DE3048574C2 - Vorrichtung für das Auffinden und die Indentifizierung von Einzelzielen sowie für die Waffeneinweisung auf Einzelziele von schnellfliegenden Kampfflugzeugen aus, mit einem Infrarotsensor, Radar und Laser - Google Patents

Description

mitgeführten modernen Luftbodenwaffen von Kampfflugzeugen erzielt.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für das Auf- Die Erfindung ist anhand der Figur näher erläutert,

finden und die Identifizierung von Einzelzielen sowie für Zum besseren Verständnis sind zunächst die einzelnen die Waffeneinweisung auf Einzelziele von schnellflie- 65 Sensoren getrennt erläutert.

genden Kampfflugzeugen aus, mit einem Infrarotsensor, Für die Zielvoraufklärung ist ein Infrarotsensor einRadar und Laser. gesetzt, der einen Abtaststreifen am Erdboden erzeugt.

Aus der DE-PS 22 40 598 ist eine Vorrichtung mit Der Spektralbereich, in dem der Infrarotsensor arbeitet,

liegt vorzugsweise im fernen Infrarot, d h. bei ca. 10 μητ, 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. ±2 km rechts und links zum Flugpfad.

Um beispielsweise noch ein Panzerziel mit dem Infrarotsensor »erkennen« zu können, ist mindestens eine Auflösung von 1 · 1 m erforderlich. Aus diesem Grund wurde eine Balkentiefe von 1 m gewählt Die Auflösung in der Baikenbreite erfordert dementsprechend 4000 Elemente. Der Sensor könnte folglich aus einer Reihe von 4000 Dioden bestehen. Ausgehend von den bisher verfügbaren infrarotstrahlungsempfindlichen Diodenreihen müssen mehrere solcher IR-Diodenzeilen, beispielsweise 25 zusammengesetzt werden.

Ein mögliches zweites Verfahren wäre der Einsatz eines abtastenden IR-Sensors entsprechender Konstruktion.

Das heute in Kampfflugzeugen zumeist schon vorhandene Radargerät wird in seinem Luft-Boden-Mode auf die vom Infrarotsensor erfaßte zielcharakteristische IR-Strahlung 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.

Das Bildwandlergerät dient zur Ausschnittvergrößerung eines vom Infrarotsensor/Radar erfaßten Zielhäufigkeitsgebietes und ermöglicht die Darstellung auf einem Sichtschirm. Es arbeitet vorzugsweise im sichtbaren oder nahen Infrarotbereich (ca. 4 μΐη) und besitzt ein Objektiv mit variabler Brennweiteneinstellung.

Der Laserentfernungsmesser gibt über den Lasersender 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.

In der Figur ist die logische Ablauffolge der Feuerleitung dargestellt.

Als einer der wichtigsten Bestandteile steht am Anfang ein Infrarotsensor. Bei einer Flughöhe des Waffenträgers z. B. von ca. 300 m über Land tastet dieser das Gelände ca. 4 km vor dem Flugzeug und in 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. Die 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 IR-emittiercnden und -reflektierenden Fläche (durch die zusätzliche Information der gemessenen Flugzeuggeschwindigkeit möglich),

— Helligkeitsverteilung der IR-Strahlung über die Zielfläche.

Die Kenntnis der angesprochenen Diode in der Diodenzeile und die bekannte Blickrichtung des Infrarotsensors erlaubt die Bestimmung der »Lage« der IR-Zie-Ie in Elevations- und Azimutwinkei. 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 weitere 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 //?-Ziele die keine Echtzisle darsteilen, mit Hilfe einer Sensorauswerteelektronik eliminiert werden und damit wird die Erkennungswahrscheinlichkeit erhöht

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.

Es wird deshalb vorgesehen, daß der Pilot/Kampfbeobachter die Möglichkeit erhält, diese Randbedingungen für die Zielmerkmale in die Sensorauswertelektronik aktuell miteinzugeben.
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).

