DE3121488A1

DE3121488A1 - Einrichtung zur schusssimulation von visiergesteuerten lenkflugkoerpern

Info

Publication number: DE3121488A1
Application number: DE19813121488
Authority: DE
Inventors: Wilfried Ing.(Grad.) 2000 Hamburg Goda
Original assignee: Precitronic Gesellschaft fuer Feinmechanik und Electronic mbH
Current assignee: Precitronic Gesellschaft fuer Feinmechanik und Electronic mbH
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1982-12-16
Also published as: US4464974A; FR2506922B1; DE3121488C2; FR2506922A1

Description

Einrichtung zur Schußsimulation von visiergesteuerten

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bewertung des Anvisierens eines Ziels mittels eines eine Visierlinie definierenden Visiers, insbesondere beim Simulieren des Schießens mit visiergesteuerten Lenkflugkörpern, mit einem Lasersender zum Aussenden von Lasersignalen, einem Empfänger für von einem Ziel reflektierte Lasersignale, einer Einrichtung zum Feststellen von Winkelabweichungen zwischen den Lasersignalen und der Visierlinie und einer Auswerteeinrichtung für die Winkelabweichungen.

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Eine Einrichtung dieser Art ist aus DE-PS 2 846 bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung muß der Lasersender starr mit dem Visier gekoppelt und bezüglich der Visierlinie exakt und unveränderlich justiert sein. In der Praxis bereitet es aber häufig Schwierigkeiten, die Meßbaugruppe (Lasersender und Empfänger) der Schußsimulationseinrichtung exakt und unverändert mit gleicher oder paralleler optischer Achse wie die Visierlinie anzuordnen. Dies ist z.B. der Fall bei Visieren, die Teil einer Richtanlage eines Panzerfahrzeugs sind und periskopische Richtmittel mit drehbarem Umlaufspiegel für mindestens vertikale Ablenkung (Winkelspiegel od.dgl.) aufweisen. In einem solchen Fall ist eine äußere starre Ankopplung des Lasersenders mindestens bezüglich der vertikalen Visierbewegungen nicht möglich, und eine Integration in den Strahlengang der periskopischen Richtmittel verbietet sich häufig aus Kostengründen und würde außerdem die unveränderte Verwendung der Schußsimulationseinrichtung bei Richtvisieren verschiedener Bauart unmöglich machen. Auch physikalische Gründe, z.B. Nichtübereinstimmung zwischen der Wellenlänge der vom Lasersender ausgesendeten Lasersignale und dem optischen Durchlaßbereich der Richtmittel können eine solche Integration der Strahlengänge unmöglich machen.

Aus der DE-AS 20 08 986 ist eine Einrichtung zum Simulieren des Schießens mit visiergesteuerten Lenkflugkörpern bekannt, bei der ein Lasersender mittels Stellmotoren den Bewegungen des Visiers nachgeführt wird, wobei durch besondere Simulationssignalerzeuger Abweichungen zwischen der Ausrichtung des Lasersenders und des Visiers entsprechend dem dynamischen Lenkverhalten eines Geschosses erzeugt werden können. Eine mit dem Lasersender verbundene Lichtquelle blendet einen den optischen Eindruck des Lenkflugkörpers wiedergebenden Lichtpunkt in das Visier ein, die Lage dieses Licht-' punktes ist aber für die Bewertung des Schusses ohne Bedeutung. Die bei dieser bekannten Einrichtung erforderlichen Nachführmittel für den Lasersender können grundsätzlich nicht mit der für eine exakte Schußbewertung erforderlichen Genauigkeit und Trägheitsarmut arbeiten. Grundsätzlich muß von einer derartigen Schußsimulationseinrichtung eine Meßgenauigkeit von weniger als 0,15 mrad verlangt werden, während auf dem Markt erhältliche Nachführeinrichtungen bestenfalls mit Genauigkeiten von _+ 2 mrad arbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie bezogen auf die Visierachse alle zur simulierten Schußbewertung erforderlichen Daten mit vergleichsweise

geringem Aufwand und hoher Präzision messen kann, ohne daß eine starre achsparallele Ankopplung und Justierung des Lasersenders an das Visier oder eine optische Integration des Lasersenders in den Strahlengang des Visiers oder eine exakte Nachführung des Lasersenders auf die Visierlinie erforderlich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aussendeeinrichtung des Lasersenders bezüglich mindestens eines Freiheitsgrades unabhängig von der Visierlinie steuerbar ist zur Durchführung einer Zielverfolgungs- oder Zielabtastbewegung, daß der Lasersender eine Einrichtung zum Einblenden eines zur Aussenderichtung der Lasersignale"parallelen Referenz-Strahlungsbündels in das Eintrittsfenster des Visiers aufweist und daß das Visier eine Winkelmeßeinrichtüng zum Bestimmen der Winkelabweichung zwischen dem Referenz-Strahlungsbündel und der Visierlinie und zur Erzeugung entsprechender Abweichungssignale aufweist, die der Auswerteeinrichtung zuge- führt werden.

