DE19606685A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gefechtssimulation mit mindestens einem real in einer Umgebung bzw. Gelände operierenden beweglichen Waffensystem und einem quasi ortsfesten Simulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zugehörige Vor­ richtung zur Gefechtssimulation mit mindestens einem real in einer Umgebung bzw. einem Gelände operierenden beweglichen Waffensystem und einem quasi ortsfesten Simulator.

Gefechtsfeldsimulatoren zum realitätsnahen Trainieren bestimm­ ter taktischer Situationen unter Zuhilfenahme von Computerdar­ stellungen sind bekannt. Hier werden beispielsweise real im Gelände übende Truppen, deren Aufgaben und Bewegungen mit von einem Rechner simulierten Truppen- oder Gefechtsfahrzeugen ge­ koppelt, um auf diese Weise Nachbarn oder Gegner darzustellen. Bei bekannten Einrichtungen können die real Übenden zwar die Wirkung befreundeter oder gegnerischer Truppen spüren, diese jedoch nicht visuell wahrnehmen und unterstützen oder bekämp­ fen. Es war bisher nicht möglich, die simulierten Truppen für die Besatzung realer Waffensysteme sichtbar zu machen. Aus diesem Grunde war es bisher notwendig, Gefechte mit realen und simulierten Truppen voneinander zu trennen, wodurch wesentli­ che Einschränkungen bei der Anlage und Durchführung von Übun­ gen gegeben sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Gefechtssimu­ lation mit einem real in einer Umgebung bzw. Gelände operie­ renden beweglichen Waffensystem und einem quasi ortsfesten Si­ mulator anzugeben, das bzw. die es gestattet, den übenden re­ alen Truppen visuell den jeweiligen Standort und die Aktivitä­ ten simulierter Truppen darzulegen, so daß sich die Effizienz und die Realitätsnähe von auf dieser Basis durchgeführten Ge­ fechtsfeldübungen oder dergleichen erhöht.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Verfah­ ren nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie einer Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 9, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestal­ tungen und Weiterbildungen umfassen.

Der wesentlichste Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß ein simuliertes Ziel-Objektbild erzeugt wird, welches in vorhandene Optiken oder optronische Sichtgeräte der realen Waffensysteme realer Truppen eingeblendet wird, so daß diese realen Truppen in der Lage sind, die Aktivitäten der simulier­ ten Truppen wirklichkeitsnah zu erfahren und zu verfolgen. In Ausgestaltung des Grundgedankens der Erfindung wird das Ziel-Ob­ jektbild entfernungs-, dimensions-, lage- und ereignisrich­ tig als Zielsilhouette in der Optik des Realfahrzeuges bzw. des realen Waffensystems dargestellt.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird aufgrund der Tatsache, daß die exakte Positionierung des virtuellen Zieles entscheidend für eine hochgenaue Ermittlung des Stand­ ortes und der Richtung der Beobachtungs- und Zielmittel ab­ hängt, eine hochgenaue Positions- und Azimut-Elevations-Rich­ tungsvermessung des Waffensystems, vorzugsweise durch den Einsatz eines kreuzkorrelierten Differential-GPS und ergänzen­ der oder alternativer Erfassung der Azimut-Elevationsrichtung aus einem Kreiselsystem vorgenommen.

Durch die derart erfolgende laufende hochgenaue Bestimmung von Position und Richtung des frei operierenden Waffensystems und Ermittlung des Waffenwinkels oder einer Visierlinie eines Sicht- bzw. Zielgerätes im Raum und die entsprechende laufende telemetrische Übertragung und Aktualisierung von Position, Schußereignis und Ausfallsignal vom Simulator zum operierenden Waffensystem sowie Übertragung der Position und Richtung des operierenden Waffensystems einschließlich des ermittelten Waf­ fenwinkels oder der Visierlinie eines Sicht- bzw. Zielgerätes im Raum, eines Schußereignisses sowie eines Ausfallsignals zum Simulator ist ein im Waffensystem vorhandener Bordcomputer un­ ter Nutzung von Position und Richtung des Waffensystems in der Lage, das simulierte Ziel-Objektbild zu erzeugen und, wie be­ reits erwähnt, in die waffensysteminterne Optik oder die vor­ handene optronische Sichteinrichtung einzublenden.

Die Anzeige des Zielobjektes erfolgt in dimensionsrichtiger Größe abhängig von der Objektentfernung und der Sichtlinie zum Beobachter, d. h. zum Waffensystem. Darüber hinaus erfolgt eine Horizontalbewegung des Objektes im Okular einer beispielsweise verwendeten Optik, je nach Objektrichtung, bezogen auf die Blickrichtung der Optik. Ebenso wird die Vertikalbewegung des Objektes im Okular in Abhängigkeit von der Vertikalbewegung der Optik gewährleistet.