Der Abstand zwischen Ziel und Flugzeug kann unterstützend auch aus der gemessenen Flughöhe über Grund und dem bekannten Elevations- und Azimutwinkel berechnet werden. Weil die Abspeicherung der Zielkoordinaten für alle mit dem Infrarot/Radargerät erkannten Ziele über einen größeren Geländestreifen erfolgt, ist es möglich mit dem Sensorrechner eine Häufungsanalyse der Zielverteilung in diesem Geländestreifen durchzuführen. Dieser Geländestreifen wird begrenzt durch die Abtastbreite ca. ±2 km, durch die maximale Sensorreichweite und durch die Strecke, die benötigt wird, für die Reaktionszeit bis zur Waffenauslösung plus Flugkörperreichweite.

Anschließend erfolgt eine Einweisung des langbrennweitigen Bildwandlergerätes auf den »Schwerpunkt« eines gefundenen Zielhäufungsgebietes. Dieses Zielhäufungsgebiet wird dem Piloten/Kampfbeobachter auf einem Sichtschirm übertragen. Die Größe des abgebildeten Zielhäufungsgebietes muß so gewählt werden, daß eine exakte Zielidentifikation, z. B. gegnerische 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 Zieh 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 Zielhäufungsgebiet steuert man die Blickrichtung des Bildwandlergerätes während des Fluges durch Korrelationstracking. Zugleich kann auch schon ein 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).

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 Einzeiziele 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.

Ist die Waffe abgefeuert, werden die Koordinaten des bekämpften Ziels gelöscht. Anschließend erfolgt auf Grund der bekannten und parallel verfolgten Einzeiziele (Kontrasttracking) die Waffenausrichtung auf ein neues Einzelziel, um nach Koinzidenz der ballistischen Daten die nächste Waffe auszulösen. Sind alle Ziele im dargestellten Zielhäufungsgebiet bekämpft, wird das Bildwandlergerät auf ein neues Zielhäufungsgebiet eingewiesen. Dies ist möglich, weil die Zielhäufungsanalyse laufend mit den gefundenen Zielen aus dem Infrarotsensor/Radargerät durchgeführt wird. Die Bekämpfung wird dann wie erläutert, wiederholt. Dadurch ist gewährleistet daß möglichst viele Ziele in einem Vorbeiflug bekämpft werden können.

Sich die technologischen Voraussetzungen erfüllt, kann man das vom Bildwandlergerät erzeugte Bild vom Zielhäufungsgebiet 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

1 2 Radargerät, Laserentfernungsmesser und Infrarotziel-Patentansprüche: Verfolgungsgerät zur Feinflugobjektmessung und Verfolgung bekannt Bei dieser bekannten Einrichtung

1. Vorrichtung für das Auffinden und die Identifi- dient das Radargerät der Groboi tung eines anfliegenzierung von Einzelzielen sowie für die Waffenein- 5 den Flugobjektes, das Infrarotzielgerät dient der Zielweisung auf Einzelziele von schnellfliegenden Verfolgung und der Laserrückstrahlentfernungsmesser Kampfflugzeugen aus, mit einem Infrarotsensor, Ra- der Bestimmung der Ablage des im Vorbei- oder Überdar und Laser, dadurch gekennzeichnet, flug befindlichen Flugobjekts.

daß der Infrarotsensor für die Zielvoraufklärung zur Mit dieser Anordnung soll die Aufgabe gelöst wer-

Erfassung zielcharakteristischer Infrarotstrahlung io den, eine sichere Zielvermessung auch bei sich bereits dient das Radargerät auf die vom Infrarotsensor im Direktanflug auf eine Beobachtungsstation befindlierkannten Ziele anhand der Daten vom Infrarotsen- chen Flugobjekts zu ermöglichen, sor einweisbar ist und der Metalldetektion und Fort- Aus der US-PS 36 44 043 ist ein Zielaufspür- und Ver-

