DE3004633A1 - Feuerleitsystem gegen auch tiefstfliegende zielobjekte - Google Patents

Description

• Beschreibung
• Feuerleitsystem gegen auch tiefstfliegende Zielobjekte Die Erfindung bezieht sich auf. ein Feuerleitsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs t. Zu den Zielobjekten gehören hierbei beispielsweise sog. Sea-Skimmer oder Marschflugkörper, Luftkissenfahrzeuge, Gleitminen oder bemannte bzw. unbemannte Luftfahrzeuge nach Art von Flugzeugen oder Drehflügler.
• Tief- und tiefstfliegende Flugkörper hoher Geschwindigkeit (Sea-Skimmer) werden eine zunehmende Bedrohung für jede Art von Überwasser-Schiffen. Zur Abwehr dieser Sea-Skimmer können prinzipiell sowohl Raketensysteme als auch Rohrwaffen eingesetzt werden, vorausgesetzt, die Annäherung eines Sea-Skimmers wird rechtzeitig erkannt und seine Bahnwsreichend genau vermessen.
• Befriedigende Leistungsfähigkeit beider Waffentypen vorausgesetzt, werden sich Rakete und Rohrwaffe in der Abwehr von Sea-Skimmern stets ergänzen müssen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine die besonderen Schwierigkeiten der bekannten Feuerleitung von Rohrwaffen vermeidendes oder zumindest verringerndes Feuerleitsystem der gattungsgemäßen Art anzugeben.
• Die Erfindung verwertet folgende, für sie wesentliche Überlegungen: Die Feuerleitung für Rohrwaffen gegen bewegte Ziele erfordert neben der genauen Kenntnis der innen-, außen- und endballistisch Eigenschaften der Waffe und der Munition eine sehr hohe Genauigkeit bei der Ermittlung der Flugbahn des Zieles sowie deren Vorhersage für die Geschoßflugzeit. Diese kann durch fortlaufende Messung der Zielkoordinaten Seitenwinkel, Höhenwinkel und Entfernung, z. B. mit Radar oder Laser, sowie durch an sich bekannte mathematische Glättungs- und Extrapolationsverfahren erreicht werden, soweit nicht physikalische Hindernisse der ausreichend genauen Messung entgegenstehen.
• Laser und Radar arbeiten bekanntlich in physikalisch gleicher Weise, jedoch mit Wellenlängen, die sich um viele Größenordnungen unterscheiden, wodurch sich in zweierlei Richtung relevante Unterschiede ergeben: - Die kilometrische Dämpfung bei Ausbreitung in der Atmosphäre, insbesondere bei Regen und Nebel, ist für Radar geringer als für Laser.
• - Die erzielbare Strahlbündelung ist bei Laser um ein Vielfaches höher als bei Radar, außerdem ist beim Laser durch optische Mittel eine Auflösung mehrerer Ziele innerhalb der Keule -möglich, beim Radar praktisch nicht.
• Die größere Keulenöffnung (ca. 1 - 2 Grad) des Radar bietet den Vorteil, daß ein größeres Raumvolumen in einer vorgegebenen Zeit abgesucht werden kann als mit dem Laser, aber für die Feuerleitung gegen tieffliegende Ziele wird die Keule eines Radargerätes von sehr geringen Entfernungen an immer auf der Erdoberfläche aufliegen. Dieses bewirkt grundsätzliche, schwerwiegende Beeinträchtigungen der Funktion des Radargerätes: - Maskierung der Nutzzielechos durch Bodenechos (Clutter); - Mehrwegeausbreitung der ausgesendeten und des empfangenen Signals.
• Die Mehrwege-Ausbreitung bewirkt sowohl eine Aufzipflung des Antennendiagramms infolge von Interferenzen ("Lobing") als auch eine Verzerrung der einfallenden reflektierten Wellenfront ("Imaging").