Im Gegensatz zur bekannten Einrichtung wird erfindungsgemäß der starr justierte Bezug zwischen der Visierlinie und der Aussenderichtung der Lasersignale

mindestens in einer Dimension aufgegeben. Der Lasersender erfaßt das Ziel durch vom Visier unabhängige Abtast- oder Nachführbewegung (Tracking), und der nötige Bezug zur Visierlinie wird erhalten, indem die Winkelabweichung zwischen der Aussenderichtung und der momentanen Lage der Visierlinie gemessen wird, und zwar mittels des in das Visier eingeblendeten, zur Lasersenderichtung parallelen Referenz-Strahlenbündels, dessen Winkel relativ zur Visierlinie mittels im Visier vorgesehener Winkelmeßeinrichtungen erfaßt wird.

Die erfindungsgemäße Einrichtung bietet den besonderen Vorteil, daß irgendwelche Eingriffe in die Mechanik und/oder den optischen Strahlengang von vorhandenen Visiereinrichtungen nicht erforderlich sind. Die Kopplung zwisehen der Visiereinrichtung und dem Lasersender ist durch die Einblendung des Referenz-Strahlungsbündels von vorne in das Eintrittsfenster des Visiers gegeben. Dabei kann sich die Erfindung die Tatsache zunutze machen, daß übliche Visiereinrichtungen, die als Rieht- oder Lenkeinrichtungen zum Erzeugen der Lenksignale für Lenkflugkörper ausgebildet sind, ohnehin mit einem auf die Eigenstrahlung des Flugkörpers ansprechenden Winkelmeßgerät (Goniometer) versehen sind. Solche üblichen Richtvisiere können ohne jeden erforderlichen Eingriff mit der erfin-

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dungsgemäßen SchußSimulationseinrichtung verwendet werden, wenn dafür gesorgt ist, daß das Referenz-Strahlungsbündel hinsichtlich Wellenlänge und Intensität an die Eigenstrahlung eines zu simulierenden Flugkörpers angepaßt ist, wobei dann lediglich die vom Goniometer erzeugten Lenksignale abgegriffen und als auszuwertende Signale der Auswerteeinrichtung der Schußsimulationseinrichtung zuzuführen sind.

In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Sampling der Abweichungssignale durchgeführt, indem an die Meßeinrichtung eine vom Empfänger zeitlich steuerbare Signalagriffseinrichtung angeschlossen ist, die nur bei Empfang vom Ziel reflektierter Laserstrahlung die Abweichungssignale zur Auswerteeinrichtung bzw. zum Zwischenspeicher durchläßt. Es werden somit nur diejenigen Signale ausgewertet, die beim Auftreten einer Retroreflexion von einem Ziel vorliegen und daher die Abweichung zwischen dem in diesem Moment vom Lasersender repräsentierten idealen Richtpunkt und dem tatsächlichen Richtpunkt des Visiers wiedergeben.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch den periskopischen Rieht- und Lenkteil einer Visiereinrichtung sowie den Lasersender und die Auswertemittel· der Schußsimulations

einrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.

Fig. 2 zeigt schematisch in Draufsicht den Lasersender und den periskopischen Richtteil des Visiers gemäß einer anderen Ausführungsform·

In Fig. 1 ist mit 10 das als periskopisches Richtmittel ausgebildete Visier angedeutet, wie es insbesondere bei Panzerfahrzeugen Verwendung findet, über das Okular 12 und zwei Umlenkspiegel 14, 16, und ein Lichteintrittsfenster 18 ist ein Beobachten und Anvisieren längs einer z.B. durch Fadenkreuz festgelegten Visierlinie 20 möglich. Für die Seitenrichtbewegungen ist das Visier als Ganzes um eine vertikale Achse schwenkbar. Für die Höhenrichtbewegungen kann mindestens der obere Umlenkspiegel 16 z.B. mittels eines Richtabgriffs 22 um eine horizontale Achse verstellbar sein. Im Strahlengang ist ein Strahlteiler 24 und ein Umlenkspiegel 26. angeordnet, durch die über das Eintrittsfenster 18 einfallende Eigenstrahlung eines Lenkflugkörpers, insbesondere Strahlung

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im Infrarotbereich, auf ein Winkelmeßgerät (Goniometer) 28 gelenkt wird. Entsprechend der Winkelabweichung zwischen der momentanen Position des die Eigenstrahlung erzeugenden Flugkörpers und der Visierlinie 20 erzeugt das Goniometer 28 Signale, die beim tatsächlichen Schießen einer Lenkvorrichtung 30 zugeführt werden, die die erforderlichen Lenksignale für den Flugkörper erzeugt und zu diesem übermittelt.

