DE3714883A1 - Simulationsvorrichtung fuer schiessuebungen mit gelenkten flugkoerpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Simulationsvorrichtung für Schießübungen mit gelenkten Flugkörpern auf ein Lichtsignal aussendende Ziele, mit einer positionsauflösenden elektro­ optischen Einrichtung zum Abbilden des vom Ziel ausgesandten Lichtes, mit Auswertungsschaltungen für diese Abbildung, und mit einer Zielnachführeinrichtung.

Gelenkte Flugkörper weisen einen sogenannten Toleranzkanal auf. Dieser Toleranzkanal reflektiert die Tatsache, daß sich die gelenkten Flugkörper nur innerhalb eines vorgegebenen Bereiches lenken lassen. Erreichen sie während ihres Fluges auf das Ziel eine zu große Winkelabweichung von der Visier­ linie zwischen Abschußvorrichtung und Ziel, so lassen sie sich nicht mehr auf das Ziel lenken, und es kann mit diesem Flug­ körper kein Treffer mehr erzielt werden.

Der Toleranzkanal hat nun eine Breite, die von der Entfernung abhängt. In der Nähe der Abschußvorrichtung erweitert sich der Toleranzkanal ungefähr kegelförmig, was im wesentlichen darauf beruht, daß die Zielnachführeinrichtung und die Flugkörper­ nachführeinrichtung nur ein begrenztes Bildfeld von z.B. 3 oder 5 Grad haben. In der Nähe des Zieles läuft der Toleranz­ kanal dann wieder im wesentlichen konisch zusammen, was darauf beruht, daß in der Nähe des Zieles wegen der Kürze der ver­ bleibenden Restflugzeit nur noch sehr geringe Korrekturen der Flugbahn möglich sind. In den dazwischen liegenden Bereichen findet ein allmählicher Übergang von einem sich erweiternden zu einem sich wieder verengenden Toleranzkanal statt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Simulationsvorrichtung, mit der das Schießen auf besonders wirkungsvolle Weise geübt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Simu­ lationsvorrichtung Schaltungen zum Berechnen der Flugbahn eines hypothetischen Flugkörpers und der entfernungsabhängigen maximal zulässigen Abweichung des Flugkörpers von der direkten Linie vom Simulator zum Ziel aufweist.

Die Erfindung erschöpft sich nicht darin, nur Schaltungen zum Berechnen der Flugbahn eines hypothetischen Flugkörpers vorzu­ sehen. Mit Hilfe solcher Schaltungen würde der Übende zwar dann, wenn er zwischenzeitlich den Toleranzkanal verlassen hat, das Ziel nicht mehr treffen können. Er würde aber seinen Fehler erst bemerken, wenn er am Ziel vorbeigeschossen hat. Den eigentlichen Moment, wenn er den entscheidenden Fehler gemacht hat, den Flugkörper aus den Toleranzkanal herauszu­ steuern, bemerkt er nicht. Wegen der verhältnismäßig langen Flugzeit des Flugkörpers wird er sich, wenn er das Ziel verfehlt hat, nicht mehr an seinen Fehler erinnern, den er einige Sekunden vorher gemacht hat.

Werden nun aber Schaltungen zum Berechnen oder Bestimmen auch der entfernungsabhängigen maximal zulässigen Abweichung des Flugkörpers von der direkten Linie vom Simulator zum Ziel vor­ gesehen, so kann sofort festgestellt werden, wann der simu­ lierte Flugkörper den Toleranzkanal verläßt. Es wird also die Tatsache eines Fehlschusses nicht erst dann festgestellt, wenn der hypothetische Flugkörper das Ziel verfehlt, sondern bereits dann, wenn der Übende einen Fehler gemacht hat und den Flugkörper aus dem Toleranzkanal herausgebracht hat.

