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Vorrichtung für das Auffinden und die Identifizierung von
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Einzelzielen sowie für die Waffeneinweisung auf Einzelziele von schnelifliegenden
Kampfflugzeugen aus, mit einem Infrarotsensor, Radar und Laser Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung für das Auffinden und die Identifizierung von Einzelzielen sowie
für die Waffeneinweisung auf Einzelziele von schnellfliegenden Kampfflugzeugen aus,
mit einem Infrarotsensor, Radar und Laser.
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Aus der DE-PS 22 40 598 ist eine Vorrichtung mit Radargerät, Laserentfernungsmesser
und Z nfrarotzielverfolgung sgerät zur Feinflugobjektvermessung und Verfolgung bekannt.
Bei dieser bekannten Einrichtung dient das Radargerät der Grobortung eines anfliegenden
Flugobjektes, das Infrarotzielgerät dient der Zielverfolgung und der Laserrückstrahlentfernungsmesser
der Bestimmung der Ablage des im Vorbei- oder Überflug befindlichen Flugobjekts.
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Mit dieser Anordnung soll die Aufgabe gelöst werden, eine sichere
Zielvermessung auch bei sich bereits im Direktanflug auf eine Beobachtungsstation
befindlichen Flugobjekts zu ermöglichen.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, durch eien
spezieile Sensoranordnung, sowohl das Auffinden,
die Zielidentifikation
als auch Feuerleitung gemeinsam für eine weitgehend automatische Zielbekämpfung
mit Flugkörpern oder Bomben von einem vorwiegend schnell- und tieffliegenden Flugzeug
aus zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß der infrarotsensor für die Zielaufklärung
zur Erfassung zielcharakteristischer Infrarotstrahlung dient, das Radargerät auf
die vom Infrarotsensor erkannten Ziele anhand der Daten vom Infrarotsensor einweisbar
ist und der Metalldetektion und Fortbewegungserkennung dient, wobei anschließend
Zielgebiete aus der Häufigkeit der auftretenden Ziele gebildet werden, ein Bildwandlergerät
zur Ausschnittvergrößerung eines erfaßten Zielhäufigkeitsgebietes vorhanden ist,
mit dem die Darstellung der Ziele auf einem Sichtgerät vornehmbar ist und daß der
Laser nach eindeutiger Zielidentifikation unmittelbar vor Aktivierung der Waffe
auf das Ziel einweisbar ist.
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Mit dieser Vorrichtung wird vorteilhaft eine halbautomatische Zielbekämpfung
ermöglicht, d.h. das bisherige Suchen und Auffinden von Zielen allein durch den
Menschen in einem großen Zielgebiet und die manuelle Waffenauslösung, welche in
vielen Fällen für ein schnellfliegendes Kampfflugzeug vorallem im Tiefflug zu langsam
ist, beseitigt.
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Durch die Verwendung von mehreren Sensoren verschiedener Spektralbereiche
in der Kombination, wird die Erkennung von mehreren diskriminierenden Merkmalen
möglich und damit die Erkennungswahrscheinlichkeit für das Ziel erhöht.
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Mit einer Anordnung nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine
Mehrfachzielbekämpfung in schneller Folge pro Zielgebietsüberflug ermöglicht. Außerdem
wird die Pilotenoperation
auf ein Minimum beschränkt. Insgesamt
wird eine Verbesserung der Einsatzeffektivität von Arsenalwaffen und vorallem von
mitgeführten modernen Luftbodenwaffen von Kampfflugzeugen erzielt.
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Die Erfindung ist anhand der Fig. näher erläutert. Zum besseren Verständnis
sind zunächst die einzelnen Sensoren getrennt erläutert.
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Für die Zielvoraufklärung ist ein Infrarotsensor eingesetzt, der einen
Abtaststreifen am Erdboden erzeugt. Der Spektralbereich, in dem der Infrarotsensor
arbeitet, liegt vorzugsweise im fernen Infrarot, d.h. bei ca. 10 Mm, wo eine höhere
Temperaturauflösung möglich ist, als im nahen Infrarot. Der durch eine infrarotempfindlichen
Diodenreihe und eine entsprechende Optik erzeugte Abtaststreifen am Erdboden hat,
bei einer Sichtweite von ca. 4 km vor dem Flugzeug, eine Ausdehnung von ca. i 2
km rechts und links zum Flugpfad.
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Um beispielsweise noch ein Panzerziel mit dem Infrarotsensor "erkennen"
zu können, ist mindestens eine Auflösung von 1 m x 1 m erforderlich. Aus diesem
Grund wurde eine Balkentiefe von 1 m gewählt. Die Auflösung in der Balkenbreite
erfordert dementsprechend 4.000 Elemente. Der Sensor könnte folglich aus einer Reihe
von 4.000 Dioden bestehen.
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Ausgehend von den bisher verfügbaren infrarotstrahlungsempfindlichen
Diodenreihen müssen mehrere solcher IR-Diodenzeilen, beispielsweise 25 zusammengesetzt
werden.