Für das Simulieren des Schießens ist eine Lasersendeeinheit 32 vorgesehen, die ein Lasersendeelement 34 enthält, welches über eine bei 36 angedeutete Optik Laserstrahlung entlang einer Achse 38 aussendet. Von einem von der Strahlung getroffenen Ziel zurückreflektierte Laserstrahlung gelangt über einen Strahlteiler 40 zu einem Empfänger 42.

Die Lasersendeeinheit 32 ist bezüglich der horizontalen Bewegungen starr mit dem Visier 10 gekoppelt. Sie kann z.B., wie in Fig. 2 dargestellt, auf der verlängerten Achse oder Welle 60 des oberen Umlenkspiegels 16 sitzen. Sie kann (muß aber nicht), auch den Schwenkbewegungen des oberen Umlenkspiegels 16 in der vertikalen Richtung folgen, wobei aber eine Parallelität zwischen der Aussenderichtung 38 und der Visier-

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achse 20 nicht gewährleistet ist, da bei Drehung des Umlenkspiegels 16 die Visierlinie 20 um den doppelten Betrag geschwenkt wird.

Für die Bewertung des mittels Laserstrahlung simulierten Schusses ist es erforderlich, die Winkel zwischen der Richtung, in der sich das die Strahlung reflektierende Ziel befindet, und der Visierlinie 20 während mindestens eines Teils der Flugzeit des simulierten Flugkörpers zu bestimmen und für eine Trefferanzeige auszuwerten. Dies geschieht mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wie folgt:

Bezüglich der Horizontalrichtung ist ein fester . Bezug zwischen dem Lasersender und der Visierlinie 20 gegeben. Es genügt daher, wenn mittels der reflektier-

die
ten Lasersignale/Zielablage von einer Bezugslinie des Lasersenders festgestellt wird. Dies kann in an sich bekannter Weise dadurch erfolgen, daß eine horizontal angeordnete Reihe von Lasersendeelementen 66 der Reihe nach angesteuert werden und dadurch den Zielbereich horizontal abtasten, wobei aus der Kennung und/oder dem zeitlichen Bezug der retroreflektierten Signale die seitliche Winkelablage des Ziels bestimmbar ist.

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Bezüglich der Vertikalbewegung ist die Lasersendeeinheit 32 insgesamt so ausgebildet, daß sie in jeden Höhenwinkel gedreht werden kann, der auch über das periskopische Visier 10 erreichbar ist. Die Lasersendeeinheit 32 wird mittels (nicht dargestellter) motorischer Verstelleinrichtung kontinuierlich über diesen vertikalen Winkelbereich geschwenkt. Dabei senden die Lasersendeelemente 34 Laserimpulse in einer Folge, die gewährleistet, daß über die vertikale Schwenkbewegung aufeinanderfolgende Meßzeilen beleuchtet werden. Sobald hierbei der ideale Richtpunkt erreicht wird, beleuchtet mindestens ein Lasersende-.element 34 das vorzugsweise mit geeigneten Retroreflektoren ausgestattete Ziel, und die retroreflektierte Laserstrahlung wird von der Linse 36 über den Strahlteiler 4 0 auf den Empfänger 32 abgebildet. Die vertikale Schwenkbewegung der Lasersendeeinheit 32 wird gesteuert durch eine Nachführsteuerurig 44, die vom Empfänger 42 so gesteuert werden kann, daß nach Erfassung eines retroreflektierenden Ziels die Lasersendeeinheit 32 nunmehr kontinuierlich immer wieder über das Ziel, d.h. den idealen Richtpunkt geführt wird.

