DE2943312C2

DE2943312C2 - Verfahren zur Zielselektion

Info

Publication number: DE2943312C2
Application number: DE19792943312
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Dr. 6901 Wiesenbach Siebecker
Original assignee: Eltro Gesellschaft fur Strahlungstechnik 6900 Heidelberg De GmbH
Current assignee: Eltro Gesellschaft fur Strahlungstechnik 6900 Heidelberg De GmbH
Priority date: 1979-10-26
Filing date: 1979-10-26
Publication date: 1981-10-22
Also published as: DE2943312B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zielselektion eines vergleichsweise großen, sich mit höchstens niedriger Geschwindigkeit fortbewegenden Zieles von einem mit Suchkopf ausgerüsteten, sich mit bekannter Geschwindigkeit v₀ schnell und in direktem Anflug nähernden Flugkörper aus.

Als Stand der Technik ist der pankratische Entfernungsmesser anzusehen, bei dem die bekannte Ausdehnung eines Objekts als Meßbajis für eine Triangulation verwendet wird. Bei einer solchen Triangulation wird ein gleichschenkliges Dreieck mit der Objektausdehnung als Basisseite und die im Fernrohr über eine Strichmarke bestimmte Winkelausdehnung zur Entfernungsmessung herangezogen.

Die Aufgabe der Erfindung wird in der Schaffung von Möglichkeiten gesehen, vom Zielsuchkopf eines schnellfliegenden Flugkörpers aus ein stationäres bzw. sich vergleichsweise langsam fortbewegendes Ziel von der Urr. gebung bzw. von anderen im Überwachungsbereich des Suchkopfs möglichen Falschzielen zu selektieren, wobei vorausgesetzt wird, daß sowohl das zu selektierende Ziel als auch der das Ziel anfliegende Flugkörper sich nahe der Erd- bzw. Wasseroberfläche bewegen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zielhöhe als unveränderliches Selektionsmittel angesetzt, die Geschwindigkeit des Zieles gegenüber der bekannten, wesentlich höheren Geschwindigkeit des ,Flugkörpers vernachlässigt, zu zwei kurzzeitig

ίο aufeinanderfolgenden Zeitpunkten mit bekannter absoluter Entfernungsdifferenz zum Ziel jeweils die vertikale Winkelausdehnung des Zieles vom Suchkopf gemesssen und über die zugehörigen Winkelfunktionen eines rechtwinklig angenommenen Dreiecks die Entfernung

des Flugkörpers zum Zeitpunkt der zweiten Winkelmessung sowie die Höhe des Zieles ermittelt wird. Diese Methode ist schnell und zuverlässig; sie beruht auf folgender einfacher Überlegung: Bei Flugkörpern der eigenen Seite, vorzugsweise Raketen oder unbemannten Flugzeugen (Drohnen), die in der Bekämpfung von Hubschraubern oder Schiffen eingesetzt werden, sind die Fluggeschwindigkeit exakt und die Höhenabmessung der ausgewählten gegnerischen Ziele wenigstens größenordnungsmäßig bekannt. Geht man von letzterem als Bezugsgröße aus, können — bei Annahme der bekannten Zielhöhe als Gegenkathete eines rechtwinkligen Dreiecks — an zwei Wegpunkten mittels eine« Sensors die jeweiligen Gegenwinkel gemessen werden. Eine entsprechend ausgelegte Elektronik errechnet sodann über die zugehörigen Winkelfunktionen den Tangens der beiden Gegenwinkel sowie hieraus und aus. der Fluggeschwindigkeit die genaue Höhe des Zieles und seine Entfernung.

Für den Fall, daß sich dem Flugkörper mehrere Ziele anbieten, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß sein Suchkopf die ermittelten Höhen- und Entfernungsdaten des gerade angesteuerten Zieles mit dem in einem. Speicher des Flugkörpers vorprogram-

mierten Wert vergleicht und für den Fall eines aufgrund seiner Höhenausdehnung als »falsch« erkannten Zieles von zwei kurzzeitig aufeinanderfolgenden Zeitpunkten aus jeweils den Winkel zu einem weiteren innerhalb seiner Bildfeldbegrenzung in Frage kommenden Ziel — bezüglich ursprünglicher Flugrichtung — mißt, über die zugehörigen Winkelfunktionen die jweiligen Entfernungen von den Zeitpunkten zum neuen Ziel ermittelt und danach eine entsprechende Kurskorrektur in Richtung neues Ziel und — sofern erforderlich — in Richtung weiterer Ziele vornimmt

Die Vermessung der möglichen Ziele im Sehfeld des Suchkopfes kann zeitlich nacheinander oder, bei einem entsprechend höheren technischen Aufwand, auch gleichzeitig erfolgen. Im zweiten Fall ist es zweckmäßig, aus den ermittelten groben Zielentfernungen und -abmessungen eine Bedrohungsanalyse durchzuführen und das bedrohlichste Ziel als das »richtige« auszuwählea

Nach einer weiteren Ausgestaltung Jer Erfindung ist es möglich, die Identifizierung des ausgewählten Zieles aufgrund seiner elektromagnetischen (akustischen) Abstrahlung durch zusätzlichen Einsatz von speziellen Sensoren im kombinierten Suchkopf durchzuführen und dadurch die Falschzielbekämpfung zu reduzieren. Als Beispiel für ein charakteristisches Merkmal eines Hubschraubers sei die durch die Rotorblätter erzeugte Amplitudenmodulation der Licht- bzw. Wärmestrahlung erwähnt, die zur Identifikation herangezogen werden kann.