Dadurch, daß gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung ständig optische Sichtbedingungen bzw. Sichtlinien zwischen beweglichem Waffensystem und Simulator berechnet werden, ist es möglich, das Ziel-Objektbild in Abhängigkeit von den realen Sichtverhältnissen, der Geländestruktur und Wetterbedingungen zu erzeugen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist durch die gegenseitige Übertragung von Position, Schußereignis und Aus­ fallsignal bzw. -information eine gegenseitige Bekämpfung nach Art eines Duells trainierbar. Hierbei ist eine vollständige beidseitige Duellsituation beim gegenseitigen Kampf zwischen einem simulierten und einem realen Waffensystem unter Ausnut­ zung der Informationen zur Schuß- und zur Trefferübermittlung möglich.

Die Darstellung des Zielausfalles erfolgt auf der Seite des Simulators durch Variation des dort dargestellten taktischen Symbols und in der Optik bzw. in der optronischen Sichtein­ richtung des Waffensystems im Realfahrzeug durch videoseitige Veränderung des dargestellten Objektbildes.

Die für eine optimale Gefechtssimulation notwendige Berechnung von Sichtlinien erfolgt anhand eines digitalisierten Gelände­ modells und ist extern auf Seiten des Simulators durchführbar, wobei eine Übertragung der Sichtberechnungen zum realen Waf­ fensystem mittels telemetrischer Einrichtungen erfolgt. Alter­ nativ kann die Sichtlinienberechnung auch im operierenden be­ weglichen Waffensystem bordintern durchgeführt werden, wobei dann in vorteilhafter Weise Verzögerungen bei der Datenüber­ tragung mittels Funk ausgeschlossen sind und sich insgesamt die Genauigkeit und Schnelligkeit, bezogen auf den konkreten Sichtwinkel der jeweiligen Optik des realen Waffensystems er­ höhen läßt.

Erfindungsgemäß erfolgt die hochgenaue Bestimmung von Position und Richtung des frei operierenden Waffensystems und die Er­ mittlung des Waffenwinkels oder eine Visierlinie eines Sicht- bzw. Zielgerätes im Raum entweder durch den Einsatz eines kreuzkorrelierten Differential-GPS oder durch eine Kombination des letzteren mit einer Erfassung der Azimut- und Elevations­ richtung der Waffe mittels eines Kreiselsystems, z. B. durch Datenübernahme aus dem Feuerleitsystem.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung werden zwei GPS-Empfänger längs der Rohrseelenachse einer Waffe des beweg­ lichen Waffensystems angeordnet. Die so ermittelten Daten ein­ schließlich der alternativ oder ergänzend ermittelten Eleva­ tionsrichtung der Waffe werden zum Bordcomputer des Waffensy­ stems übertragen, der dann nach an sich bekannten Algorithmen eine Positions- und Richtungsbestimmung in Azimut und Eleva­ tion vornimmt. In dem Falle, wo zeitweise aufgrund Empfangs­ störungen des GPS-Systems Daten ausfallen, besteht erfindungs­ gemäß die Möglichkeit einer Interpolation und/oder der Kombi­ nation des absoluten Meßsystems mit einem inkrementalen Meßsy­ stem, z. B. Beschleunigungssensoren zur Erfassung der Bewegung und der momentanen Lage des Waffensystems.

Das erfindungsgemäße Einblenden des oder der simulierten Ob­ jekte lage-, größen- und positionsrichtig sowie in Abhängig­ keit der Durchführung der Sichtbarkeitsberechnung erfolgt vor dem realen Hintergrund des im Gelände oder dergleichen operie­ renden Waffensystems, wobei der Hintergrund-Geländeblick über die waffensysteminterne Optik bzw. die optronische Sichtein­ richtung erhalten bleibt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Einblen­ dung eines erzeugten Video-Monitorbildes, welches das Ziel-Ob­ jektbild darstellt, in den Strahlengang einer Waffenoptik, z. B. eines Periskopes, vorgenommen. Es ist sichergestellt, daß eine vollständige Überdeckung der im Okular sichtbaren Flächen durch das Monitorbild erfolgt, so daß das simulierte Ziel-Ob­ jektbild über die gesamte im Okular sichtbare Fläche beweg­ bar ist.

Alternativ besteht die Möglichkeit, insbesondere bei optroni­ schen Sichtsystemen, die Videosignale des Ziel-Objektbildes mit der Abbildung des realen Hintergrundes zu verknüpfen und auf dem bordinternen Sichtsystem, z. B. einem Monitor, darzu­ stellen.

