DE2846738A1 - Thermographische beobachtungs- und zielvorrichtung fuer mehrschuessige direktschuss-abwehrwaffen - Google Patents

Description

• "Thermographische Beobachtungs- und Zielvorrichtung
• für mehrschüssige DireRtschuß-Abwehrwaffen 11 Die Erfindung bezieht sich auf eine thermographische Beobachtungs- und Zielvorrichtung für mehrscfrissige Direktschuß-Abwehrwaffen, insbesondere Panzerabwehr mit örtlicher Trennung von Beobachtungs- und Abschuß stelle.
• Abwehrstellen, die angreifende Ziele, insbesondere Panzer, mit Direktschuß abwehren oder vernichten sollen, sind im Zuge der modernen Waffentechnik besonders gefährdet, da diese Abwehrstellen verhältnismäßig schnell geortet und vernichtet werden können, insbesondere, wenn aktive Beobachtungsgeräte wie mit Laserstrahlen- oder IR-Strahlen arbeitende eingesetzt werden,wrs bei Dunkelheit unumgänglich ist. Man kann zwar Abschußvorrichtung automatisieren. Das erfordert jedoch bei ständiger Beobachtung einen entsprechend großen Aufwand an Meß- uid Übertragungsvorrichtungen, so daß die Beweglichkeit verloren geht und vor allem in der Nacht die Zuverlässigkeit beeinträchtigt wird.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine thermographische Beobachtungs- und Zielvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die relativ beweglich und damit dem Gelände schnell und gut anpaßbar ist und dem Beobachtungs- und Bedienungspersonal den größtmöglichen Schutz zuteil werden läßt.
• Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß eine auf das Ziel richtbare IR-Quelle an der Abschuß stelle und ein Wärmebildgerät an der Beobachtungsstelle vorgesehen sind und aus den aufgenommenen Zielreflexionssignalen an die Abwehrwaffe zu übertragende Signale abgeleitet werden, die die Kommandos für die Abwehrwaffe auslösen.
• Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele dar. Es zeigen: Fig. 1 eine Anordnung mit einem IR-Wandler, Fig. 2 ein Wärmebildgerät für die Beobachtungsstellt, Fig. 3 eine Anordnung für die Abschußstelle, Fig. 4a schematisch einen Laser-Vorsatz-Verstärker, Fig. 4b schematisch einen rückgekoppelten Laser-Verstärker.
• Nach Fig. 1 kann im einfachsten Fall an der Beobachtungsstelle 1 z.B. ein aus einem IR-Wandler 2 mit einem Objektiv 3 und einem Okular 4 bestehendes Wärmebildgerät und ein Sender 5 einer HF-0bertragungsanlage vorgesehen sein. An der Abschuß stelle ist eine mit der Lafette 7 drehbare IR-Quelle montiert und ein über ein Kabel M' mit mechanischer Vorrichtung II verbundener Empfäpr 9 für den Sender 5 vorgesehen.
• Sobald der Beobachter ein Abschußziel, z.B. einen Panzer, bemerkt und beobachtet, gibt er über den Sender 5 das Einschaltsignal für die Einschaltung der IR-Quelle 8, das Startsignal für die Schwenkbewegung der Lafette 7, ein Stop-Signal und gegebenenfalls damit gekoppelte Abschußkommandos, die vom Empfänger 9 abgeleitete entsprechende Steuerkommandos für die mechanischnVor- richtungen 11 am Geschtitz 12, wie Scharentmotor, Abschuß, Zündereinstelliing 1md dergleichen, auslösen.
• Sofern ein Wärmebildgerät mit einem Sichtgerät wie Fig. 2 zeigt, an der Beobacltingsstelle 1 verwendet wird, mit dem die beobachtete Szene fernsehbildmaßig abgetastet wird, können die betreffenden Steuersignale fr das Geschütz 12 auch automatisch von den auf dem Sichtgerät 4' auftretenden Signalen abgeleitet erden. Aus der Position des Reflexionssignals auf dem Bildschirm des Sichtgeräts 4' und der Winkellage ß des IR-Aufnehmers 2 ist ohne SchwierigReiten der Winkel a, den die Schußbahn s mit der Basis b bildet, zu ermitteln, so daß entsprechende Vorhalte für sich bewegende Ziele von Abschuß zu Abschuß an der Abschuß stelle berücksichtigt werden könnten.
• Die benötigten Signale können z.B. in an sich bekannter Weise aus den jeweiligen Ablenkspannungen für das Sichtgerät gewonnen werden, die den Koordinaten des auf dem Bildschirm dargestellten Reflexionssignals entsprechen.
• Es können auch mechanisch abtastende Wärmebildgeräte verwendet werden, wobei die Koordinatensignale aus den entsprechenden Positionen der Abtaster abzuleiten sind.