Im folgenden werden an Hand einer Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, wobei die in den Figuren einander entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen aufweisen. Es zeigt

F i g. 1 das Prinzip der erfindungsgemäßen Zielselektion bei nur einem vorhandenen Ziel und

F i g. 2 das Prinzip der Zielselektion bei mehreren sich anbietenden Zielen, von denen das angesteuerte erste Ziel als »falsch« erkannt und eine Kurskorrektur erforderlich ist.

In Fig. 1 ist das mit einem IR-Suchkopf 5 ausgerüstete Geschoß, beispielsweise eine Rakete G, zu den beiden Zeitpunkten Tj und T₂ seiner Flugbahn gezeichnet Die Rakete fliegt möglichst nahe der Erdoder einer Wasseroberfläche; um Abwehrmaßnahmen zu erschweren, steuert sie in direktem Flug das Ziel Z, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Schiff darstellt, an. Das Ziel könnte ebensogut ein Hubschrauber oder dgl. sein, das sich seinerseits an der Oberfläche bzw. nahe der Oberfläche befindet.

Wesentlich ist nur, daß sich das Ziel entweder überhaupt nicht bewegt (Festziele) oder höchstens mit einer gegenüber der Rakete geringen Geschwindigkeit vz< vo, worunter die bei Schiffen oder Hubschraubern möglichen Geschwindigkeiten verstanden werden. Für das vorliegende Verfahren wird die Geschwindigkeit des Zieles vernachlässigt, während die Geschwindigkeit Vo der Rakete und die Höhe der Zielobjekte mit h_y bekannt ist Die absolute Entfernung, die das Geschoß G zwischen den beiden Zeitpunkten 7Ί und Ti zurücklegt, beträgt sodann V₀ (T₂- Ti)= v₀ K. Wenn nun der Suchkopf S an den beiden Zeitpunkten T₁ und T₂ die Winkelausdehnung α und β mißt, lassen sich durch eine entsprechend ausgelegte Auswerteelektronik die Höhe hy des Zieles Z sowie die Entfernung S_x der Rakete G zum Ziel zum Zeitpunkt T₂ nach den mathematischen Gesetzen der Winkelfunktionen bestimmen. Dabei ist es wegen der vergleichsweise kleinen Winkelausdehnung der Ziele und der geringen geforderten Meßgenauigkeit zulässig, anstelle der gemessenen Zielwinkel oc und β den jeweiligen Tangens in die Rechnung einzuführen.

tanjS

tan a·

+ V₀ (T₂ - T₁)

mit

V₀ (T₂ - T₁) = Kib
tanar

S_x = Kv₀

tan/? - tan a

hy = s_xtanß

In einem Beispiel seien folgende realistische Werte angenommen.

Vb = 100 m/s
T₂ - T_x = 5 s

tan 3 = 2,5 mrad
tan/? = 5,0 mrad

Durch Einsetzen in die beiden letzten Gleichungen ergibt sich sodann für die gesuchten Größen:

= 100 · 5 -2,5 ■ 10'³m
2,5 · 10"³

= 500 m

/i„ = 500m -5 · 10"³m = 2.5m

In Fig.2 fliegt die Rakete G das Ziel Z, an und »merkt« durch Vergleich der ermittelten Höhen- und Entfernungsdaten mit den in ihr vorprogrammiert enthaltenen Zieldaten, daß dieses Ziel nicht das Objekt ist, welches bekämpft werden soll. Dies kann z. B. festgestellt werden, weil die gemessene Höhe von Z\ 5 m beträgt, während die vorprogrammierte Zielhöhe mit 2,5 m ± 0,5 m vorgegeben ist Wenn in einem solchen Fall innerhalb des etwa ±30° großen azimutalen Bildfeldes — die Bildfeldbegrenzung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit B\ bzw. B₂ angedeutet — noch ein Ziel Z₂ sichtbar ist, werden zu den Zeitpunkten T^ und 7} jeweils die von der ursprünglichen Flugrichtung und den Verbindungslinien Sy und s_z zu dem neuen Ziel Z₂ begrenzten Winkel γ und δ gemessen. Die Gegenkathete zu diesen Winkeln oder — anders ausgedrückt — die kürzeste Entfernung von Z₂ zur ursprünglichen Flugrichtung ist die für die Kurskorrektur gesuchte Größe ζ Zu berücksichtigen gilt hierbei, daß die Größen Ay (Fig. 1) und ζ (Fig. 2) rechtwinklig zueinander verlaufen und dadurch die räumliche Dimension bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingebracht wird.

