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Die Erfindung betrifft eine Richt- und Leitvorrichtung zur Führung eines Waffensystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Unterstützung eines Richtschützen eines Waffensystems.
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Es sind bereits optische Zieleinrichtungen bekannt, die eine Waffe aufweisen, die um die Azimut- und Nadirachse beweglich sind und deren Ausrichtung auf jeder der beiden Achsen über eine Geschwindigkeitssteuerung erfolgt. Dies wird von einem Motorantriebselement der Waffe und einem Messfühler für die Winkelgeschwindigkeit durchgeführt.
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Die Zieleinrichtung umfasst dabei eine Videokamera, die fest an der Waffe angebracht ist und deren Visierachse parallel zu der Achse der Waffe verläuft. Die Visierachse ist durch ein Fadenkreuz markiert, das in das Videobild eingeblendet ist. Der Benutzer verwendet das Videobild der Kamera, um ein Ziel anzuvisieren. Zu diesem Zweck bedient er einen Richtgriff, der die Einstellwerte für die Geschwindigkeit im Azimut und im Nadir zur Steuerung der Waffe liefert, die zum Treffen des Zieles benötigt werden.
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Als Weiterentwicklung ist aus der Druckschrift
DE 102 08 102 B4 eine Schießricht- oder Schießleitvorrichtung zum Richten einer Waffe durch eine Bedienungsperson bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Motorbetriebseinrichtung zum Antreiben der Waffe sowie Einheiten zum Steuern der Motorbetriebseinrichtungen, um die Waffe zu versetzen. Ebenso sind Richteinrichtungen für das Bedienungspersonal vorgesehen. Zusätzlich umfasst sind Beobachtungs- und Visiereinrichtungen, die eine Kamera beinhalten, deren Beobachtungsachse parallel zur Waffe verläuft, wobei das von der Kamera kommende Bild der Bedienungsperson an eine Sichteinrichtung übermittelt wird. Zudem sind Einrichtungen vorhanden, die das einer Bedienungsperson an der Sichteinrichtung gelieferte Bild stabilisieren. Die Stabilisierungseinrichtungen bestimmen einen Fehler, der die Abweichung zwischen der Soll-Position, die einem Befehlswert entspricht, und der tatsächlichen Position der Waffe wiedergibt. Aus dieser Abweichung wird eine Korrekturgröße bestimmt, die das Bild der Kamera entsprechend verschiebt. Durch die Verschiebung erfolgt bei dieser Vorrichtung eine automatisierte Schusskorrektur des Visierfadenkreuzes um den errechneten Winkel aus den Positionsabweichungen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Richt- und Leitvorrichtung und damit verbunden ein zugehöriges Verfahren weiterzuentwickeln, um die Ersttrefferwahrscheinlichkeit weiter zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bezüglich einer Richt- und Leitvorrichtung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Zudem ist ein Verfahren zur Unterstützung eines Richtschützen eines Waffensystems im Anspruch 6 angegeben. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
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Die Erfindung schließt eine Richt- und Leitvorrichtung zur Führung eines Waffensystems ein, mit wenigstens einer Waffe, umfassend:
- – eine Richteinrichtung zur Erfassung eines Ziels,
- – ein optronisches Sichtsystem inklusive einer Kamera, dessen Beobachtungsachse zumindest im Wesentlichen parallel zu der wenigstens einen Waffe verläuft,
- – eine Bildanzeigeeinheit zur Anzeige der mit der Kamera des optronischen Sichtsystems aufgenommenen Bildsignale,
- – Antriebsmittel zum automatischen Ausrichten der wenigstens einen Waffe und des optronischen Sichtsystems.