• Die IR-Quelle 8 kann ein kontinuierlich oder im Pulsbetrieb arbeitender Laser niedriger Ausgangsleistung sein, wobei die Pulslänge mindestens 100 msec betragen sollte. Gegebenenfalls können auch mehrere Laser parallel geschaltet werden. Die IR-Quelle arbeitet am zweckmäßigsten im atmosphärischen Fenster II (3 - 4 Mikrometer) um den Aufwand des Wärmebildgerätes bezüglich der Detektoren niedrig zu halten, da die Detektoren in diesem Bereich thermoelektrisch gekühlt werden können, um sie hoch-empfindlich zu machen. Bei der Ausgangsleistung der IR-Laser ist jedoch zu beachten, daß die Leistung der aktiven IR-Quelle möglichst klein zu halten ist, um eine Ortung zu erschweren.
• Da es im Wellenlängenbereich 3 - 4 /um nur relativ schwache Laser gibt, die ungekühlt arbeiten (He Ne-Laser, Xe-Laser) müßte ein Wärmebildgerät mit relativ hoher Empfindlichkeit verwendet werden.
• Es ist daher vorteilhaft, die Laserstrahlung selektiv zu verstärken. Nach Fig. 4a kann ein nicht rückgekoppeltes Laserverstärkerrohr 14 vor dem Objektiv 3 des Wärmebildgerätes angebracht werden, welches für die breitbandige thermische Strahlung der Szene im wesentlichen transparent ist, für die schmale Bandbreite der Laseremission aber eine hohe Verstärkung aufweist. Das Laservertärkerrohr 14 hat eine Hochspannungsquelle 15 zwischen Kathode K und Anode A und einen in Wechselwirkung mit der IR-Strahlung stehenden Plasmaraum 16.
• Zur Erhöhung des Verstärkungsfaktors kann auch ein rückgekoppelter Laserverstärker 17 hoher Strahldivergenz verwendet werden, der parallel zum Wärmebildgerät starr angeordnet ist, wie Fig. 4b zeigt. Die optische Achse OA des Laserverstärkers 17 und des daran angeschlossenen Objektivs 18, in der die Verstärkung ihren Maximalwert erreicht, verläuft genau parallel zur optischen Achse des Wärmebildgeräts. Der Beobachter findet dann den Punkt in der Szene, der von der Abschußeinrichtung 12 (Fig. 1) markiert wird, durch Pendeln des Wärmebildgeräts (1,2,3,4) in die Rkhtung auf maximale Ausgangsintensität des Laserverstärkers 17, die durch Detektor 19 festgestellt und ins Wärmebildgerät eingeblendet wird. Ist der Maximalwert erreicht, so liegt der Zielpunkt in der optischen Achse des Wärmebildgerätes.
• Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß ein leichter schwacher Laser an der Abschußeinrichtung 12 verwendet werden kann, der durch nicht besonders ausgerüstete Wärmebildgeräte nicht geortet werden kann. Außerdem wird ein relativ unempfindliches Wärmebildgerät verwendet, welches durch den zusätzlich parallel betriebenen Laserverstärker nicht wesentlich verteuert wird.
• An der Abschuß einrichtung kann noch zur Zielmarkierung z.B. ein Festkörperlaser,(vorzugsweise seltene Erden) +bei 2,1 - 2,5 /um Wellenlänge (atmosphärisches Fenster), benutzt werden, dessen Strahlung auch ohne Kühlung so intensiv ist, daß sie mit Wärmebildgeräten, die mit Detektoren für den Bereich X = 3,2 - 4,2 /um ausgerüstet sind, gut geortet werden können, sofern die Vergütung der optischen Materialien für diesen Zweck optimiert wird. Unter der Annahme, daß die Empfindlichkeit des Detektors bei der Laserwellenlänge um einen Faktor 10 gegenüber dem maximalen Empfindlichkeitsbereich abgeunten ist, wird damit immer noch eine Leistungsteigerung gegenüber Gaslasern um den Faktor 100 erreicht.
• Die Wellenlänge des IR-Lasers liegt außerhalb des Spektralbereiches der maximalen Empfindlichkeit des Wärmebilddetektors.
• Auch hier ist der Vorteil gegeben, daß das Wärmebildgerät für den Beobachter nur unwesentlich teurer wird als ein zur Zeit gebräuchliches, aber andere Wärmebildgeräte die Laserstrahlung nicht erfassen können.
• Nach Fig. 3 kann die IR-Quelle auch ein Maschinengewehr 13 sein, das mit dem Geschütz 12 auf der Lafette 7 schwenkbar ist. Die mechanische Vorrichtung 11 steht mit dem Senderempfänger 9' über ein Kabel 9" in Verbindung, um mechanische Rückwirkungen bei den Abschüssen zu vermeiden. Bei einer Fernsteuerung mittels Sender-Empfänger 5', 9 ist es zweckmäßig, die ungefähre Zielrichtung der Lafette zum Zielgerät zurückübertragen zu können, damit im Richtfall mit nur kleinen Richtänderungen gearbeitet werden kann und Richtzeit gespart wird.
