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Verfahren zur eindeutigen Bestimmung eines tief anfliegenden Objektes.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur eindeutigen Bestimmung eines
tief anfilegenden Objektes für die Bedämpfung durch Feuerleitradar sowie eine Zusatzvorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Bei Radarfeuerleitsystemen für Rohrwaffen und Raketen zur Bekämpfung
von tief huber einer Wasseroberfläche oder ebenem Gelände anfliegenden ObJekten,
wie Tieffliegern, Luft- oder Bodenraketen, treten vor allem zwei die Verfolgung
des Zieles beeinträchtigende Effekte auf, die aus der begrenzten Bündelungsschärfe
einer Antenne sowie dem Auftreten von Seitenzipfeln resultieren. Es ist dies einmal
der sogenannte-Clutter-Effekt, der auf der ImpulsrUckstreuung an Oberflächenelementen
der Wasser- oder Erdoberfläche im Winkelbereich der Hauptkeule der Antenne beruht
und eine Mehrdeutigkeit der Zielansprache zuläßt. Zur Beseitigung dieser Erscheinung
wird bisher das auf einer Zielgeschwin digkeitsselektion basierende Puis-Doppler-Verfahren
angewendet, das mit einem hohen technischen Aufwand verbunden und daher auch entsprechend
kostspielig ist. Hiervon abgesehen ist das Puls-Doppler-Verfahren aber unwirksam
gegen die zweite Art von Störeffekt, den sogenannten Image-Effekt.
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Derselbe beruht auf der Spiegelung des anfliegenden Objektes auf der
Wasser- oder ebenen Erdoberfläche. Hierbei kann eine
Mehrdeutigkeit
des Elevationswinkels durch Spiegelreflexider vom Sender silber das Wasser bzw.
den Erdboden und das @@@@ auf den Empfänger auftreffenden Impulse entstehen. Das
FeaErleitsystem stellt sich dann auf einen Mittelwert der sich aus dem eigentlichen
Objekt und seinem Spiegelbild ergebender beiden Elevationswinkel ein oder springt
statistisch zwa en Ziel und Spiegelbild auf und ab. Beide Effekte verhindert eine
wirksame Zielverfolgung.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Entwicklun eines Verfahrens,
das bei für die Bekämpfung von tief iJber einer Wasseroberfläche oder ebenem Gelande
anfliegenden Objekten einzusetzenden Radarfeuerleitsystemen für Rohrwaffen und ~aseten
den Einfluß von Clutter- und Imageeffekt ausschaltetnsowie in der Schaffung einer
Vorrichtung zur Durchfiihrung dieses Verfahrens. Gelöst wird diese Aufgabe durch
eine Kombinaticn einer Reihe von für sich bekannten Verfahrensschritten; Zunächst
wird huber den Mikrowellenbereich des Feuerleitradars der -Azimutwinkel und die
Ziolentfernung bestimmt, ferner wird im Azimutwinkel eine fest mit der Radarantenne
verbundene Zusatzvorrichtung zur Bestimmung des Elevationswinkels des Zieles nachgeführt,
wobei der Elevationswinkel durch eine wahlweise von Hand oder automatisch in periodischen
Abständen in vertikaler Ebene von oben nach unten verlaufende Suchbewegung bestimmt
wird. Dieses Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß der Clutter- und der Imageeffekt
nur eine Xlehrdeutigkeit bei der Bestimmung des Elevationswinkels bedingen, während
der Azimutwinkel und die Zielentfernung praktisch unbeeinflußt bleiben und mit einer
systembedingten Genauigkeit gemessen und registriert werden können. Auch ist es
weit weniger aufwendig als das zur Beseitigung des Bodenclutters bisher benutzte
Puls-Doppler-Verfahren. Ohne nennenswerten Mehraufwand wird der vom Puls-Dopp:er-Verfahren
nicht erfaßte Imageeffekt mit beseitigt.
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Der Suchvorgang muß hierbei von oben nach upten erfolgen, um nicht
durch Bodenerhebungen, Gebäude, Fahrzeuge oder dergleichen eine Fehlanzeige auszulösen.