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Erfindungsgemäß ist eine Video-Tracker-Einrichtung mitumfasst, welche die von der Kamera des optronischen Sichtsystems aufgenommenen Bildsignale erhält und dazu eingerichtet ist, mittels der Bildsignale ein durch die Richteinrichtung erfasstes Ziel zu verfolgen, indem die Antriebsmittel derart angesteuert werden, dass die wenigstens eine Waffe und die Kamera des optronischen Sichtsystems und/oder das optronische Sichtsystem automatisch dem Ziel nachgeführt werden.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass in dem Moment, in dem der Richtschütze ein Ziel anvisiert hat, dieser die weitere Zielverfolgung an eine automatisierte Einrichtung übergibt. Mit anderen Worten: Der Richtschütze markiert das Ziel und startet daraufhin eine automatische Zielverfolgung durch Videotracking. Abhängig von der Anzahl der Bilder, die generiert werden, können mögliche Positionsabweichungen entsprechend ausgewertet werden und unmittelbar daraus eine Zielkorrektur errechnet werden. Zentrale Funktion hat hierbei eine verstellbare Videokamera, die in der Lage ist, eine ausreichende Anzahl an Bildern zu generieren. Aus der ermittelten Objektbewegung wird eine Nachführinformation zum Steuern einer im Regelfall auf einer Plattform oder in einem Geschützturm montierten Waffe generiert. Der Richtschütze braucht dabei keine manuelle Nachführung mittels der Richteinrichtung vornehmen und wird dadurch erheblich entlastet.
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In einem ersten Schritt legt beispielsweise der Kommandant bei der Zielaufklärung eines gepanzerten Fahrzeugs das zu bekämpfende Ziel fest. Zur Zielzuweisung übergibt der Kommandant das Ziel an den Richtschützen. Der Richtschütze erfasst das Ziel mit dem Sichtsystem und lenkt dadurch das Waffensystem auf das Ziel. Hierbei leitet er die Zielverfolgung ein und ermittelt dabei die Feuerleitparameter. Der Abstand zum Ziel kann fortlaufend mit einem Laser-Entfernungsmesser bestimmt werden. Als Videoquelle kann ein Wärmebildgerät oder ein Tagsichtgerät zum Einsatz kommen. Abhängig von der Videobilddatenrate und dem aktiven Tracking-Algorithmus kann ein Video-Tracker 2 bis 5 Videobilder als Vollbilder benötigen, um Richtsignale für die Nachführung des Sichtsystems generieren zu können. Bei analogen Bilddaten (PAL) kann beispielsweise die Video-Tracker-Einrichtung Boresight-Abweichungen ungefähr alle 40 Millisekunden durch die Sichtsystemnachführung ausregeln und so ein Ziel präzise verfolgen.
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Das Waffensystem liefert in diesem Zusammenhang die Informationen für die ballistischen Berechnungen. Zum automatisierten System besteht für einen Richtschützen gegebenenfalls die Möglichkeit, noch unterstützend manuell eingreifen und korrigieren zu können. Bis zum Auslösen des Schusses können immer die optimalen ballistischen Werte ermittelt werden. Durch ein kurzzeitiges manuelles Eingreifen kann auch auf eine mögliche Zielverdeckung reagiert werden, um dem Video-Tracker zuverlässige zusätzliche Informationen für eine Zielverfolgung zu geben. Um dem Richtschützen die Zielverfolgung zu vereinfachen, übernimmt folglich ein Video-Tracker die Führung des Sichtsystems und damit das Richten der Waffe.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass das optronische Sichtsystem hochgenaue Positionsdaten nach außen gibt und sich dafür eignet, ein Waffensystem präzise auf ein Ziel einlaufen zu lassen. Sobald das Fadenkreuz auf dem Ziel positioniert ist, wird aufgrund von diesen Positionsdaten die Waffe nachgeführt. Im Vergleich mit einem durch Menschen gesteuerten System erreicht das stabile Video-Tracking ein deutlich genaueres und schnelleres Nachführen des Waffensystems während der Zielverfolgung. Folglich ermöglicht eine automatisierte Zielverfolgung auch weniger geübten Richtschützen die Leistungsfähigkeit eines Waffensystems voll auszuschöpfen. Hierdurch kann die Ersttrefferwahrscheinlichkeit in vorteilhafter Weise wesentlich erhöht werden.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann das optronische Sichtsystem eine Bildstabilisierungseinheit aufweisen. Diese Funktion kann üblicherweise durch einen Video-Tracker abgedeckt werden. Dieser hat die Fähigkeit, durch eine elektronische Bildstabilisierung Abweichungen um eine oder mehrere Achsen auszugleichen.