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Ein mögliches zweites Verfahren wäre der Einsatz eines abtastenden
1 sensors entsprechender Konstruktion.
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Das heute in Kampfflugzeugen zumeist schon vorhandene Radargerät wird
in seinem Luft-Boden-Mode auf die vom Infrarotsensor erfaßte zielcharakteristische
1 RStrahlung eingewiesen. Die Radarabfrage soll darüber Auskunft geben, ob das im
Infrarotbereich gefundene mögliche Ziel aus Metall besteht und sich eventuell fortbewegt.
Die Erkennung einer möglichen Zielbewegung mit dem Radar ist Stand der Technik (Doppler-Mode).
Die Detektion von Metall ist durch die charakteristische Radarrückstrahlung von
Metallflächen, wie sie an Fahrzeugen vorhanden ist, möglich.
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Das Bildwandlergerät dient zur Ausschnittvergrößerung eines vom Infrarotsensor/Radar
erfaßten Zielhäufigkeitsgebietes und ermöglicht die Darstellung auf einem Sichtschirm.
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Es arbeitet vorzugsweise im sichtbaren oder nahen Infrarotbereich
(ca. 4 t-2m) und besitzt ein Objekttiv mit variabler Brennweiteneinstellung.
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Der Laserentfernungsmesser gibt über den Lisersender kurz intensive,
sehr eng gebündelte Laserimpulse auf das anvisierte Ziel ab. Über die Optik der
Empfangseinheit werden die vom Ziel reflektierten Laserimpulse aufgenommen. Die
Impulslaufzeit wird wie aus dem Stand der Technik bekannt gemessen und als Entfernungsinformation
zur weiteren Bearbeitung in die Feuerleitung gegeben.
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In der Fig. ist die logische Ablauffolge der Feuerleitung dargestellt.
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Als einer der wichtigsten Bestandteile steht am Anfang ein Infrarotsensor
Bei einer Flughöhe des Waffen trägers z.B. von ca. 300 m über Land tastet dieser
das Gelände ca. 4 km vor dem Flugzeug und in ca. 4 km Breite nach
IR-emittierenden
u.U. reflektierenden Zielen ab. Die Blickrichtung des Infrarotsensors
in Elevation ist einstellbar um bei unterschiedlicher Flughöhe die jeweils gewünschte
Sichtweite zu erhalten und diese wird dann über die Fluglageinformation, aus der
Flugzeugavionik, über eine stabilisierungselektronik konstant gehalten. Der Abtastbalken
ist wie erwähnt, ca. 1 m tief, was bei einer Fluggeschwindigkeit von 0,7 Ma einer
Bildpunktverweilzeit auf der IR-empfindlichen Diode von 4,3 ms entspricht. Auf Grund
der Bewegung des Flugzeuges wird ein Gelände vom Infrarotsensor
abgetastet, um in diesem Gebiet nach Gegenständen mit folgenden drei zielspezifischen
Merkmalen zu suchen: - IR-Intensität bzw. -Kontrast des Gegenstandes gegenüber der
Umgebung - Größe der ZR-emittierenaen und -reflektierenden Fläche (durch die zusätzliche
Information der gemessenen Flugzeuggeschwindigkeit möglich) - Helligkeitsverteilung
der IR-Strahlung über die Zielfläche.
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Die Kenntnis der angesprochenen Diode in der Diodenzeile und die bekannte
Blickrichtung des Infrarotsensors
erlaubt die Bestimmung der "Lage" der IR-Ziele in Elevations- und Azimutwinkel.
Diese Informationen dienen nun dazu, über ein Einweisgerät das Radargerät
des Flugzeuges automatisch auf die IR-Ziele aufzuschalten, um durch eine Abfrage
über das Radargerät
wietere Zielmerkmale zu registrieren. Zum Beispiel bei Fahrzeugen die Eigenschaften,
daß es - aus Metall besteht - im Gelände ein sich bewegendes Objekt darstellt.
Auf
Grund der nun zusätzlich erhaltenen Merkmale durch das Radargerät
können evtl. vorhandene IR-Ziele die keine Echtziele darstellen, mit Hilfe einer
Sensorauswerteelektronik eliminiert werden und damit wird die Erkennungswahrscheinlichkeit
erhöht.
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Die Zielmerkmale, z.B. die Intensität der IR-Strahlung, sind von den
Umweltsituationen wie etwa Umgebungstemperatur, Tageszeit, Jahreszeit, Sichtweite
und von der zu erwarteten taktischen Lage, z.B. Panzer stehend, Lastwagen fahrend,
abhängig.
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Es wird deshalb vorgesehen, daß der Pilot/Kampfbeobachter die Möglichkeit
erhält, diese Randbedingungen für die Zielmerkmale- in die Sensorauswertelektronik.
aktuell miteinzugeben.
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Es werden nun die Ziele, die durch die fünf Merkmalskriterien gekennzeichnet
sind, erkannt und ihre vorläufigen Koordinaten bezogen auf das Flugzeug in einem
Sensorspeicher festgehalten (Elevations- und Azimutwinkel vom Vorsensor und evtl.
zusätzlich Zielabstand vom Radar).