• Das Resultat dieser Effekte ist einmal eine von Wel-lenlänge, Seegang, Aufstellungshöhe und -Blickrichtung abhängige Empfindlichkeitseinbuße gegenüber Zielen-in bestimmten Entfernungen und Höhen, zum anderen eine völlige Verfälschung-des Meßwertes für den Elevationswinkel zum Ziel ("Image-Effekt"). Gegen alle genannten Störungen bis auf den Image-Effekt sind Abhilfemaßnahmen - wenn auch zum Teil recht aufwendig - bekannt: Die zusätzliche Auswertung der Doppler-Verschiebung bei der Reflexion an bewegten Zielen gestattet die Unterdrückung von Seegangs-Echos gegenüber - bewegten - Nutzzielen; durch eine simultane oder quasisimultane Benützung mindestens zweier Sendefrequenzen lassen sich die Empfindlichkeitseinbußen in solchen Grenzen halten, daß eine technisch noch realisierbare Sendeleistung ausreicht, um ein lückenloses Erfassungsdiagramm zu gewährleisten. Demgegenüber sind jedoch Verfahren zur Ermittlung des wahren Elevationswinkels des Zieles aus dem durch Mehrwege-Ausbreitung verfälschten Meßwert bisher nur unter sehr einengenden Annahmen (spiegelnde Reflexion an ebener Oberfläche, Überlagerung nur eines Umwegsignals o. ä.) theoretisch vorhergesagt und kaum praktisch realisiert. Außerdem lassen theoretische Überlegungen eine theoretische Lösbarkeit dieses Problems unter der zu fordernden Allgemeinheit der Randbedindungen als prinzipiell unmöglich erwarten.
• Allerdings betrifft die Störung durch den Image-Effekt ausschließlich die Messung der Ziel-Elevation; Azimut- und Entfernungsmessung werden praktisch nicht beeinflußt. Die enge Keule des Lasers macht ihn für die Zielsuche, verglichen mit dem Radar, recht ungeeignet; -dafür treten durch Mehrwege-Ausbreitung auch bei tieffliegenden Zielen kaum Störungen auf. Eine Winkelmessung mit dem Laser ist in zwei Arten der Peilung besonders zweckmäßig: - Entweder durch räumliches Abtasten des Zielgebietes mit einer engen Keule und Korrelativ zwischen Zielecho und Abtastschema (ähnlich "Conical-Scan konische Raumabtastung bei Radar) - oder durch Abstrahlung und Empfang in einer Keule größeren Öffnungswinkels, wobei die empfangene Leistung durch optische Systeme auf mehrere Sensoren verteilt wird, dergestalt, -daß jeder Sensor eine Teil-Keule abbildet (ähnlich "Monopulse", d. h. Dumme/Differenz-Verfahren bei Radar).
• Die vorstehende Aufzählung einiger typischer Eigenarten von Laser und Radar in bezug auf den Einsatz gegen tieffliegende Ziele führt nun zu der erfindungsgemäßen Ausbildung eines Feuerleitsystems, das dem Patentanspruch 1 entnehmbar ist. Die Unteransprüche beinhalten zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
• Ein-Radargerät wird mit einem Laser so kombiniert, daß die Zielsuche durch das Radargerät erfolgt und ein erkanntes Ziel z. B.
• nach Entfernung und Seitenwinkel vom Radar verfolgt wird. Eine Überwachung der Zielelevation durch das Radar ist nur insoweit erfordedich, als kontrolliert wird, ob der Winkel zum Ziel so stark zunimmt, daß die Strahlungskeule von der Erdoberfläche abhebt. Die Meßwerte von Entfernung und Seitenwinkel werden nach einer zweckmäßigen Ausgleichsrechnung dem Laser übermittelt.
• Dieser tastet'nun in der vom Radar vorgegebenen Entfernung den Höhenwinkel zum Ziel ab. Damit stehen alle drei Zielkoordinaten für die Feuerleitrechnung zur Verfügung.