Eine vorteiLhafte Weiterbildung
der Erfindung besteht darin, daß
für die ZieIselektin as zusätzliches Kriterium ein Entfernungstor gesetzt wir und
die Zusatzvorrichtung sich innerhalb dieses Tores bewegende Objekte detektiert.
Durch das Verwenden von Entfernungstoren beim Laserradar ist eine schnelle und eindeutige
Zielauswahl und Selektion auch eines Störmittei einsetzenden Zieles Zöglich.
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Was die Durchführung dieses Verfahrens anbetrifft, so ist es zweckmäßig
als Zusatzvorrichtung ein im Spektralbereich von 3,5 bis 4,2 µm arbeitendes, in
seinem Bildfeld wie an sich bekannt über eine modulation eine Punkt/Flächentrennung
durchführendes und das zu vermessende Objekt unter Ausnutzung seiner Eigenstrahlung
im Wärmestrahlungsbereich als das zuerst aufgefaßte Punktziel selektierendes passives
Infrarot-OrtungsEerät zu verwenden. Auf diese Weise kann die Eigenstrahlung eines
Zieles im Wärmestrahlungsbereich zur Detektion ausgenützt werden, wobei die Gegenstände
der Zielumgebung in dem erwähnten Spektralbereich relativ gering emittieren, so
daß das Ziel einen entsprechend hohen Kontrast gegen die Umgebung besitzt.
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Als Zusatzvorrichtung kann jedoch in vorteilhafter Weise auch ein
aktives Ladarsystem Verwendung finden, das einen Lasersender hoher Bündelungsschärfe
und Monochromasie, einen Laserempfänger mit Interferenzfilter für die Laserbetriebswellenlänge
und. eine Auswerteelektronik umfaßt. Hierbei können Strahlanb-ndel formende optische
Mittel, wie zum Beispiel Zylinderlinsen, benützt werden, die den Querschnitt des
laserstrahlenbündels nach einem weiteren blerkmal der Erfindung im Azimut von 2
bis 6 mrad und in der Elevation von 0,2 bis 1 mrad divergierend formen. Die Winkelmeßgenauigkeit
des Ziel-Elestationswinkels ist hierbei vorgegeben. Vorteilhaft ist, daß mit einem
Laserradar noch einwandfreie Zielverfolgungen möglich sind, wenn vom G@gner @CM-Störsonder
eingesetzt werden und de; MJkrowllenrada- von aktivem Betrieb auf passive
Ortung
des Störsenders umschaltet. Dann kann nimlich daso Laserradar neben dem genauen
Elevationswinkel auch noch die notwendigen Entfernungsdaten liefern.
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Die Verwendung verschiedener Laserarten zieht auch verschiedene konstruktive
und funktionelle Maßnahmen nach sich.
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So kann ein Lasersender beispielsweise als ein Dauerstrichlaser mit
einer wahlweise anderbaren Frequenz ausgerflstet sein und mit einem mit sich entsprechend
umschaltendem Unter ferenzfilter ausgerüsteten Laserempfänger zusammenwirken.
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Bei der Verwendung eines Ttiesenimpulslasers als Lasersender kann
ferner für die Zielentfernungsmessung das an sich bekannte Impulslaufzeitverfahren
vorgesehen sein. Auch kann der Lasersender ein C02-Iaser mit einer Laserellenlange
von 2 = 10,6 /um sein. Letzteres ist ein Strahler hoher Leistung, und zwar bei einer
Wellenlange, bei der die Etsosphäre eine hohe Transparenz besitzt, so daß auch eine
große Detektionsreichweite bei schlechten Sichtverhältnissen gewähr leistet ist.
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In der Zeichnung ist ein AusfUhrungsbeispie! der ''rfindung naher
erläutert, wobei die in den einzelnen Figuren einander entsprechenden Teile die
gleichen Bezugszahlen tragen. Es zeigen: Fig. 1 das Zustandekommen eines Bodencluttereffektes
in schematischer Darstellung, Fig. 2 das Zustandekommen eines Imageeffektes in schematischer
Darstellung, Fig. 3 das Blockschaltbild eines Verfahrens zur Beseitigung der Störeffekte
gemäß Fig. 1 und 2, Fig. 4a diq von der Zusatzvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
gemäß Fig. 3 auszuführende Suchbewegung mit zugehörigem Azimut- und Elevationsbereich
sowie
Fig. 4b eine graphische Darstellung der Signalamplitude in
Abhängigkeit von der Zeit mit einigen charakteristischen Elevationswinkeln.