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In der Lasersendeeinheit 32 ist ferner eine Einrichtung zur Erzeugung eines Referenz-Strahlungsbündels angeordnet, dessen Achse 46 exakt parallel zur Aussenderichtung 38 der Lasersignale justiert ist. Diese Einrichtung hat einen Kollimatorstrahlengang und ist in

der Figur durch eine Lichtquelle 48, eine Blende 50 und eine parallelrichtende Optik 52 angedeutet. Ein Umlenkprisma 54, welches die Strahlrichtung 46 um exakt 180°
umlenkt, ist so angeordnet, daß es das Eintrittsfenster 18 der Visierrichteinheit 10 teilweise übergreift, so

daß das. Referenz-Strahlungsbündel 46 in exakt entgegengesetzt paralleler Richtung wie die Aussenderichtung 38 der Lasersignale in das Eintrittsfenster 18 eintritt
und über den Umlenkspiegel 16 und Strahlteiler 24 zum

Goniometer 28 gelangt. Das Referenz-Strahlungsbündel

wird mit solcher Wellenlänge, Intensität und Parallelität erzeugt, daß es vom Goniometer 28 in gleicher Weise und mit gleicher Genauigkeit erfaßt werden kann wie die von einem echten Flugkörper stammende Eigenstrahlung.

Vorzugsweise liegt die Wellenlänge des Referenz-Strahlungsbündels im Infrarotbereich.

Das Goniometer erzeugt dann Signale, die der Winkelabweichung des Referenz-Strahlungsbündels 46, und damit auch der Strahlaussendeachse 38, von der Visierlinie 20

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entsprechen. Jeweils im Moment der gemessenen Retroreflexion sind diese Signale, z.B. eine· Spannung, proportional der Abweichung des realen Richtpunktes vom idealen Richtpunkt. Der Empfänger 4 2 steuert eine Signalabgriffseinrichtung 62 derart, daß nur die im Augenblick der Retroreflexion die jeweils vorhandenen Spannungswerte durchgelassen und einem Zwischenspeicher 60 zugeführt werden, wo sie zwischengespeichert und dann in der Auswerteeinrichtung 56 ausgewertet werden. Durch Auswertung der Winkelabweichung der ständig auf das Ziel gerichteten Laseraussendungsrichtung 38 von der Visierlinie 20 über mindestens einen Teil der für den simulierten Flugkörper anzunehmenden Flugzeit, insbesondere über den letzten.Teil dieser Flugzeit, wird eine Trefferanzeige 58 angesteuert.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann durch zusätzliche, zum Teil an sich bekannte Einrichtungen ergänzt werden. Insbesondere wird in der Regel eine Einrichtung vorgesehen sein, die aus der Laufzeit der vom Ziel reflektierten Lasersignale die Zielentfernung bestimmt und daraus die bei der Auswertung des simulierten Schusses zugrundezulegende Flugzeit des simulierten Flugkörpers errechnet.

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Tracking-Steuereinrichtung 44 so ausgebildet sein, daß sie bei Vorhandensein von mehreren reflektierenden Zie~ len die Aussenderichtung 38 auf dasjenige Ziel gerichtet hält, welches sich der Visierlinie am nächsten befindet, also die kleinste Ablagespannung am Goniometer 28 erzeugt. Das Ausgangssignal des Goniometers 28 kann auch der Tracking-Steuereinheit 44 zugeführt werden.

Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß die Lasersendeeinheit 32 mit der Richteinheit 10 des Visiers durch eine (nicht dargestellte) Grobnachführeinrichtung verbunden ist, wodurch die zu verarbeitenden Ablagesignale des Goniometers 28 verkleinert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Lasersendeeinheit 32 auch dazu benutzt werden, durch entsprechende Kodierung der Lasersignale Information zum Ziel zu übertragen, insbesondere eine Information über das Ergebnis der Trefferbewertung, durch die am Ziel entsprechende Wirkungen, z.B. Beschußanzeige, pyrotechnisehe Darstellung einer Trefferwirkung u.dgl., ausgelöst werden kann. Zu diesem Zweck kann eine das Lasersendeelement 34 ansteuernde (nicht dargestellte) Radiereinrichtung mit der Auswerteeinrichtung 56 verbunden sein.