Ein weiterer Fall, bei dem der Schütze ohne die erfindungs­ gemäßen Einrichtungen seinen Fehler nicht sofort merken würde, tritt auf, wenn während des Fluges des Flugkörpers ein Ziel hinter ein Hindernis verschwindet und der Schütze deswegen sein Ziel wechselt, d.h. ein anderes Ziel anvisiert. Dieses Wechseln des Zieles muß nämlich einerseits genügend langsam geschehen; andererseits darf das neue Ziel auch keinen zu großen Winkelabstand vom ersten Ziel haben. Wechselt der Schütze sein Ziel zu schnell oder wählt er ein neues Ziel mit einem zu großen Winkelabstand, und verläßt er dabei den Toleranzkanal, so kann er ebenfalls durch die erfindungsgemäße Einrichtung sofort auf seinen Fehler aufmerksam gemacht werden.

Der Schütze kann also so geschult werden, daß er nicht nur das Treffen lernt, sondern daß er schon vor dem eigentlichen Treffen lernt, den Flugkörper nicht zu "verlieren".

Die Erfindung kann auch bei sogenannten Fire- and Forget-Flug­ körpern Anwendung finden. Hier handelt es sich um sich auto­ matisch lenkende Flugkörper, z.B. mit einem Infrarotsensor. Hier muß der Schütze üben, das Ziel anzuvisieren und die Visiereinrichtung eine gewisse Zeit dem Ziel nachzuführen, bis er "lock-on" hat, der Sensor also das Ziel erfaßt hat. Erst dann darf er schießen. Hier kann nun bei der erfindungsgemäßen Einrichtung vorgesehen sein, daß der Schütze z.B. durch einen Piepton aufmerksam gemacht wird, wenn die Sensoren des Flug­ körpers das Ziel erfaßt haben.

Bei dieser Art von Flugkörpern, die simuliert werden, oder bei Flugkörpern, die der Schütze mit Hilfe der Visiereinrichtung selbst lenken muß, kann eine Einrichtung zum Abgeben eines Signales vorgesehen sein, wenn die zulässige Abweichung über­ schritten ist, der simulierte Flugkörper also den Toleranz­ kanal verlassen hat. Das Signal kann dabei ein akustisches oder besser noch ein optisches Signal sein, das der Übende und auch der Ausbilder leicht bemerken wird.

Damit das Ziel von der positionsauflösenden elektrooptischen Einrichtung erfaßt werden kann, muß das Ziel ein Lichtsignal aussenden. Zu diesem Zweck könnte es mit einer Lichtquelle versehen sein, die auch im unsichtbaren Bereich, z.B. Infra­ rotbereich strahlen kann. Andererseits ist es besonders zweck­ mäßig, wenn das Ziel mit mindestens einem Retroreflektor ver­ sehen ist und der Simulator eine Beleuchtungseinrichtung zum großflächigen Beleuchten des Ziels aufweist. In diesem Falle hat das Ziel keine eigene Lichtquelle, sondern strahlt ledig­ lich das von der Simulationsvorrichtung kommende Licht mit Hilfe des Retroreflektors sehr scharf gebündelt zurück, so daß in der positionsauflösenden elektrooptischen Einrichtung der Simulationsvorrichtung ein sehr deutlich festzustellender Lichtpunkt des reflektierten Lichtes detektiert werden kann.

Die positionsauflösende Einrichtung kann z.B. einen Strahlen­ teiler und zwei zylindrische Linsen aufweisen, deren Achsen senkrecht aufeinander stehen und in deren Brennlinie jeweils ein CCD-Detektor mit z.B. 1000 oder 2000 Bildpunkten ange­ ordnet ist. Die Koordinaten des Lichtpunktes des Zieles werden dann dadurch festgestellt, daß mit Hilfe der Zylinderlinsen jeweils in zwei zueinander senkrechten Richtungen eine Ab­ bildung auf eine Linie im Bereich des CCD-Detektors erfolgt. Die Höhenkoordinate kann dann aufgrund des Ortes des abge­ bildeten Lichtpunktes auf dem senkrechten CCD-Detektor be­ stimmt werden, während die seitliche Position durch die ent­ sprechende Stellung auf dem waagerecht stehenden CCD-Detektor bestimmt werden kann.

Besonders zweckmäßig ist es aber, wenn die elektrooptische Einrichtung eine Matrix-CCD-Kamera aufweist. Bei einer solchen Matrix-CCD-Kamera können die Bildpunkte direkt von einem Rech­ ner angesteuert werden. Ein weiterer Vorteil der Matrix-CCD- Kamera ist der, daß der Ausbilder das Videobild dieser Kamera beobachten kann und direkt korrigierend eingreifen kann.