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Vorteilhafterweise kann die Video-Tracker-Einrichtung eine Auswerteeinheit zur Verfolgung mehrerer Ziele aufweisen. Derartige Video-Tracker-Einrichtungen können 5–10 Objekte gleichzeitig im Videobild verfolgen und ein sogenanntes Multi-Target-Tracking durchführen. In Waffensystemen mit Ladeautomaten können so in direkter zeitlicher Abfolge gleich mehrere Ziele bekämpft werden.
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In bevorzugter Ausgestaltung kann die Auswerteeinheit eine Zielpriorisierung vornehmen. Bei gleichzeitiger Beobachtung mehrere Ziele kann eine Gefahreneinschätzung auf der Grundlage von vorhandenem Datenmaterial erfolgen und so dem Richtschützen eine Reihenfolge vorgeschlagen oder einen Zielvorschlag eines zuerst zu bekämpfenden Ziels gemacht werden.
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Des Weiteren kann vorteilhafterweise die Richteinrichtung als Korrektureinrichtung zum Nachjustieren eines Befehlswerts, insbesondere zur Ansteuerung der Antriebsmittel um die Waffe und/oder das optronische Sichtsystem zu versetzen bzw. auszurichten, eingebunden sein. Während der Aufklärung kann das Video-Tracker-System mit Hilfe der Bewegungserkennung (Moving-Target-Indication) Änderungen im Videobild detektieren und den Richtschützen bei der Beobachtung unterstützen und entlasten. Ein Nachjustieren erfolgt durch den Richtschützen mit Hilfe des Richtgriffs. Auch ist Teil des Bedienkonzepts, dass der Richtschütze nicht zwingend auf die Mitte eines Objekts zielt, sondern möglicherweise auf einen weiter hinten oder vorne gelegenen Zielpunkt anhält. In diesem Falle überlagert sich die durch den Richtgriff ausgelöste Korrektur mit dem automatischen Tracking. Auf diese Weise kann bei einem Ziel der Punkt ausgesucht werden, an dem dieses effektiv bekämpft werden soll. Insbesondere bei plötzlichen Richtungsänderungen des Ziels oder des eigenen Fahrzeugs kann dies in erhöhtem Maße notwendig sein.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung schließt ein Verfahren zur Unterstützung eines Richtschützen eines Waffensystems mit wenigstens einer Waffe ein, wobei das Verfahren umfasst:
- – Erfassen eines Ziels mittels einer Richteinrichtung,
- – Datenerfassung und -bereitstellung mittels einer Video-Tracker-Einrichtung eines optronischen Sichtsystems, welche die von einer Kamera aufgenommenen Bildsignale erhält, zur Verfolgung des Ziels,
- – markieren des Ziels mit einer Zielmarke,
- – übernehmen des Ziels mittels des optronischen Sichtsystems,
- – automatisierte Zielausrichtung und Zielverfolgung der Waffe und/oder des optronischen Sichtsystems durch Antriebsmittel.
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Dieser Aspekt der Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, ein entsprechendes Verfahren zur erfindungsgemäßen Richt- und Leitvorrichtung bereitzustellen. Letztendlich wird einer Baugruppe mit Videotrackingfunktionalität entsprechend verwertbares Bildmaterial geliefert. Zu unterscheiden ist dabei zwischen dem Zielkreuz, das der Richtschütze sieht, und zwischen dem vom Video-Tracker ermittelten Bildmittelpunkt, die sogenannte Video-Tracker-Boresight. Während der ”acquisition”-Phase wird das Ziel im gekennzeichneten Rahmen festgelegt. Der Video-Tracker übernimmt das Ziel und beginnt die Nachführung. Hierbei werden Abweichungen vom Ziel mit einem Rechnersystem ermittelt und korrigiert, indem das Waffensystem bewegt wird.
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Bevorzugt kann die Datenerfassung und -bereitstellung aus 2 bis 5 Videobildern generiert werden. Hieraus können mittels der Video-Tracker-Einrichtung integrierte Strategien für die Primärzielfestlegung entwickelt werden und eine automatisierte sequentielle Zielerfassung und Zielverfolgung der Objekte erfolgen. Diese Bildanzahl ist auch ausreichend, um Richtsignale für die Nachführung des optronischen Sichtsystems generieren zu können.