Zur Verbesserung der Darstellbarkeit des Ziel-Objektbildes, insbesondere bei kritischen Sichtverhältnissen, bezogen auf den realen Hintergrund, wird in einer Ausführungsform der Er­ findung vorgeschlagen, eine Anpassung der Helligkeit des Ziel-Ob­ jektbildes auf dem Monitor, d. h. sichtbar im Okular, in Ab­ hängigkeit von der Umgebungshelligkeit, vorzunehmen.

Für die exakte Darstellung des Ziel-Objektbildes wird erfin­ dungsgemäß ein Bordcomputer eingesetzt, welcher neben der eigentlichen Berechnung der Parameter für die Einblendung des Symbols und der Symbolausgabe (Ziel-Objektbild) die Aufgabe der Kommunikation mit einer Recheneinheit zur Auswertung der GPS-Daten und der Kommunikation mit der bidirektionalen Daten­ übertragungstelemetrieeinheit hat, die die Verbindung zum Si­ mulator hält.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung, die bei dem beweglichen Waffensystem von einem Kampfpanzer ausgeht, werden die Turmrichtung des Realfahrzeuges, die Position des Realfahrzeuges, die Elevation der Blickrichtung, die der Ele­ vation des Rohres der Waffe entspricht, die Höhe des Realfahr­ zeuges über Normalnull, die Position des simulierten Fahrzeu­ ges (Simulator), die Höhe des simulierten Fahrzeuges über Nor­ malnull, die Entfernung zwischen Realfahrzeug und simuliertem Fahrzeug, der Winkel, unter dem das Realfahrzeug das simu­ lierte Fahrzeug sieht und die Sichtverbindung zwischen Real­ fahrzeug und simuliertem Fahrzeug ausgewertet.

Die Turmrichtung und die Position des Realfahrzeuges sowie die Elevation der Blickrichtung und die Höhe des Realfahrzeuges über Normalnull werden von der Recheneinrichtung geliefert, die die GPS-Daten auswertet. Eine Darstellung des Ziel-Objekt­ bildes in der Optik des Waffensystems, d. h. des Realfahrzeu­ ges, ist erfindungsgemäß dann gegeben, wenn eine Sichtverbin­ dung aufgrund der vollzogenen Sichtberechnung besteht, der Turmwinkel bei der Ausführungsform Kampfpanzer innerhalb von z. B. ± 4° dem Winkel entspricht, unter dem das reale Fahrzeug das simulierte Fahrzeug sieht und der Elevationswinkel inner­ halb von z. B. ± 4° dem Winkel entspricht, unter dem das reale Fahrzeug das simulierte Fahrzeug sieht.

Erfindungsgemäß erfolgt die Kommunikation zwischen Simulator und beweglichem Waffensystem über der erwähnten bidirektiona­ len Datenübertragungstelemetrieeinheiten, die dem Senden und Empfangen von Position, Schußereignissen, Ausfallsignalen und Sichtinformationen dienen.

Alles in allem gelingt es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung eine sogenannte Live Simula­ tion mit einer Virtual Simulation zu verknüpfen. Bei der Live Simulation befinden sich Besatzungen in realen Fahrzeugen, Schiffen oder dergleichen und bewegen sich im realen Gelände bzw. in einer realen Umgebung. Das Gelände selbst ist instru­ mentiert. Der Simulationsanteil beschränkt sich im wesentli­ chen auf die Simulation der Waffenwirkung.

Bei der Virtual Simulation befinden sich die Besatzungen in oder vor einem Simulator, der realitätsnah ein Waffensystem repräsentiert. Das Gefechtsfeld selbst ist synthetisch. Meh­ rere Simulatoren können gekoppelt sein, wobei die Besatzungen gegeneinander oder gemeinsam gegen einen rechnergenerierten Feind kämpfen. Bei der vorerwähnten erfindungsgemäßen Kopplung von Live Simulation mit Virtual Simulation wird ein zusätzli­ cher Austausch und Abgleich von Informationen, wie z. B. Zu­ stand des Realfahrzeuges, Position des Realfahrzeuges im realen Gelände, Schußmeldung des Realfahrzeuges, Zustand des simulierten Fahrzeuges, Position des simulierten Fahrzeuges im digitalen Gelände, Beginn und Ende der theoretischen Sicht vom Realfahrzeug zum simulierten Fahrzeug, Richtung und Bewegungs­ verhalten der Wanne des Realfahrzeuges und Schußmeldung des simulierten Fahrzeuges vorgenommen. Durch diese Daten, die eine Minimalkonfiguration darstellen, wird es möglich, daß sowohl das simulierte Fahrzeug über die Aktivitäten des Real­ fahrzeuges informiert ist, als auch eine Information in umge­ kehrter Richtung erfolgt, so daß das reale Waffensystem, d. h. das Realfahrzeug, ständig Daten über das simulierte Fahrzeug erhält, das darüber hinaus optisch vor realem Hintergrund in Erscheinung tritt.