Das Schießen kann auf realistischere Weise geübt werden, wenn die Vorrichtung eine Einrichtung zum Erzeugen eines Bildes des Flugkörpers in der Visiereinrichtung der Zielnachführein­ richtung aufweist.

Da der Toleranzkanal eine entfernungsabhängige Breite hat und selbstverständlich zur Bestimmung der Flugbahn eines hypo­ thetischen Flugkörpers auch die Entfernung zum Ziel bekannt sein muß, muß die Entfernung zum Ziel bestimmt werden. Soll diese Entfernung bei realistischen Übungen geändert werden, so weist die Vorrichtung zweckmäßigerweise einen Entfernungs­ messer für die Bestimmung der Zielentfernung auf, z.B. einen Laserentfernungsmesser. Besitzt das Ziel einen Retroreflektor, so kann der Laserentfernungsmesser eine wesentlich geringere Leistung haben, als dies bei Zielen notwendig ist, die keinen solchen Retroreflektor besitzen.

Die Erfindung kann z.B. zum Simulieren von Schüssen mit gelenkten Flugkörpern verwendet werden, bei denen der Schütze seine Visiereinrichtung dem Ziel nachführt. Andererseits wird mit einer Flugkörperortungseinrichtung der momentane Ort bzw. die Winkelrichtung des Flugkörpers z.B. aufgrund seiner heißen Abgase oder eines am Heck angeordneten heißen Teiles bestimmt. Mit einer Nachführeinrichtung wird dann der Flugkörper so gelenkt, daß er bestrebt ist, in Richtung der Visierrichtung auf das Ziel zu fliegen.

Eine andere Art von solchen Flugkörpern sind selbsttätig das Ziel suchende Flugkörper. Hier beleuchtet der Schütze das Ziel mit einem enggebündelten Lichtstrahl, und der Flugkörper sucht sich sein Ziel aufgrund des zurückgestrahlten Lichtes. Der Flugkörper kann dabei von der richtigen Bahn abkommen, wenn der Schütze zwischenzeitlich das Ziel nicht korrekt beleuch­ tet. Das Schießen mit solchen Flugkörpern oder Waffenprojek­ tilen kann simuliert werden, wenn die Vorrichtung eine Be­ leuchtungseinrichtung mit einem enggebündelten Lichtstrahl und eine Empfangseinrichtung für das zurückgestrahlten Licht dieses Lichtstrahls aufweist. Die Flugbahn kann dann aus den übrigen Daten wie z.B. Entfernung usw. unter Berücksichtigung der Tatsache für die Simulation bestimmt werden, ob und wie der Übende das Ziel richtig oder falsch beleuchtet. Als gebündelter Lichtstrahl kann dabei zweckmäßigerweise ein Laserstrahl verwendet werden.

Ein besonders realistisches Üben ist möglich, wenn die Vor­ richtung Schaltungen zum Einstellen der Wirkung von Seiten­ wind, der Nachführgeschwindigkeit und/oder der Winkelge­ schwindigkeit des Ziels aufweist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich­ nungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Abschuß- und Lenkeinrichtung für einen gelenkten Flugkörper in Seiten­ ansicht;

Fig. 2 die möglichen Flugbahnen eines solchen Flugkörpers von oben gesehen; und

Fig. 3 die Einzelheiten der erfindungsgemäßen Simulationsvorrichtung.

In Fig. 1 ist eine Abschußeinrichtung 1 für einen Flugkörper 2 gezeigt, der eine Flugbahn 3 beschreibt. Bei 4 ist eine Ziel­ nachführeinrichtung angedeutet, mit der der Schießende ein Ziel anvisiert. Die entsprechende Verbindungslinie zum Ziel, die Visierlinie ist bei 5 angeordnet. Der Schütze muß, wenn sich das Ziel bewegt, diese Visierlinie 5 immer auf das Ziel richten.