• Da der genaue Elevations-Meßwert vom Laser erst für die Feuerleitrechnung zur Verfügung stehen muß-, kommt die überlegene Reichweite des Radars unter schlechten Sichtbedingungen für den Such- und Einweisvorgang voll zum Tragen.
• Damit die vorgeschlagene Kombination allerdings funktionsfähig wird, muß das Radargerät alle sonstigen, den Einsatz gegen tieffliegende Objekte ermöglichenden Einrichtungen besitzen: - Größtmögliche Festzeichen-Unterdrückung durch sendekohärente Puls-Doppler-Technik; - zusätzlichen Verfolgungs-Regelkreis für die Dopplerfrequenz des Zieles; - Frequenz-Diversity-Betrieb zur Reduzierung des Empfindlichkeitsverlustes durch Diagramm-Aufzipflung.
• Einerseits aus Gründen der Bauteil-(Antennen-)Abmessungen, andererseits aus Gründen der Frequenzökonomie (kurze Reichweite) sollten für den Anwendungsfall der Feuerleitung für Rohrwaffen möglichst- hohe Sendefrequenzen zur Anwendung kommen.
• Der Einsatz der Puls-Doppler-Technik führt dann jedoch auf das Problem des Eindeutigkeitsproduktes, insofern, als für die zu erwartenden Ziel-Fluggeschwindigkeiten und die sich daraus ergebenden- erforderlichen Reichweiten Geschwindigkeits- und Entfernungs-Eindeutigkeit nicht gleichzeitig erreichbar snd.
• Für den Suchmode empfiehlt es sich aus naheliegenden, allgemein anerkannten-Gründen, die Mehrdeutigkeit in die Geschwindigkeitskoordinate zu legen; für den Verfolgungsmode kann es zweckmäßi ger sein, die Mehrdeutigkeit in die Entfernungskoordinate zu legen, denn dem Nachteil der "Clutter-Accumulation" (Zielecho aus der n-ten Entfernungszone fällt zusammen mit Clutter aus den Zonen 1 bis n) stehen einige Vorteile gegenüber, z. B.
• - Erhöhung der Entfernungsauflösung ohne Veränderung von Tastverhältnis und mittlerer Leistung, - zusätzlicher Geschwindigkeits-Verfolgungs-Regelkreis wird möglich, der die echte Radialgeschwindigkeit liefert. Damit ist ein weiterer Meßwert für die Feuerleitrechnung verfügbar, der sonst durch Differentiation ermittelt werden muß.
• Für die Gewährleistung der jeweiligen Eindeutigkeit bei den zwei Betriebsmoden ist es zweckmäßig, mit zumindest vier unterschiedlichen und umschaltbaren Tastfrequenzen zu arbeiten.

Claims (12)

1. Patentansprüche 1. Feuerleitsystem für Flugabwehrwaffen, insbesondere Rohrwaffen, zur Verwendung am Boden oder - vorzugsweise - an Bord eines Schiffes, bestehend aus einem Zielortungssystem und einem Rechner für die Verarbeitung der Ortungsinformationen (Zielhöhenwinkel, Zielseitenwinkel, Zielentfernung, ggf. radiale Zielgeschwindigkeit relativ zum Ortungssystem) zur Ermöglichung der erfolgreichen Bekämpfung auch tiefstfliegender Zielob.jekte wie Flugzeuge oder Flugkörper, dadurch qekennzeichnet-, daß das Zielortungssystem ein Radar- und ein Lasergerät enthäit, die zumindest bei auf dem Boden bzw. der Wasseroberfläche aufliegendem Radarantennen-Richtdiagramm in der Weise miteinander und mit dem Rechner kooperieren, daß in einem vorgegebenen räumlichen Überwachungsbereich die Zielsuchaufgabe (Suchmode) allein vom Radargerät übernommen ist, daß das Radargerät ein dabei erkanntes Zielobjekt daraufhin radarmäßig verfolgt (Verfolgungsmode), daß der dabei ermittelte augenblickliche Zielseitenwinkel zur azimutalen Zieleinweisung des Lasergerätes automatisch ausgewertet wird, daß das Lasergerät nach seiner azimutalen Zieleinweisung den Zielhöhenwinkel bestimmt und daß der Rechner für die Feuerleitrechnung als den Zielhöhenwinkel nur den augenblicklich vom Lasergerät ermittelten Wert verarbeitet.