Die Kopplung von Live Simulation mit Virtual Simulation gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Vorrich­ tung führt einerseits zu Kosteneinsparungen und andererseits zum Erhalt der notwendigen Akzeptanz durch die größere Reali­ tätsnähe.

Insbesondere von Vorteil ist die ergänzende simulierte Dar­ stellung von Nachbarn und Gegnern vor realem Hintergrund, so daß eine Einschränkung der Szenariengestaltung nicht notwendig ist.

Da eine Kopplung von Simulationssystemen unterschiedlicher Hierarchieebenen möglich ist, kann darüber hinaus Leitungs- und Hilfspersonal eingespart werden oder es können gleichzei­ tig Auszubildende mehrerer Führungsebenen trainiert werden.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung zur Durchführung des Gefechtssimulationsverfahrens in einer ersten Aus­ führungsform;

Fig. 2 eine erweiterte Vorrichtung zur Gefechtssimulation ge­ mäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Ermittlung der hochgenauen Positions- und Winkelbestimmung am real im Gelände operierenden beweglichen Waffensystem;

Fig. 4a und 4b Darstellungsformen von Aktivitäten und Ereig­ nissen bei einem Duell zwischen Simulator (Rot) und realem Waffensystem (Blau);

Fig. 5 einen Blick durch die waffensysteminterne Optik des operierenden Waffensystems vor realem Hintergrund.

Mit Hilfe der Fig. 1, welche ein Blockschaltbild der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung darstellt, soll zunächst ein erstes Ausführungsbeispiel erläutert werden.

Die Vorrichtung gemäß erstem Ausführungsbeispiel besteht im wesentlichen aus zwei Komponenten, nämlich dem Bereich Simula­ tion 1, und dem Bereich Fahrzeug, welcher die stationäre Fahr­ zeugbasis 2 und den mobilen Anteil 3 des Fahrzeuges umfaßt.

Zwischen dem Simulationsbereich 1 und der stationären Fahr­ zeugbasis 2 werden die Daten in einem vorgegebenen Protokoll auf einer Lichtleiterstrecke übertragen, wobei die Fahrzeugba­ sis 2 und der mobile Anteil 3 des Fahrzeuges über eine Funk­ strecke, d. h. telemetrisch, miteinander kommunizieren.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist ein Per­ sonalcomputer als Simulationsrechner 4 vorgesehen, welcher die entsprechenden Softwareanteile der Simulation, die zur Dar­ stellung der Lage und zur Ansteuerung des Sichtrechners 5 not­ wendig sind, enthält. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel be­ findet sich der Sichtrechner 5 im Bereich Simulation 1, wobei die Ergebnisse des Sichtlinienrechners 5 über den Simulations­ rechner 4 auf die Fahrzeugbasis 2 gelangen und von dort über ein Modem zur bidirektionalen Datenübertragungstelemetrieein­ heit 6 gelangen, die sowohl in der Fahrzeugbasis 2 als auch im mobilen Teil des Fahrzeuges 3 vorhanden ist und somit dem im Gelände operierenden beweglichen Waffensystem zur Verfügung stehen.

Alternativ kann bei entsprechend leistungsfähigen bidirektio­ nalen Datenübertragungstelemetrieeinheiten 6 auch das Ergebnis der Simulation aus dem Simulationsrechner 4 zum mobilen Teil 3 gesendet werden. Ein zentraler Rechner 7 bearbeitet die über Funk, d. h. über die bidirektionalen Datenübertragungsteleme­ trieeinheiten 6, gelieferten Daten, ermittelt Sichtbarkeitsda­ ten und liefert das Ergebnis an das Fahrzeug zurück, damit dort die Einblendung eines simulierten Ziel-Objektbildes mög­ lich wird.

An sich bekannte Sprechfunkeinheiten 8 dienen der Abwicklung des Funkverkehrs zwischen Fahrzeugbasis 2 und dem mobilen Teil 3. Eine ortsfeste GPS-Station 9, deren Position mit hoher Ge­ nauigkeit bestimmt wurde, dient als Referenzquelle für ein an sich bekanntes satellitengestütztes Positionsbestimmungsver­ fahren DGPS.

Die relevanten Daten der Referenz GPS-Station 9 werden über ein entsprechendes Modem und unter Zuhilfenahme einer Funk­ strecke zu einem Empfänger 10 im mobilen Teil 3 übertragen. Die beispielsweise längs der Rohrseelenachse an der Waffenmün­ dung und am Waffenschild einer Waffe angeordneten GPS-Antennen des GPS-Empfängers 11 dienen der Bestimmung von Azimut und Elevation der Waffe und der Position des Waffensystems im Zu­ sammenwirken mit den GPS-Referenzdaten. Mit einem ersten Bordrechner 12 wird dann auf der Grundlage der DGPS-Informa­ tionen eine hochgenaue Positions- und Richtungsvermessung im Azimut des Waffensystems und eine Erfassung der Elevations­ richtung vorgenommen.