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Claims

GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER .-"-·■- i R^TEbITANWAETE 3 1 2 H 8 EUROPEAN PATENT ATTORNEYS RICHARD GLAWE KLAUS DELFS DRHNG. DIPmNG ULRICH MENGDEHL WALTER MOLL · DIPL-CHEM DR RER NAT DIPL-PHYS. DR RER NAT. ' HEINRICH NIEBUHR OFF BEST. DOLMETSCHER DIPL-PHYS DR PHIL HABIL PRECITRONIC Gesellschaft für Feinmechanik 8ooomünchen26 2ooohamburqi3 -, _, . . , TT POSTFACH 162 POSTFACH 2570 und Electronic m.b.H. uebherrstr 20 rothenbaum- TEL. (0 89) 22 65 48 CHAUSSEE 58 H Pi m h π r σ telex 522sosspez tel. <04ο>4ιο20οθ ti d IU U U y TELECOPIER (089)223938 TELEX 212 921SPEZ MÜNCHEN A 05 Einrichtung zur Schußsimulation von visiergesteuerten Lenkflugkörpern Patentansprüche

1. Einrichtung zur Bewertung des Anvisierens eines Ziels mittels eines eine Visierlinie definierenden Visiers, insbesondere beim Simulieren des Schießens mit visiergesteuerten Lenkflugkörpern, mit einem Lasersender zum Aussenden von Lasersignalen, einem Empfänger für von einem Ziel reflektierte Lasersignale, einer Einrichtung zum Feststellen von Winkelabweichungen zwischen den Lasersignalen und der Visierlinie und einer Auswerteeinrichtung für die Winkelabweichungen , dadurch g e kennzeichnet, daß die Aussenderichtung des

Lasersenders (38) bezüglich mindestens eines Freiheitsgrades unabhängig von der Visierlinie steuerbar ist zur Durchführung einer Zielverfolgungs- oder Zielabtastbewegung, daß der Lasersender eine Einrichtung (48, 50, 52, 54) zum Einblenden eines zur Aussenderichtung·(38) der Lasersignale parallelen Referenz-Strahlungsbündels (46) in das Eintrittsfenster (18) des Visiers (10) aufweist und daß das Visier (10) eine Winkelmeßeinrichtung (28) zum Bestimmen der Winkelabweichung zwischen dem Referenz-Strahlungsbündel (46) und der Visierlinie (20) und zur Erzeugung entsprechender Abweichungssignale aufweist, die der Auswerteeinrichtung (56) zugeführt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem als Lenkeinrichtung für Lenkflugkörper ausgebildeten Visier, das ein auf die Eigenstrahlung, insbesondere IR-Strahlung eines Flugkörpers ansprechendes Goniometer zum Erzeugen von der Abweichung des Flugkörpers von der Visierlinie entsprechenden Lenksignalen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das in das Eintrittsfenster (18) des Visiers

(10) eingeblendete Referenz-Strahlungsbündel (46) nach Wellenlänge und Intensität der Eigenstrahlung eines Flugkörpers angepaßt ist und daß die vom Goniometer (28) erzeugten Lenksignale der Auswerteeinrichtung (46) als Abweichungssignale zugeführt werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , daß ein Zwischenspeicher (60) für die Abweichungssignale vorgesehen ist.

■ 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , daß an die Winkelmeßeinrichtung (28) eine vom Empfänger (42) zeitlich steuerbare Signalabgriffseinrichtung (62) angeschlossen • ist, die nur bei Empfang vom Ziel reflektierter Laserstrahlung die Abweichungssignale zur Auswerteeinrichtung (56) bzw. zum Zwischenspeicher (60) durchläßt.

, 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , daß der Lasersender (32) bezüglich der horizontalen Bewegung starr mit dem Visier (3 0) gekoppelt und die Aussenderichtung (38) parallel zur Visierlinie (20) justiert ist und daß der Lasersender (32) nur bezüglich der vertikalen Bewegung unabhängig von der Visierlinie (20) bewegbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5 , dadurch ge kennzeichnet , daß der Lasersender (32) und Empfänger (42) in an sich bekannter Weise zur Erfassung der horizontalen Winkelablage eines Ziels von der Visierlinie (20) ausgebildet sind.

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7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , daß der Lasersender (32) zu einer den gesamten Winkelstellbereich des Visiers (10) erfassenden periodischen Abtastbewegung steuerbar ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet , daß der Lasersender (3 2) mittels einer von den Signalen des Empfängers (42) gesteuerten Nachführeinrichtung (Tracking) zu

TO einer Selbstnachführbewegung auf das Ziel steuerbar ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , daß der Lasersender (32) mit dem Visier (10) durch eine Grobnachführeinrichtung verbunden ist und die Selbstnachführung auf das Ziel nur im Rahmen des Nachführfehlers der Grobnachführeinrichtung erfolgt.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , daß der Lasersender (32) und die Zielnachführsteuerung (44) so ausgelegt sind, daß der Lasersender beim Vorhandensein von mehreren reflektierenden Zielen sich jeweils selbsttätig auf das der Visierlinie (20) nächstliegende Ziel ausrichtet.