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Des Weiteren bevorzugt kann mittels des optronischen Sichtsystems eine elektronische Bildstabilisierung durchgeführt werden. Durch die elektronische Bildstabilisierung kann beispielsweise eine Bildverkantung entlang der Visierlinie kompensiert werden.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann während der automatisierten Zielverfolgung die Zielausrichtung der Waffe mit einem Winkelversatz zur Visierlinie durchgeführt werden. So erhält der Tracker die benötigte Information, um die Waffe entsprechend durch einen Offset neu auszurichten. Bei bewegten Zielen kann der Richtschütze folglich immer erneut die Zielausrichtung der Waffe nachführen.
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Vorteilhafterweise kann der Video-Tracker-Einrichtung zur Datenerfassung und Datenbereitstellung weitere Informationen zum Sehfeldwechsel, zu der Fokussierung, sowie zu der Kontrast- oder Helligkeitsänderung zur Verfügung gestellt werden. Diese Informationen dienen zur Interpretation der realen Verhältnisse, um eine zuverlässigere Zielführung zu erhalten.
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In bevorzugter Ausgestaltung kann durch die Video-Tracker-Einrichtung eine automatisierte Zielverfolgung mehrerer Ziele durchgeführt werden.
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In der Video-Tracker-Einrichtung integrierte Strategien für die Primärzielfestlegung ermöglichen eine automatisierte sequentielle Zielerfassung und Verfolgung der Objekte.
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Des Weiteren kann vorteilhafterweise durch die Video-Tracker-Einrichtung bei der automatisierten Zielverfolgung mehrerer Ziele eine Zielpriorisierung vorgeschlagen werden. Hierbei kann aus dem von einem Ziel ausgehenden Gefahrenpotential, eine hierarchische Rangordnung zur Bekämpfung erstellt werden.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Zeichnungen prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen:
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1 eine Schemazeichnung zum Erfassen eines Ziels mittels einer Richteinrichtung;
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2 eine Schemazeichnung zur Datenerfassung und Datenbereitstellung mittels einer Video-Tracker-Einrichtung;
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3 eine Schemazeichnung zum Markieren des Ziels in einer Zielmarke und übernehmen des Ziels mittels des optronischen Sichtsystems;
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4 eine Schemazeichnung zur automatisierten Zielausrichtung und Zielverfolgung der Waffe durch Antriebsmittel;
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5 eine schematische Darstellung der Zielkontrolle durch den Richtschützen; und
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6 schematisch das Systemkonzept mit der Video-Tracker-Einrichtung.
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1 zeigt eine Schemazeichnung zum Erfassen eines Ziels 10 mittels einer Richteinrichtung 5 einer Richt- und Leitvorrichtung 1. Bei diesem Bedienschritt erfolgt das Akquirieren des zu trackenden Ziels 10.
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Zunächst bekommt der Richtschütze zur Zielerfassung das Ziel 10 zugewiesen. In diesem Falle bedient er einen Joystick als Richteinrichtung 5 und bewegt die Kamera 8 des optronischen Sichtsystems 7, 8, 9. Das Waffensystem befindet sich meistens in einem Turm, der in der Lage ist, die Waffe (nicht dargestellt) zu drehen und auszurichten. Der Richtschütze steuert die Kamera 8 des optischen Sichtsystems 7, 8, 9 und die Waffe, wobei der Turm der Kamera 8 folgt. Daraus lassen sich die Positionsdaten generieren. Damit die später erfolgende ballistische Berechnung der Waffe korrekt funktionieren kann, muss der Richtschütze das Ziel 10 zunächst mit Hilfe der Richteinrichtung 5 verfolgen. Hierbei verschiebt er in der Bildanzeigeeinheit 9 den Bildrahmen der Zielmarke 2 mit dem Richtgriff 5 über das Ziel 10. Der Verschiebungsweg ergibt sich aus einer Information über die Pixelabweichung Δx ≠ 0, Δy ≠ 0, welche über eine Steuereinrichtung bzw. einen Steuerrechner oder einen Control-Adapter 6 an die Video-Tracker-Einrichtung übermittelt wird.