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In Fig. 1 ist mit 1 die Antenne eines Feuerleitradargerätes 8 (Fig.
3) für Rohrwaffen und Raketen zur Bekämpfung beispielsweise eines Tieffliegers 2
bezeichnet. In dem schraffiert gezeichneten Winkelbereich der Hauptkeule der Antenne
entsteht hierbei eine durch die beiden Pfeilspitzen 3 und 4 symbolisiert Impulsrückstreuung,
wobei der Impuls 3 an dem Tiefflieger selbst, der als Bodenclutter bezeichnete Impuls
4 hingegen an einer Bodenunebenheit 6 reflektiert wird. Wenn man mit 5 noch die
Visierlinie bezeichnet, ist einzusehen, daß durch den Bodenclutter eine Mehrdeutigkeit
des Elevationswinkels bzw. der Zielansprache bedingt wird.
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Fig. 2 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Fig. 1
im wesentlichen dadurch, daß der Tiefflieger 2 relativ niedrig ueber einer Wasseroberfläche
7 anfliegt. Hierbei tritt eine schraffiert gezeichnete und mit 2' angezogene Spiegelung
des Flugzeuges auf, die jedoch ebenso beim Anflug über einer ebenen Erdoberfläche
denkbar ist. Das Flugzeug hat von der Oberfläche eine Entfernung +h und sein Spiegelbild
eine Entfernung -h. Neben den unmittelbar vom Flugzeug reflektierten Impulsen 3
wird jetzt ein Teil der vom Sender zum Flugzeug und zurück zum Empfänger laufenden
Impulse über die Oberfläche 7 umreflektiert. Dieser mit 4' bezeichnete Impulsanteil
bewirkt den als Imageeffekt bezeichneten Störfaktor, der-sich - von der Visierlinie
5' ausgehend - in einem mehr deutigen Elevationswinkel +ß bis -ß niederschlägt.
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Die Beseitigung sowohl des Clutter- als auch des Imageeffektes wird
erfindungsgemäß durch das an Hand des Blockschaltbildes der Fig. 3 erläuterte Prinzip
ermöglicht. Ein passives Infrarot-Ortungsgerät 9 ist fest mit der Radarantenne 1
des Feuerleitgerätes 8 verbunden. Vom Ortungsgerät und Feuerleitgerät werden auf
den Kanälen 10, 11 und 12 Informationen auf einen Feuerleitrechner 13 gegeben. Eine
weitere im Feuerleitrechner 13 eingehende Information betrifft die Zielauswahl,
welche mit Hi@fe des @pt@dchen Visiers 5 vorgenommen und huber die Kanäle 14, 15
auf ein Steuer- und Sichtgerdt 16
und von hier iiber den Kanal 17
eingespeist wird. Schließlich laufen auch noch d-ie Höhen- und Seitenanzeige beinhaltenden
Informationen aus einem Stellungsgeber 18 über die Kanäle 19, 20 ein. Alle diese
Informationen, deren Zustandekommen im folgenden noch zu beschreiben ist, werden
im Feuerleitrechner elektronisch ausgewertet. Das Ergebnis gelangt sodann über die
Kanäle 21 und 22 auf den die Höhen- und Seiteneinstellung der Kanone 23 bewirkenden
Richtantrieb 24.