Beim verwendeten Positionsbestimmungssystem handelt es sich um ein kreuzkorreliertes Differential-GPS, das eine exakte Be­ stimmung der Koordinaten des Standortes im Bereich von ca. 3 cm in Echtzeit ermöglicht.

Durch die Anordnung der GPS-Empfänger 11 längs der Rohrseelen­ achse am Turm des mobilen Teiles 3 ist eine exakte Bestimmung der Beobachtungs- und Schußrichtung im Bereich von ca. 7,5 Strich in Echtzeit möglich.

Zusätzlich kann eine Erfassung der Elevationsrichtung der Waffe anhand eines Inklinometers erfolgen (siehe Fig. 2) und der Azimut aus einer fahrzeuginternen Navigationsanlage bzw. aus einem Kreiselsystem gewonnen werden. Letztere Daten gelan­ gen dann auf den ersten Bordrechner 12 (Fig. 2).

Die vom ersten Bordrechner 12 ermittelten Positions- und Rich­ tungsdaten werden auf einen zweiten Bordrechner 13 geführt, der wiederum mit der am mobilen Teil 3 angeordneten bidirek­ tionalen Datenübertragungstelemetrieeinheit 6 in Verbindung steht.

Die Aufgabe des zweiten Bordrechners 13 besteht in der Berech­ nung und Darstellung des simulierten Zieles unter Berücksich­ tigung der Sichtbarkeit, der Größe, der Richtung und des mög­ lichen Zielausfalles bei Treffer. Ausgangsseitig des zweiten Bordrechners 13 wird ein VGA-Signal erhalten, das auf einen Monitor 14 gelangt, der ein Ziel-Objektbild in den Strahlen­ gang einer im mobilen Teil vorhandenen Optik (Kommandanten­ periskop) einblendet. Darüber hinaus ist eine sogenannte Schußtaste 15 vorgesehen, mit der die Simulation einer Waffen­ betätigung seitens des mobilen Teiles 3 möglich wird. Die Schußinformation gelangt über den zweiten Bordrechner 13 und die bidirektionalen Datenübertragungstelemetrieeinheiten 6 zu­ rück auf den Simulator 1.

Gemäß einem weiteren, zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist zusätzlich zu den in Fig. 1 bereits erläuterten Komponen­ ten, die dieselben Bezugszeichen aufweisen, eine rechnerbe­ triebene Datenstrecke "PDU for DIS" 20 und 21 vorgesehen, die über ein Lichtleitkabel kommuniziert. (PDU for DIS = Protocol Data Unit for Distributed Interactive Simulation). Über die PDU-for-DIS-Strecke können weitere Simulatoren 1 bzw. weitere bewegliche reale Waffensysteme zur Durchführung umfassender Übungen angeschlossen werden.

Ein Betriebsdatenerfassungssystem 22 steht mit dem Rechner 7, der in der Fahrzeugbasis 2 angeordnet ist, in Verbindung und erhält seinerseits über eine Funkstrecke 23, 24 Daten zur Auf­ arbeitung des Azimut-Winkels einer Fahrzeugnavigationsanlage 25. Die Komponenten 26 und 27 gehören zur Standardausstattung eines experimentellen Gefechtsübungssystems und dienen der Po­ sitionserfassung unabhängig von den GPS-Empfängern 11.

Das bei der Erläuterung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 bereits erwähnte Inklinometer 28 dient der Bestimmung des Ele­ vationswinkels der Waffe bzw. bei der Betriebsart "Kommandant führt Hauptwaffe" auch der Bestimmung der Visierlinie eines nicht gezeigten Sicht- bzw. Zielgerätes.

Wie aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 ersichtlich, können zur Umsetzung des Simulationsverfahrens auch bereits im operierenden Waffensystem vorhandene Komponen­ ten zur Erhöhung der Genauigkeit der Positions- und Richtungs­ bestimmung eingesetzt werden. Darüber hinaus ist insbesondere durch die Nutzung der Ausgangssignale der Fahrzeugnavigations­ anlage 25 die Möglichkeit gegeben, beim Ausfall der GPS-Emp­ fänger 11 eine sinnvolle Interpretation durchzuführen, so daß die Betriebsfähigkeit des Systems insgesamt erhalten bleibt.

Unter Zuhilfenahme der Fig. 3 soll nunmehr der prinzipielle Aufbau zur hochgenauen Positions- und Winkelbestimmung in Echtzeit erläutert werden.

Fahrzeugseitig, d. h. im operierenden Waffensystem, ist eine Fahrzeugnavigationsanlage 30 (entspricht 25 gemäß Fig. 2) vorgesehen, die über eine standardisierte Schnittstelle mit dem bereits erwähnten Bordrechner 34 zusammenwirkt.

