DE3004633C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem durch die DE-AS 22 30 407 bekannten Feuerleitsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. 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 Bahn ausreichend 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, den angegebenen Stand der Technik dahingehend zu optimieren, die Zielobjekte mit erhöhter Präzision zu orten, um sie alsbald nach Eindringen in den Bekämpfungsbereich der Flugabwehrwaffen wirksam bekämpfen zu können, auch wenn die im folgenden näher erörterten "physikalischen Hindernisse" gegeben sind.

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 Radars 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 Radargeräts von sehr geringen Entfernungen an immer auf der Erdoberfläche aufliegen. Dieses bewirkt grundsätzliche, schwerwiegende Beeinträchtigungen der Funktion des Radars:

• - 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 beim Radar ist einmal eine von Wellenlänge, Seegang, Aufstellungshöhe und Blickrichtung abhängige Empfindlichkeitseinbuße gegenüber Zielen in bestimmten Entfernungen und Höhen, zum anderen eine völlige Verfälschung des Meßwerts 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:

I.) Die zusätzliche Auswertung der Doppel-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 Ziels 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 Randbedingungen 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 Zielgebiets mit einer engen Keule und Korrelation 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).

II.) Ein Radargerät wird mit einem Laser so kombiniert, daß die Zielsuche durch das Radargerät erfolgt und ein erkanntes Ziel z. B. nach Entfernung und Azimut vom Radar verfolgt wird. Eine Überwachung der Zielelevation durch das Radar ist nur insoweit erforderlich, 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 übermittels. 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.

Die vorstehend angegebenen Eigenschaften und die daraus sich ergebenen "physikalischen Hindernisse" treffen gleichermaßen auf den Stand der Technik wie auf den Erfindungsgegenstand zu.

Die erfindungsgemäße Optimierung des Feuerleitsystems ergibt sich aus dem Patentanspruch 1. Der Unteranspruch beinhaltet eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung.

Beim Erfindungsgegenstand ist somit das Radargerät ein vollkohärentes Puls-Doppler-Radargerät. Dieses ermöglicht eine verläßliche Festzeichen-Unterdrückung, eine Zielverfolgung nach Ort und Geschwindigkeit und einen Frequenz-Diversity- Betrieb zur Reduzierung des Empfindlichkeitsverlusts durch Diagramm-Aufzipflung. Der Diversity-Betrieb erfolgt mittels zweier Subpulsen zugeordneter Empfangszüge.

Für die Zielerkennung reicht von den Diversityfrequenzen eine einzige aus, für die Ermittlung der Fehlersignale im Verfolgungsmode wird beim Erfindungsgegenstand jedoch eine von der jeweiligen Empfangsleistung bei jeder Frequenz abhängige Bewertung eingeführt.

Einerseits aus Gründen der Bauteil-(Antennen-)Abmessungen, andererseits aus Gründen der Frequenzökonomie (kurze Reichweite) sollten hierbei möglichst hohe Sendefrequenzen zur Anwendung kommen.

Dann ergibt sich jedoch das Problem das Eindeutigkeitsprodukts, insofern, als für die zu erwartenden Ziel-Fluggeschwindigkeiten und die sich daraus ergebenden erforderlichen Reichweiten Geschwindigkeits- und Entfernungs-Eindeutigkeit nicht gleichzeitig erreichbar sind.

Deshalb ist es beim Erfindungsgegenstand vorgesehen, die Mehrdeutigkeit in die Geschwindigkeitskoordinate zu legen, für den Verfolgungsmode jedoch die Mehrdeutigkeit in der Entfernungskoordinate zuzulassen; 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.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Zielverfolgung vom Radargerät ermittelte augenblickliche Zielentfernung zusätzlich zum Zielseitenwinkel zur Zieleinweisung des Lasergeräts 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. Hierbei ist unter Auflösungszelle ein Raumausschnitt aus dem Radar-Richtdiagramm verstanden, in dem sich das zu bekämpfende Zielobjekt bei seiner Radaranmessung nach Azimut und Entfernung befindet.

Claims (2)

1. Feuerleitsystem für Flugabwehrwaffen, insbesondere Rohrwaffen, zur Verwendung am Boden oder - vorzugsweise - an Bord eines Schiffs, 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 Zielobjekte, wie Flugzeuge oder Flugkörper, bei dem das Zielortungssystem ein Radar- und ein Lasergerät enthält, 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 Lasergeräts 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, dadurch gekennzeichnet, daß Radargerät ein vollkohärentes Puls-Doppler-Radargerät ist, daß das Radargerät das erkannte Zielobjekt auch hinsichtlich seiner radialen Geschwindigkeit relativ zum Radargerät verfolgt, daß das Radargerät in einem so hohen Sendefrequenzbereich arbeitet, daß bei den erwartbaren Zielgeschwindigkeiten nicht mehr gleichzeitig Entfernungs- und Geschwindigkeits-Eindeutigkeit gewährleistet werden können, daß das Radargerät durch Wahl unterschiedlicher Tastfrequenzen im Suchmode entfernungseindeutig und im Verfolgungsmode geschwindigkeitseindeutig arbeitet und 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 Empfangsleitung bei jeder Frequenz abhängige Bewertung eingeführt wird.

2. Feuerleitsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Zielverfolgung vom Radargerät ermittelte augenblickliche Zielentfernung zusätzlich zum Zielseitenwinkel zur Zieleinweisung des Lasergeräts 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.