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2 zeigt eine Schemazeichnung zur Datenerfassung und Datenbereitstellung mittels einer Video-Tracker-Einrichtung 7. Der Richtschütze folgt dem Ziel 10 mit Hilfe der Optik, wobei sich die Plattform so dreht, dass das ihm sichtbare Fadenkreuz auf einen am Ziel ausgewählten Punkt angehalten wird. Aus der Videobildinformation erkennt die Video-Tracker-Einrichtung 7 das Ziel 10, wodurch die Zielakquise zunächst abgeschlossen ist. Daraus ergeben sich Positionsdaten, denen die Waffe folgt.
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3 zeigt eine Schemazeichnung zum Markieren des Ziels 10 in einer Zielmarke 2 und zum Übernehmen des Ziels 10 mittels des optronischen Sichtsystems 7, 8, 9. Nachdem die Video-Tracker-Einrichtung 7 ein Ziel erfasst hat („object locked”), verfolgt die Bildverarbeitung das Objekt („tracking”) anhand erlernter Objektmerkmale, wie beispielsweise Umrisskonturen, Schwerpunkt und Statistik, im Videobilddatenstrom, nachdem das Tracking gestartet wird.
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Es ist vorteilhaft für die kontinuierliche Richtsignalgenerierung, dass das zu trackende Objekt einerseits immer vollständig im Videobild erkennbar ist und andererseits keine abrupten signifikanten Änderungen von Größe und Form erfährt, wie beispielsweise durch Sehfeldwechsel, Fokussierung, Kontrast- oder Helligkeitsänderungen.
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4 zeigt eine Schemazeichnung zur automatisierten Zielausrichtung und Zielverfolgung der Waffe durch Antriebsmittel. Hierbei wird über die Videokamera 8 eine Videobildinformation an die Video-Tracker-Einrichtung 7 übertragen und die Pixelabweichung Δx, Δy ermittelt. Eine Abweichung des Objekts zu einer parametrierbaren Pixelposition (Video-Tracker-Boresight) ermöglicht so die Generierung eines Richtsignals und die automatisierte Nachführung des Sichtsystems.
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Hieraus wird die Stellgeschwindigkeit: VAzimuth ≠ 0, VElevation ≠ 0 festgelegt, welche Mittels des Control-Adapters 6 zur Nachführung der Waffe umgesetzt wird. Auf diese Weise werden die Abweichungen vom Ziel 10 mit dem Rechnersystem ermittelt und durch die Mitführung des Waffensystems korrigiert.
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Zum besseren Verständnis zeigt 5 eine schematische Darstellung der Zielkontrolle durch den Richtschützen. Während der automatisierten Zielverfolgung überwacht der Richtschütze den Tracker Status und übernimmt bei drohendem Objektverlust die Kontrolle über das Sichtsystem oder führt durch eine manuelle Korrektur ein sogenanntes „Reacquire” durch.
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Während der automatischen Zielverfolgung kann der Offset zwischen dem sogenannten „Video-Tracker-Boresight” und der „Line of Fire” folglich verändert werden, um das Wirkmittel ins Ziel lenken zu können. Bei stabilem Tracking löst der Richtschütze die Berechnung der Feuerleitwerte aus und aktiviert die Waffe.
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6 zeigt schematisch das Systemkonzept mit der Video-Tracker-Einrichtung. Dieses Systemkonzept ermöglicht eine latenzarme und nahezu jitterfreie Nachführung der Waffe mit Hilfe eines Control-Adapters und einem deterministischen Bussystem CAN. Der Video-Tracker wird mit Bilddaten einer Tag- oder Nachtsichtkamera versorgt. Hierbei kann auch bezüglich den Tag- oder Nachtsichtbedingungen über die jeweilige Videoquelle eine automatisierte Video-Tracker-Optimierung stattfinden. Ein Sehfeldwechsel, die Fokussierung, Kontraständerungen, Helligkeitsänderungen können der Video-Tracker-Einheit signalisiert werden, wodurch die Gefahr eines Objektverlusts reduziert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Richt- und Leitvorrichtung
- 2
- Zielmarke
- 5
- Richteinrichtung
- 6
- Steuerrechner, Control-Adapter
- 7
- Video-Tracker-Einrichtung (optronisches Sichtsystem)
- 8
- Kamera (optronisches Sichtsystem)
- 9
- Bildanzeigeeinheit (optronisches Sichtsystem)
- 10
- Ziel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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