Die vorzugsweise maximal beabstandet längs der Rohrseelenachse des Waffensystems angeordneten GPS-Antennen 31, 32 liefern Ausgangssignale, die in Verbindung mit Referenzsignalen vom stationären GPS-Empfänger 33 den Bordrechner 34 in die Lage versetzen, die Position, die Höhe, den Azimut und auch die Elevation des Waffensystems zu bestimmen. Die in der Fig. 3 gezeigte Übertragungsstrecke 35 entspricht der zu den Fig. 1 und 2 erläuterten Kommunikationsverbindung zwischen dem Basis-GPS 9 und dem im mobilen Teil 3 angeordneten Empfänger 10.

Die Positions- und Winkeldaten werden dann auf einen zweiten Bordrechner 36 geführt, welcher dem Bordrechner 13 nach den Fig. 1 und 2 entspricht. Dieser zweite Bordrechner 36 wie­ derum stellt ein Videosignal zur Zieleinblendung bereit.

Es sind also auf dem realen Fahrzeug, d. h. dem beweglichen Waffensystem, zwei GPS-Empfänger 31 und 32 angebracht, die Korrekturdaten aus dem Basis-GPS 33 über eine Telemetrie­ strecke erhalten. Der Standort des Basis-GPS 33 ist exakt ver­ messen und bekannt. Die GPS-Empfänger 31 und 32 geben ihre Da­ ten über die erwähnte, vorzugsweise V24-Schnittstelle zu dem im Fahrzeug angeordneten ersten Bordrechner 34 weiter. An die­ sen ersten Bordrechner 34 ist darüber hinaus die Fahrzeugnavi­ gationsanlage 30, z. B. über eine V24-Schnittstelle angeschlos­ sen. Die Fahrzeugnavigationsanlage 30 bestimmt landgebunden die Position in UTM (Universal Transversal Mercator Projection) und den Winkel, bezogen auf Gitter Nord.

Mit Hilfe der Fig. 4a und 4b soll erläutert werden, wie mit dem gegenseitigen Datenaustausch zwischen Waffensystem und Simulator (System Blau und System Rot) eine gegenseitige Auf­ klärung und Bekämpfung im Rahmen einer Gefechtsübung möglich ist, und wie die entsprechenden Ereignisse dargestellt werden.

Gemäß Fig. 4a löst nach Zielaufklärung das reale, im Gelände operierende Waffensystem mittels Schußtaste 15 (Fig. 1 und Fig. 2) ein Schußereignis aus, welches durch am Fahrzeug an­ gebrachte Pyrotechnik signalisiert wird.

Im Falle eines Treffers wird im Simulator das Fahrzeug, wel­ ches durch ein taktisches Symbol gekennzeichnet ist, entfernt oder mit einem entsprechenden X-Symbol versehen. Im Simulator wird das vom realen Waffensystem ausgelöste Schußereignis durch ein Blinken des taktischen Symbols und durch eine Dar­ stellung einer Schußlinie illuminiert.

Durch Datenrückübertragung zum realen Waffensystem "Blau" kann im Falle eines Treffers des simulierten Fahrzeuges eine Verän­ derung der Darstellung, d. h. der Einblendung des Monitorbil­ des, in die waffensysteminterne Optik erfolgen. So kann ein sogenanntes Schrottsymbol erscheinen oder es ist möglich, die Silhouette des Gegners nach Explosionsdarstellung verschwinden zu lassen.

Im umgekehrten Fall, d. h. bei Auslösung eines Schußereignisses seitens des Simulators, blinkt im letzteren das taktische Sym­ bol auf und es wird eine entsprechende Schußlinie in Richtung auf das Ziel dargestellt.

Bei einem Treffer wird das taktische Symbol des realen Fahr­ zeuges im Simulator verändert, d. h. mit einem X versehen oder anderweitig als vernichtet gekennzeichnet. Das Auslösen eines Schusses kann im realen Waffensystem durch Aufleuchten oder Blinken des simulierten Ziel-Objektbildes im Monitor, d. h. in der waffensysteminternen Optik, dargestellt werden.

Für den Gefechtsfeldbeobachter wird ein Treffer, ausgelöst vom simulierten Objekt, durch eine Rundumleuchte, die am realen Waffensystem angeordnet ist, sowie durch einen Signalton deut­ lich. Darüber hinaus können Treffer und Ausfallereignisse über den Rechner 7 (Fig. 2) erfaßt und zur späteren Auswertung be­ rücksichtigt werden.

Mit Hilfe der Fig. 5 soll gemäß einer Ausführungsform gezeigt werden, wie sich das Bild im Okular einer waffensysteminternen Optik bei ca. 8facher Vergrößerung darstellt.