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Der Abstand zwischen Ziel und Flugzeug kann unterstützend auch aus
der gemessenen Flughöhe über Grund und dem bekannten Elevations- und Azimutwinkel
berechnet werden.
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Weil die Abspeicherung der Zielkoordinaten für alle mit dem Infrarotsensor
Radargerät
erkannten Ziele über einen größeren Geländestreifen erfolgt, ist es möglich mit
dem Sensorrechner eine Häufigkeitsanalyse der Zielverteilung in diesem Geländestreifen
durchzuführen. Dieser Geländestreifen wird begrenzt durch die Abtastbreite ca.
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i 2 km, durch die maximale Sensorreichweite und durch
die
Strecke, die benötigt wird, für die Reaktionszeit bis zur Waffenauslösung plus Flugkörperreichweite.
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Anschließend erfolgt eine Einweisung des langbrennweitigen Bildwandlergerätes
auf den "Schwerpunkt" eines gefundenen Zielhäufigkeitsgebietes. Dieses Zielhäufigkeitsgebiet
wird dem Piloten/Kampfbeobachter auf einem Sichtschirm übertragen. Die Größe des
abgebildeten Zielhäufigkeitsgebietes muß so gewählt werden, daß eine exakte Zielidentifikation,
z.B. gegnerischer Panzer, durch den Piloten/Kampfbeobachter möglich ist. Zusätzlich
erfolgt eine automatische Kennzeichnung der Ziele auf dem Sichtschirm mit Zielkreuzen,
die vom Vorsensorspeicher gesetzt werden. Die so gemerkten Ziele werden mit einem
Kontrasttrackverfahren weiterverfolgt. Das Kontrasttracking ermöglicht die laufende
Vermessung der Position der Einzelziele im Zielgebiet, um ihre Koordinaten im Zielspeicher
für die Mehrfachzielbekämpfung abzulegen. Zur Stabilisierung der Blickrichtung auf
das am Sichtgerät abgebildete Zielhäufigkeitsgebiet steuert man die Blickrichtung
des Bildwandlergerätes während des Fluges durch Korrelationstracking. Zugleich kann
auch sh'con eine Zielanflug eingeleitet und eine grobe Ausrichtung der Waffe auf
den Zielgebietsschwerpunkt erfolgen, um die endgültigen Waffeneinweisung- bzw. Waffenschwenkwinkel
auf das Einzelziel möglichst gering zu halten (geringer Zeitbedarf).
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Um nun eine endgültige und sichere Zielauswahl zu ermöglichen, kann
der Pilot/Kampfbeobachter, z.B. über einen Leuchtgriffel am Sichtschirm, eine Löschung
von Falschzielen bzw. zusätzliche Kennzeichnung abgebildeter Echtziele durchführen.
Auf die am Sichtschirm ausgewählten Einzelziele wird nun kurz vor Abschuß der Waffe
automatisch der Laserentfernungsmesser
eingewiesen, um die Genauigkeit
der Schrägentfernungsmessung zu
verbessern. Mit den korrigierten Zielkoordinaten wird es möglich, auch unter Einbeziehung
einer Vorhalterechnung bei Bewegtzielen, die Waffenfeinausrichtung zu steuern. Durch
Vergleich der aktuellen Zielkoordinaten mit den gespeicherten ballistischen Werten
für die verwendete Waffe in der Waffeneinsatzkoinzidenzlogik wird der Abschußzeitpunkt
ermittelt und die Waffe ausgelöst.
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Ist die Waffe abgefeuert, werden die Koordinaten des bekämpften Ziels
gelöscht. Anschließend erfolgt auf Grund der bekannten und'parallel verfolgten Einzelziele
(Kontrasttracking) die Waffenausrichtung auf ein neues Einzelziel, um nach Koinzidenz
der ballistischen Daten die nächste Waffe auszulösen. Sind alle Ziele im dargestellten
Zielhäufigkeitsgebiet bekämpft, wird das Bildwandlergerät auf ein neues Zielhäufigkeitsgebiet
eingewiesen. Dies ist möglich.
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weil die Zielhäufigkeitsanalyse laufend mit den gefundenen Zielen
aus dem Infrarotsensor/Radargerät durchgeführt wird. Die Bekämpfung wird dann wie
erläutert, wiederholt.
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Dadurch ist gewährleistet, daß möglichst viele Ziele in einem Vorbeiflug
bekcimpft werden können.
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Sind die technologischen Voraussetzungen erfüllt, kann man das vom
Bildwandlergerät erzeugte Bild vom Zielhäufigkeitsgebiet auch für eine Bildmustererkennung
ohne Einschalten des Menschen verwenden. Mit einer Kombination von direkt erfaßten
Merkmalen und Merkmalen aus der Bildmustererkennung ist dann eine vollautomatisch
arbeitende Feuerleitung möglich.