• Bei Verwendung von Leuchtspurmunition für das Maschinengewehr kann das Einschießen optisch verfolgt werden.
• Bei einer mittleren Wellenlänge von 3,8 /um und einer Temperatur is Leuchtfleckes von ca. 2700 K ist die Leuchtdichte der Leuchtapuraisreichend, um einen Leuchtfleck eines 7,6 mm-Geschosses aus einer Entfernung von einigen Hundert Metern im IR-Zielgerät aufzunehmen.
• Da die Leuchtspur nur etwa 1/3-Sekunde sichtbar ist, bei einer Anfangsgeschwindigkeit VO von ungefähr 1000 Meter in der Sekunde, wird der Bildpunkt des Leuchtgeschosses über mehere Bildwechsel springen undçeweils an einem anderen Ort des Bildes angezeigt werden.
• Es muß aus diesem Grunde, um diese Lichtblitze erkennbar zu machen, ein großer Signalrauschabstand gewährleistet sein.
• Der Treffer im Ziel kann mit Sicherheit erkannt werden, da hierbei eine sehr große kinetische Energie in Wärme umgesetzt wird. Dies macht sich durch eine sehr starke Erhitzung des Treffpunktes bemerkbar. Die Wärmestrahlung bleibt in einer Zeit der Größenordnung von einigen Sekunden sichtbar.
• Eine Rückmeldung der Zielwinkel der Abschußanlage an das Wärmezielgerät Einspiegelung dieser Werte in das beobachtete Zielbild (auf etwa +-10) ist wünschenswert, um ein zu langes Einschießen zu vermeiden.
• Da es sich bei den in Frage kommenden Anwendungsfällen um relativ kurze Entfernungen mit direkter Sichtverbindung handelt, ist eine artilleristische Triangulation nicht notwendig. Nur wenn die Abschuß stelle mit dem Ziel Elevationswinkel bilden sollte, d.h. das Ziel sich nicht in einer Horizontalen bewegen würde, wären entsprechende Elevationswinkelangaben mit zu übermitteln, um die Treffgenauigkeit zu erhöhen, was jedoch nach vorheriger Überprüfung des Geländes ohne Schwierigkeiten möglich ist.
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Claims (11)

1. PATENTANSPRÜCH7: ö Thermographische Beobachtungs- und Zielvorrichtung für mehrschüssige Dirextschuß-Abwehrwaffen, insbesondere Panzerabwehr, mit örtlicher Trennung von Beobachtungs- und Abschußstelle, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf das Ziel richtbare IR-Quelle an der Abschlißstelle und ein Wärmebildgerät an der Beobachtungsstelle vorgesehen sind und aus den aufgenommenen Zielreflexionssignalen an die Abwehrwaffe zu übertragende Signale abgeleitet werden, die die Kommandos für die Abwehrwaffe auslösen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Abschußsellen mit je einer auf das Ziel richtbaren IR-Quelle und einem Wärmebildgerät ausgerüstet sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-Quelle (8) ein Laserstrahl ist und für die vom Wärmebildgerät aufgenommenen bzw. auf einem Sichtgerät (4') dargestellten detektierten Reflektionssignale eine Fernsteuervorrichtung vorgesehen ist, mit der die Kommandos für die Abschußwaffe übertragen und ausgelöst werden.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des IR-Lasers außerhalb des Spektralbereiches der maximalen Empfindlichkeit des Wärmebilddetektors liegt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmebildgerät mit einem Laser-Vorsatzverstärker ausgerüstet ist, der für die breitbandige Wärmestrahlung weitgehend transparent ist und ausschießlich die Laserfrequenz verstärkt.
6. 6. Vorrichtung nach ,4Anspruch 7, dadurch zekennzeichnet, daß das tjärmebilderät mit einem ausschließlich für die Laserfrequenz empfindlichen Empfänger versehen ist, der starr mit dem Wärmebildgerät verbunden ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger aus einem rückgekoppelten Laserverstärker mit einem Varioobjektiv und einem Detektor besteht, dessen Ausgangssignal ins Wärmebild eingeblendet wird.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-Quelle ein schtrenkbares Maschinengewehr ist, dessen Zieltreffer die Reflexionssignale liefern.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maschinengewehr mit Leuchtspurmunition verwendet wird.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Übertragungsvorrichtung bzw. Fernsteuervorrichtung aus je einem Sender-Empfänger besteht.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-Quelle ein mit der schwenkbaren Abschußwaffe verbundener Laserstrahl ist und aus von einem IR-Aufnehmer aufgenommenen Zielreflexionssignalen das Abschußkommando-Signal abgeleitet wird.