Das eingeblendete, simulierte Ziel-Objektbild simuliert einen Kampfpanzer Leopard und befindet sich in etwa 500 m Entfernung in Querab-Position.

Der Kontrast der Zieleinblendung zum Gelände ist abhängig von der Helligkeit des Geländes und somit von der Tageszeit und dem Sonnenstand und kann durch Vorschalten von Filtern vor das Objektiv der waffensysteminternen Optik oder durch elektroni­ sche Mittel angepaßt und optimiert werden.

Die Zieldarstellung wird dem gegebenen Öffnungswinkel, beim gezeigten Beispiel 8°, angepaßt. Ein Ziel wird nur dann einge­ blendet, wenn eine Sichtlinienberechnung ergeben hat, daß Sicht zum Ziel vorhanden ist. Die Azimut-Position des Zieles im Bild kann im Sekundentakt ermittelt und dargestellt werden. Ebenso erfolgt eine Zielpositionierung in Elevation im Sekun­ dentakt. Die Schrittgröße für die Höhe des Zieles über NN liegt bei ca. 0,2 m. Für die Schrittgröße, die durch GPS-Winkel vorgegeben wird, ist nur die Auflösung des Monitors, der das Ziel darstellt, maßgebend.

Durch Ermittlung der Entfernung erfolgt eine um einen entspre­ chenden Faktor geänderte Größendarstellung des Zieles.

Wie anhand der Fig. 4a und 4b erläutert, wird der Zielzu­ stand zunächst in Form eines intakten Zieles bzw. in Form eines ausgefallenen Zieles, durch Symbol ohne Turm darge­ stellt, wobei ein schießendes Ziel frontal blinkend erscheint. Es liegt im Sinne der vorliegenden Ausführungsbeispiele, daß vielfältige Variationen der Zieldarstellung, z. B. für die Simulation von Gefechten zu Lande, zu Wasser und in der Luft, möglich sind.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das reale optische Ab­ bild des Hintergrundes neben der simulierten Zieldarstellung durch eine Leuchtspurgeschoßbahn oder ähnliches im Feuerzu­ stand des realen Waffensystems zu ergänzen, wodurch sich die Realitätsnähe der Simulation noch erhöht. Wie bereits erläu­ tert, wird das simulierte Ziel-Objektbild in die waffen­ systeminterne Optik eingeblendet. Dies ist beispielsweise mit­ tels eines speziellen Adapters möglich, welcher einen Farbmo­ nitor aufweist, der unmittelbar oder über eine Videoschnitt­ stelle vom Bordrechner das entsprechende Videosignal erhält. Um Eingriffe in die Waffenoptik weitestgehend zu vermeiden, wird der Farbmonitor einschließlich einer Abbildungsoptik, die gegebenenfalls einen Umlenkspiegel aufweist, außerhalb ange­ ordnet und lediglich durch eine werkseitig vorgesehene Öffnung derart in den Strahlengang der Waffenoptik eingebunden, indem auf beispielsweise einen halbdurchlässigen Spiegel zurückge­ griffen wird.

Der Farbmonitor kann ein Kathodenstrahl- oder ein LCD-Display sein, wobei im letzteren Fall auch das unmittelbare Anordnen des LCD-Displays im Strahlengang oder vor dem Okular der Waf­ fenoptik erfolgen kann. Wenn die Waffenoptik optronische Bau­ gruppen, z. B. basierend auf einem Kamerasystem im sichtbaren und/oder infraroten Bereich, aufweist, dann besteht die Mög­ lichkeit des elektronischen Einblendens des Ziel-Objektbildes in die von der optronischen Anordnung erfaßten Geländeab­ schnitte.

Claims (17)