Bei entsprechendem Elektronikaufwand ist es mög-Ikh, im Zeitintervall ΔT= T₄-T₃ nicht nur die Werte h_y und S_x des angeflogenen Zieles, sondern auch die Winkeldaten der weiteren Ziele aufzunehmen und zu verarbeiten. Die Dreiecksberechnungen führen mit dem

Zeitintervall Δ Tuber die Winkelfunktionen

— = tan δ

— = tan γ ; x

— = sin)'

— = sin ö .

Mit χ
system

= X₁ + V₀ A Vergibt sich das Gleichungs-

z = V₀AT

tan γ ■ tan δ tan δ - tan γ

s, =

sin δ Die Entfernung s_z des Ziels Z2 zum Zeitpunkt 7} läßt sich dadurch wieder ohne großen Aufwand grob bestimmen.

Sollte es sich herausstellen, daß auch dieses oder ein weiteres Ziel nicht den vorprogrammierten Zieldaten entspricht, kann z. B. bei einem unbemannten Flugzeug

(Drohne), das einen größeren Überwachungsbereich nach speziellen Objekten (z. B. Hubschraubern) absucht, die Kurskorrektur praktisch beliebig oft wiederholt werden.

Insgesamt gesehen ergibt sich durch die vorgeschlagene Methode eine vergleichsweise einfache Möglichkeit, ein von einem Flugkörper der eigenen Partei angesteuertes gegnerisches Ziel zu selektieren. Der Höhe des Zieles kommt dabei vorrangige Bedeutung zu, da sich die Länge und Breite des Zieles mit dem Aspektwinkel stark ändern können. Aber auch für die Bestimmung der Entfernung und — im Fall mehrerer vorhandener Ziele — für eine gegebenenfalls erforderliehe Kurskorrektur läßt sich dieses Verfahren auswerten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Zielselektion eines vergleichsweise großen, sich höchstens mit niedriger Geschwindigkeit fortbewegenden Zieles von einem mit Suchkopf ausgerüsteten, sich mit bekannter Geschwindigkeit Vo schnell und in direktem Anflug nähernden Flugkörpern aus, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielhöhe als unveränderliches Selektionsmittel angesetzt, die Geschwindigkeit des Zieles (Z) gegenüber der bekannten wesentlich höheren Geschwindigkeit des Flugkörpers (G) vernachlässigt, zu zwei kurzzeitig aufeinanderfolgenden Zeitpunkten (Ty, Ti) mit bekannter absoluter Entfernungsdifferenz (voK) zum Ziel jeweils die vertikale Winkelausdehnung (α; β) des Zieles vom Suchkopf (S) gemessen und über die zugehörigen Winkelfunktionen (tan α; tanjS) eines rechtwinklig angenommenen Dreiecks die Entfernung (s_x) des Flugkörpers zum Zeitpunkt der zweiten Winkelmessung (Tt) sowie die Höhe des Zieles (h_y) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Suchkopf des Flugkörpers (G) die ermittelte Zielhöhe (Ji_x) des gerade angesteuerten Zieles (Z\) mit dem in einem Speicher des Flugkörpers vorprogrammierten Wert vergleicht und für den Fall eines aufgrund seiner Höhenausdehnung als »falsch« erkannten Zieles zu zwei kurzzeitig aufeinanderfolgenden Zeitpunkten (Ty, Ti) jeweils die Winkel (γ; δ) zu einem weiteren innerhalb seiner Bildfeldbegrenzung in Frage kommenden Ziel (Zi) — bezüglich ursprünglicher Flugrichtung — mißt, über die zugehörigen Winkelfunktionen die jeweiligen Entfernungen (s; s_z) von den Zeitpunkten zum neuen Ziel ermittelt und danach eine entsprechende Kurskorrektir (z) in Richtung neues Ziel und — sofern erforderlich — in Richtung weiterer Ziele (Z^ bis Z_n) vornimmt

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Selektion des Zieles (Z)\oxi Falschzielen weitere charakteristische Merkmale des Zieles bezüglich der Abstrahlung elektromagnetischer (akustischer) Strahlung und Wärmestrahlung herangezogen werden.

4. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Suchkopfsensor eine vertikal ausgerichtete, durch eine Abtastvorrichtung in azimutaler Richtung über den Sehfeldwinkel schwenkbare Detektorreihenanordnung verwendet wird, daß die zumindest grobe Höhenbestimmung der Zielwinkel (α; β) aus der Anzahl der durch die Zielstrahlung getroffenen Detektorelemente (n_z) sowie der geometrischen Auflösung der Sensorelemente ΔΦ durch Produktbildung ηΑΦ gewonnen wird, und daß die Winkel (γ; δ) zur Bestimmung der Entfernungen weiterer Ziele (Z₂ bis Z_n) aus der Winkelposition der Abtasteinrichtung beim Empfang von Signalen von den weiteren Zielen gegenüber der Position beim Empfang der Strahlung des direkt angeflogenen ersten Zieles ("Z₁) bestimmt werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Suchkopf (S) eine die charakteristischen Merkmale der Zieleigenstrahlung im akustischen, sichtbaren, Wärmestrahlungs- und elektromagnetischen Bereich zur Zielselektion heranziehende Kombination von Sensoren verwendet wird.