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Das Infrarot-Ortungsgerat 9 nutzt die Eigenstrahlung des Flugzeuges
im Wärmestrahlungsbereich zu einer Ortung aus. der gemäß Fig.4a von 4 bis 6 mrad
betragende azimutale Bildfeldwinkel wird durch die Genaüigkeit festgelegt, mit.der
das Ortungsgerät durch das Feuerleitradar im Azimutwinkel eingewiesen wird. Das
Ortungsgerät führt in einem etwa von +ß = 30 bis 5° betragenden Elevationsbereich
nach Einweisung in periodischen Abständen automatisch Suchbewegungen in der von
oben nach unten verlaufenden Pfeilrichtung aus. Die momentane i'isierlinie der Radarantenne
5' befindet sich in der dargestellten Lage in einem Elevationswinkel ß = O. Die
schraffierte obere Bildbegrenzung deutet den momentanen Suchwinkelbereich an. Da
das eigentliche Ziel demzufolge immer unter einem Elevationswinke L ß = +ßmax mit
gegenüber der Visierlinie 5' z max positivem Vorzeichen zu sehen ist, wird das Ortungsgerät
beim Absuchen des Elevationsbereiches in der genannten Richtung das zu vermessende
Ziel als erstes Ziel auffassen und den Elevationswinkel mit hoher Genauigkeit bestimmen,
wobei das Ortungsgerät durch eine an sich bekannte und daher nicht naher beschriebene
Punkt/Flächentrennung das als Punkt anzusehende Zielvon dem ebenfalls strahlenden
flächenförmigen Hintergrund selektiert. Der Imageeffekt wird durch die starke Einengung
des BiLdfeldwinkels in der Elevation ausgeschaltet und dadurch eine eindeutige Elevationswinkelbestlmmung
ermöglicht.
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In Fig. 4b ist die Signalamplitude am Empfänger der Zusatzvorrichtung
bezogen auf die in Fig. 4a dargestellte Ziel/ Hintergrundsituation schematisch aufgetragen.
Es wird gezeigt,
daß beim Absuchen in Pfeilrichtung das Zielsignal
als erstes Signal mit einer charakteristischen Form auftritt.
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Ein erfindungsgemäßes aktives Verfahren zur Beseitigung des Clutter-
und Imageeffektes benutzt eine aus einem Taserradar 9' (Fig. 3) bestehende Zusatzvorrichtung,
die ebenfalls fest mit der Feuerleitradarantenne 1 verbunden ist, die aber zusätzlich
noch die Entfernungsmessung vornimmt und sie iiber einen weiteren Kanal 12t dem
Feuerleitrechner 13 zuführt. Das Sendestrahlbündel dieses Laserradars ist von dem
Leistungsparameter des Feuerleitradars abhängig und hat im Azimut eine Strahlendivergenz
von 6 bis 10 mrad und in d<r Elevation eine Strahlendivergenz von 0,25 mrad.
Die Sendekeule i.9t aufgrund des hohen D/l -Verhältnisses im Iaserc' enl ngenbereich
seitenzipfelfrei. Der Laser kann sowohl im Puisbetrieb aus auch als Dauerstrichlaser
arbeiten, wobei der Bildfe,dwinkel des Laserempfängers an die Keulenform des Sendestrahlenbündels
angepasst ist Nach der Zielauffassung wird die Zusatzvorrichtung mit Hilfe des Mikrowellenradars
im Azimut nachgeführt; anschließend sucht das laserradar ebenfalls wieder durch
vertikales Schwenken des Laserstrahles von oben-ncich unten einer: Elevationswinkel
von etwa 30 bis 50 ab und mit den Ei evationswinkel wie bei der zuvor beschriebenen
Variante mit dem Infrarot-Ortungsgerät Dadurch, daß der Bildwinkel des Empfängers
exakt an die Form der Sendekeule angepaßt ist und Seitenzipfel nicht auftreten,
wird der Imageeffekt ausgeschaltet. Wegen ries fehlenden Imageeffektes ist die Winkelmessung
eindeutig. Die Verwendung eines Riesenimpulslasers ermöglicht eine Dntfernungsmessung
nach dem Impulslaufzeitverfahren.
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Wenn das zu erfassende Ziel beim Anflug Störmittel gegen das aktive
Feuerleitradar einsetzt, schaltet gemäß der Erfindung die Anlage auf eine andere
Betriebsart um, bei der die Radarantenne passiv die Position des Störstrahlers (d.h.
des Zie!es) im Azimut genau, in der Elevation mit der bekannten Mehrdeutigkeit feststellt
und das Laserradar gemäß der Erfindung Zielelevationswinkel und Zielentfernung bestimmt.
Diese Betriebsart ist nur durch die Kombination von Laser- und Mikrowellenradar
möglic.l