2. 2. Feuerleitsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Zielverfolgung vom Radargerät ermittelte augenblickliche Zielentfernung zusätzlich zum Zielseitenwinkel zur Zieleinweisung des Lasergerätes automatisch ausgewertet wird, derart, daß das Lasergerät nach seiner Zieleinweisung nur solche Zieldaten ermittelt, die aus der Auflösungszelle stammen, welche durch die bei der Zieleinweisung benutzten Seitenwinkel- und Entfernungswerte definiert ist.
3. 3. Feuerleitsystem-nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner bei der Feuerleitrechnung die vom Radargerät ermittelten Werte des Zielseitenwinkels und der Zielentfernung sowie die vom Lasergerät ermittelten Werte des Zielhöhenwinkels verarbeitet.
4. 4. Feuerleitsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Radargerät das erkannte Zielobjekt zumindest nach Entfernung und Seienwinkel verfolgt.
5. 5. Feuerleitsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Radargerät das erkannte Zielobjekt auch hinsichtlich seiner radialen Geschwindig-keit relativ zum Radargerät verfolgt.
6. 6. Feuerleitsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner bei der Feuerleitrechnung die Zielgeschwindigkeitsinformation unmittelbar dem Geschwindigkeitsregelkreis des Verfolgungsteils des Radargerätes entnimmt.
7. 7. Feuerleitsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Radargerät ein vollkohärentes Puls-Doppler-Radargerät ist.
8. 8. Feuerleitsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Radargerät auf einer Sendefrequenz arbeitet, für welche bei den erwartbaren Zielgeschwindigkeiten nicht mehr gleichzeitig Entfernungs- und Geschwindigkeits-Eindeutigkeit gewährleistet werden können, dadurch gekennzeichnet, daß im Suchmode entfernungseindeutig, im Verfolgungsmode geschwindigkeitseindeutig gearbeitet wird.
9. 9. Feuerleitsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Radargerät zur Eliminierung der bei aufliegendem Radarantennen-Richtdiagramm entstehenden Empfindlichkeitseinbrüche durch Interferenz (Lobing) auf mindestens zwei Sendefrequenzen quasi-simultan arbeitet, indem jeder Sendeimpuls in mindestens zwei Subpulse unterschiedlicher Frequenz aufgeteilt wird und in ebenso vielen getrennten Empfangszügen verarbeitet wird, wobei für die Zielerkennung im Suchmode die Erkennung auf einer Frequenz ausreicht, für die Ermittlung der Fehlersignale im Verfolgungsmode eine von der jeweiligen Empfangsleistung bei jeder Frequenz abhängige Bewertung eingeführt wird.
10. 10. Feuerleitsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasergerät den Zielelevationswinkel nach einem der Radar-Peilverfahren, z. B. konische Raumabtastung oder "Summe/Differenz-Verfahren", ermittelt.
11. 11. Feuerleitsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsfrequenz des Radargerätes im cm-oder mm-Wellenbereich und diejenige des Lasergeräts im fernen IR-Bereich gewählt sind.
12. 12. Feuerleitsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Höhenwinkelinformation vom Radargerät nur insofern ausgewertet wird, als überwacht wird, ob der Höhenwinkel zum Ziel so zunimmt, daß das Antennenrichtdiagramm von der Erdoberflache abheben -kann.