bewegungserkennung dient, wobei anschließend folgungssystem bekannt welches einen Infrarotsensor Zielgebiete aus der Häufung der auftretenden Ziele 15 zum Aufspüren und Verfolgen eines Zieles und einen gebildet werden, ein Bildwandlergerät zur Aus- Laser zur Entfernungsmessung zum Ziel verwendet Schnittvergrößerung eines erfaßten Zielhäufungsge- Das Infrarotgerät dient dazu, einen optischen Spiegel bietes vorhanden ist mit dem die Darstellung der auf ein erkanntes Jnfrarotziel einzuweisen und dem Ziel Ziele auf einem Sichtgerät vornehmbar ist und daß nachzuführen. Der optische Spiegel selbst hat die Aufder Laserentfernungsmesser nach eindeutiger Ziel- 20 gäbe, als Reflektor und Empfänger für den Laserentferidentifikation unmittelbar vor Aktivierung der Waf- nungs/nesser zu dienen, fe auf das Ziel einweisbar ist Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- gründe, durch eine spezielle Sensoranordnung, sowohl zeichnet, daß der Blickwinkel zur Horizontalen des das Auffinden, die Zielidentifikation als auch Feuerlei-Infrarotsensors in Elevation für eine bestimmte Sen- 25 tung gemeinsam für eine weitgehend automatische Zielsorsichtweite einstellbar ist und diese dann über die bekämpfung mit Flugkörpern oder Bomben von einem Flugzeugavionik entsprechend der Flughöhe und vorwiegend schnell- und tieffliegenden Flugzeug aus zu Fluglageinformation konstant gehalten wird. ermöglichen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß der Infrarotzeichnet, daß sowohl aktuelle Randbedingungen aus 30 sensor für die Zielaufklärung zur Erfassung zielcharakder Umweltsituation, wie Temperatur, Sicht Tages- teristischer Infrarotstrahlung dient, das Radargerät auf zeit und dgl. und der taktischen Lage auf dem Ge- die vom Infrarotsensor erkannten Ziele anhand der Dafechtsfeld, wie etwa stehende Panzer in der Bereit- ten vom Infrarotsensor einweisbar ist und der Metalldestellung, unter denen die Zielmerkmale, die für ein tektion und Fortbewegungserkennung dient, wobei anZiel kennzeichnend sind, erkannt werden müssen, als 35 schließend Zielgebiete aus der Häufung der auftretenauch die Zielmerkmale selber vom Piloten des Flug- den Ziele gebildet werden, ein Bildwandlergerät zur zeuges in die Vorrichtung eingebbar sind. Ausschnittvergrößerung eines erfaßten Zielhäufungs-

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden gebietes vorhanden ist, mit dem die Darstellung der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielko- Ziele auf einem Sichtgerät vornehmbar ist und daß der ordinaten aller erkannter Einzelziele zwischenge- 40 Laserentfernungsmesser nach eindeutiger Zielidentifispeichert und damit die Ziele auf dem Sichtgerät des kation unmittelbar vor Aktivierung der Waffe auf das Bildwandlergerätes automatisch mit Zielkreuzen ge- Ziel einweisbar ist.

kennzeichnet werden, daß die Ziele mittels Kon- Mit dieser Vorrichtung wird vorteilhaft eine halbau-

trasttracking über das Bildwandlergerät weiterver- tomatische Zielbekämpfung ermöglicht, d. h. das bishefolgt und ihre Koordinaten laufend aktualisiert wer- 45 rige Suchen und Auffinden von Zielen allein durch den

den, und daß die Blickrichtung des Bildwandlergerä- Menschen in einem großen Zielgebiet und die manuelle

tes durch Korrelationstracking auf das ausgewählte Waffenauslösung, welche in vielen Fällen für ein schnell-

Zielhäufungsgebiet festgehalten wird. fliegendes Kampfflugzeug vor allem im Tiefflug zu lang-

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- sam ist, beseitigt.

zeichnet, daß der Infrarotsensor die Infrarotintensi- 50 Durch die Verwendung von mehreren Sensoren vertat bzw. den Kontrast des Gegenstandes gegenüber schiedener Spektralbereiche in der Kombination, wird der Umgebung, die Größe der Infrarotstrahlung die Erkennung von mehreren diskriminierenden Merkemittierenden und reflektierenden Fläche und die malen möglich und damit die Erkennungswahrschein-Helligkeitsverteilung der Infrarotstrahlung über die lichkeit für das Ziel erhöht. Sichtfläche des Einzelzieles ermittelt. 55 Mit einer Anordnung nach der erfindungsgemäßen

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Vorrichtung wird eine Mehrfachzielbekämpfung in zeichnet, daß bei Bewegtzielen eine Vorhalterech- schneller Folge pro Zielgebietsüberflug ermöglicht. Aunung für die Waffeneinweisung möglich ist. ßerdem wird die Pilotenoperation auf ein Minimum beschränkt. Insgesamt wird eine Verbesserung der Ein-

60 satzeffektivität von Arsenalwaffen und vor allem von