierbei für Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3, die zu dem betreffenden Zeitpunkt nicht ausgesendet werden oder das Aussenden zu diesem Zeitpunkt beendet wird. Die als dicke Volllinie dargestellten Abbildungen stehen für Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3 die gerade ausgesendet werden oder deren Aussenden zu diesem Zeitpunkt beginnt. Jedes der Strahlenbündel beleuchtet damit zwischen dem Zeitpunkt des Ein- und Ausschaltens ein Beleuchtungsfeld, dessen Lage und Breite in Abtastrichtung R durch die Zeitpunkte des Ein- und Ausschaltens und die Abtastgeschwindigkeit bestimmt ist. Der sich durch die Überlappung aller Beleuchtungsfelder bildende Überlappungsbereich bestimmt den Querschnitt des Wirkungsbereiches 4 in einer transversalen Ebene.
Das heißt, die Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3 können unabhängig voneinander angesteuert werden, zeitlich nacheinander oder aber auch zeitlich überlappend, wobei jeder Punkt innerhalb des sich letztendlich ergebenden Querschnitts des Wirkungsbereiches 4, wie der durch eine Volllinie umrandet, zum Zeitpunkt t₆ dargestellt ist, von den Strahlenbündeln 2.1, 2.2, 2.3 beleuchtet wird.
Bei dem in 7 dargestellten Querschnitt eines Wirkungsbereiches 4 wirkt im Unterschied zu dem in 6 dargestellten Wirkungsbereich 4 das Strahlenbündel 2.2 nicht an der Querschnittsform mit, sondern dient nur zur Übertragung von Information an alle Zielobjekte im Wirkungsbereich 4.
Bezugszeichenliste

1: Ablenkeinrichtung
2: Sendeeinheit
2.1: fächerförmiges Strahlenbündel
2.2: fächerförmiges Strahlenbündel
2.3: fächerförmiges Strahlenbündel
2.1.1: Bündelachse der Strahlenbündel
2.2.1: Bündelachse der Strahlenbündel
2.3.1: Bündelachse der Strahlenbündel
3: Empfängereinheit
4: Simulierter Wirkungsbereich
5: Winkelhalbierende
6: Scanfeld
M: Mittenebene
R: Abtastrichtung
P: Auftreffpunkt
E: Entfernung des Auftreffpunktes
α: Winkel
β: Schwenkwinkelbereich
γ: Winkelbereich
t: Zeitpunkt
S: Abstrahlrichtung

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

WO 0053993 A1 [0003]
DE 102007014290 A1 [0004]
US 4218138 [0005]
DE 29207589 C2 [0006, 0009, 0010, 0010, 0011, 0015, 0028]
DE 102011001713 B3 [0009, 0009, 0015, 0028]

Claims

Verfahren zur Simulation eines Wirkungsbereiches (4) eines simulierten Geschosses um dessen Auftreffpunkt (P), bei dem mit einer Simulationseinrichtung, die eine Ablenkeinrichtung (1) mit einer Sendeeinheit (2) aufweist, die dazu ausgelegt ist, von einander unabhängig ansteuerbar wenigstens zwei fächerförmige, einen Winkel (α) miteinander einschließende Strahlenbündel (2.1, 2.2, 2.3) auszusenden, ein Raumwinkelbereich abgetastet wird, in dem sich wenigstens ein Zielobjekt befindet, auf welches ein simulierter Schuss gerichtet wird und der Auftreffpunkt (P) des simulierten Geschosses bezogen auf ein Koordinatensystem der Simulationseinrichtung, berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3, jeweils beim Überstreichen des Auftreffpunktes (P) in einer Abtastrichtung (R) innerhalb eines von der Entfernung des Auftreffpunktes (P) abhängig ausgewählten Winkelbereiches (γ1, γ2, γ3) ausgesendet werden, womit die Strahlenbündel (2.1, 2.2, 2.3) um den Auftreffpunkt (P) sich überlappende Beleuchtungsfelder beleuchten und durch den Überlappungsbereich der Beleuchtungsfelder ein zur Schussrichtung transversal ausgedehnter Wirkungsbereich (4) simuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (2) genau zwei fächerförmige Strahlenbündel (2.1, 2.3) aussendet und die Winkelhalbierende (5) des Winkels (α) senkrecht auf der Abtastrichtung (R) steht, womit ein symmetrischer Wirkungsbereich (4) gebildet werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bündelachsen der Strahlenbündel (2.1.1, 2.3.1), eine ein Scanfeld (6) halbierende Mittenebene (M) aufspannen und die Ablenkeinrichtung (1) vor Bildung des Wirkungsbereiches (4) so vertikal verkippt wird, dass der Auftreffpunkt (P) auf der Mittenebene (M) liegt, womit ein für die Ablenkeinrichtung (1) größtmöglicher Wirkungsbereich (4) gebildet werden kann.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) gleich 90° ist, womit ein zur Winkelhalbierenden (5) und der Mittenebene (M) symmetrischer Wirkungsbereich (4) simuliert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenbündel (2.1, 2.2, 2.3) unterschiedlich moduliert werden, um unterschiedliche Informationen auf die Zielobjekte innerhalb des Wirkungsbereiches (4) zu übertragen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass genau drei fächerförmige Strahlenbündel (2.1, 2.2, 2.3) ausgesendet werden, wobei zwei äußere der drei fächerförmigen Strahlenbündel (2.1, 2.3) den Winkel (α) miteinander einschließen und die Winkelhalbierende (5) des Winkels (α), senkrecht der Abtastrichtung (R) stehend, mit dem dritten Strahlenbündel (2.2) zusammenfällt, und der Winkelbereich (γ₂₎, über den das zweite der drei Strahlenbündel (2.2) ausgesendet wird, kleiner ist als die Winkelbereiche (γ₁, γ₃), über die die beiden anderen der drei Strahlenbündel (2.1, 2.2, 2.3) ausgesendet werden.