1. Verfahren zur Gefechtssimulation mit mindestens einem real in einer Umgebung bzw. Gelände operierenden beweglichen Waffensystem und einem quasi ortsfesten Simulator, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
laufende hochgenaue Bestimmung von Position und Richtung des frei operierenden Waffensystems und Ermittlung des Waffenwin­ kels oder einer Visierlinie eines Sicht- bzw. Zielgerätes im Raum;
laufende telemetrische Übertragung und Aktualisierung von Po­ sition, Schußereignis und Ausfallsignal vom Simulator zum ope­ rierenden Waffensystem sowie Übertragung der Position und Richtung des operierenden Waffensystems einschließlich des er­ mittelten Waffenwinkels oder der Visierlinie eines Sicht- bzw. Zielgerätes, eines Schußereignisses sowie eines Ausfallsignals zum Simulator;
Aufbereiten der vom Simulator übertragenen und durch das Waf­ fensystem empfangenen Daten durch einen Bordrechner unter Nut­ zung von Position und Richtung des Waffensystems sowie des Waffenwinkels oder der Visierlinie eines Sicht- bzw. Zielgerä­ tes im Raum;
Erzeugen eines simulierten Ziel-Objektbildes und Einblenden desselben in eine vorhandene waffensysteminterne Optik oder eine optronische Sichteinrichtung vor realem Hintergrund nach Bestimmung einer berechneten optischen Sichtinformation zwi­ schen simuliertem und realem Objekt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Sichtinformation durch Bestimmung von Sicht­ linien mittels eines externen, eine Geländeprofil-Datenbank aufweisenden Rechner erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Sichtinformationen durch Bestimmung der Sichtlinien mittels des Bordrechners des Waffensystems unter Nutzung eines Geländeprofils erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur hochgenauen Bestimmung von Position und Richtung des frei operierenden Waffensystems und der Ermittlung des Waffen­ winkels oder der Visierlinie eines Sicht- bzw. Zielgerätes im Raum ein kreuzkorreliertes differentielles GPS-Verfahren ein­ gesetzt wird, wobei zur Erhöhung der Genauigkeit der Erfassung des Elevationswinkels auf Daten aus einer winkelmessenden Kreiselanordnung des Waffensystems zurückgegriffen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Waffenwinkel als Richtung der Waffe nach Höhe und Seite bestimmt ist.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einblenden des oder der simulierten Objekte lagen-, größen- und positionsrichtig sowie nach Durchführung der Sichtbarkeitsberechnung oder Teilsichtbarkeitsberechnung vor dem realen Hintergrund des im Gelände oder dergleichen operie­ renden Waffensystems erfolgt, wobei der Hintergrundgelände­ blick über die waffensysteminterne Optik oder eine optronische Sichteinrichtung erhalten bleibt.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der telemetrische Datenaustausch zwischen ein oder mehre­ ren im Gelände operierenden Waffensystemen und dem mindestens einen Simulator unter Nutzung eines standardisierten Übertra­ gungsprotokolls erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Basis des gegenseitigen Datenaustausches zwischen Waffensystem und Simulator eine gegenseitige Aufklärung und Duell-Bekämpfung im Rahmen einer Gefechtsübung erfolgt.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch
einen computergestützten Objektsimulator;
eine mit dem Objektsimulator verbundene erste bidirektionale Datenübertragungstelemetrieeinheit;
einen im frei operierendem Waffensystem angeordneten Bordrech­ ner, der mit einer bordeigenen zweiten bidirektionalen Daten­ übertragungstelemetrieeinheit zum Senden und Empfangen von Po­ sitionen, Schußereignissen, Ausfallsignalen und Sichtinforma­ tionen zusammenwirkt;
eine auf oder an der Waffe des Waffensystems vorgesehene An­ ordnung von zwei beabstandeten GPS-Empfangssystemen sowohl zur Bestimmung der Richtung der Waffe als auch der Position des Waffensystems, wobei die GPS-Empfangsdaten, gegebenenfalls un­ terstützt durch Positionsdaten aus einem Fahrzeugnavigations­ system, auf den Bordrechner gelangen;
einen mit der waffensysteminternen Optik oder der optronischen Sichteinrichtung verbundenen Monitor zur Videodarstellung und Einblendung des simulierten Zielobjektes vor realem Hinter­ grund auf der Basis der vom Bordrechner aufbereiteten Daten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung von Winkeldaten, insbesondere Elevationsda­ ten der Waffe oder der Visierlinie des Sicht- bzw. Zielgerätes des frei operierenden Waffensystems eine winkelmessende Krei­ selanordnung vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einheit zur Berechnung von Sichtlinien zwischen simu­ liertem Objekt und beweglichem Waffensystem auf der Basis di­ gitalisierter Geländedaten vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die GPS-Antennen maximal beabstandet längs der Rohrseelen­ achse der Waffe des Waffensystems angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste der GPS-Antennen an der Rohrmündung und die zweite der GPS-Antennen in Verlängerung der Rohrseelenachse am Turm oder am Waffenschild der jeweiligen Waffe des Waffensy­ stems angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorhandene Basis-DGPS-Station eine genauigkeitserhö­ hende Einrichtung zur Auswertung der GPS-Trägerphasen auf­ weist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Adapter zur direkten Einblendung des simulierten Ziel- Objekt-Videobildes in den Strahlengang einer waffensystemin­ ternen Optik, wobei der Adapter einen Kathodenstrahl- oder LCD-Farbmonitor aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ziel-Objekt-Videobild direkt in die Videosignale einer waffensysteminternen optronischen Sichteinrichtung eingebunden ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter weiterhin eine Abbildungsoptik und einen halbdurchlässigen Spiegel aufweist, welcher in den optischen Strahlengang der waffensysteminternen Optik hineinreicht.