Durch heiße Teile am Heck des Flugkörpers 2, die durch die Ab­ gase erwärmt werden, wird Infrarotstrahlung 6 abgegeben, die in einer Flugkörperortungseinrichtung 7 detektiert wird. Durch entsprechende in der Figur nicht gezeigte Rechenschaltungen wird dann die Flugbahn 3 so geändert, daß sie möglichst gut mit der Visierlinie 5 zusammenfällt. Die Darstellung der Fig. 1 reflektiert dabei noch die Tatsache, daß Flugkörper nor­ malerweise steiler abgeschossen werden, als dies der Richtung zum Ziel entspricht, um so möglichst schnell eine stabile Flugbahn zu erhalten.

In Fig. 2 ist eine mögliche Flugbahn 3 in Draufsicht gezeigt. Wenn sich der Flugkörper 2 auf einer solchen Flugbahn 3 von der Abschußeinrichtung 1 zum Ziel 23 bewegt, wird das Ziel ge­ troffen. Dabei darf der Flugkörper 2 aber nie den gestrichelt angedeuteten Toleranzkanal 8 verlassen. Verläßt er diesen Toleranzkanal 8 an einer Stelle 9, wie dies durch den Pfeil 10 angedeutet ist, so kann er nicht mehr zum Ziel 23 gelenkt werden. Der Flugkörper, der sich also auf der in Fig. 2 mit 13 bezeichneten Bahn bewegt hat, hat bei 9 sein Ende des mög­ lichen Nachführbereiches erreicht.

Mit der erfindungsgemäßen Simulationsvorrichtung soll nun das Schießen mit solchen Flugkörpern simuliert und geübt werden. Insbesondere soll dann, wenn ein Flugkörper den Toleranzkanal 8 in einer Entfernung 9 verläßt, sofort ein Signal gegeben werden, damit der Übende und auch sein Ausbilder den Fehler sofort und nicht erst dann bemerkt, wenn der hypothetische Flugkörper einige Zeit später am Ziel vorbeifliegt. Zu diesem Zweck wird die entfernungsabhängige Größe des Toleranzkanals 8 bestimmt. Der in Fig. 2 dargestellten Breite des Toleranz­ kanals 8 entspricht dabei eine ähnliche variable Höhe des Kanals, wobei der Kanal allerdings zumindestens in der Nähe des Abschußortes unsymmetrisch ist, da hier, wie erwähnt, der Flugkörper zunächst steiler abgeschossen werden muß, als dies der Richtung zum Ziel entspricht.

In Fig. 3 ist die Nachführeinrichtung 4 gezeigt, mit der der Übende über die Visierlinie 5 das Ziel 23 anvisiert. Mit dieser Visiereinrichtung 4 muß der Übende dabei das Ziel 23 verfolgen, bzw. die Visierlinie 5 nachführen. In die Visiereinrichtung kann noch über einen halbdurchlässigen Spiegel 11 mit Hilfe einer Katodenstrahlröhre 12 oder dergleichen ein Bild des simulierten Flugkörpers eingespiegelt werden, so daß dem Bild des Zieles und seiner Umgebung in der Visiereinrichtung das Bild des simulierten Flugkörpers überlagert ist.

Das Ziel weist noch einen Retroreflektor 14, z.B. einen Tripelspiegel auf.

Um den Ort des Zieles 23 zu detektieren und auszuwerten, wird das Ziel 23 mit einer Beleuchtungsquelle 15, die am Schuß­ simulator angeordnet ist, großflächig beleuchtet. Hierfür kann Laserlicht verwendet werden; eine Beleuchtung mit Weißlicht reicht aber aus. Das Bild des vom Retroreflektor 14 reflek­ tierten Lichtes der Beleuchtungseinrichtung 15 wird in einer Matrix-CCD-Kamera 16 aufgenommen und mit Hilfe einer Schaltung 17 ausgewertet, so daß der Ort des Ziels genau verfolgt werden kann. Die Entfernung zum Ziel kann zusätzlich mit einem Laser­ entfernungsmesser 18 bestimmt werden, der ebenfalls an die Auswertungsschaltung 17 angeschlossen ist. Die Visierein­ richtung 4 ist ebenfalls mit der Auswertungsschaltung 17 verbunden, so daß bei der Auswertung auch die Einstellung der Visiereinrichtung 4 bzw. der entsprechenden Zielnachführungs­ einrichtung berücksichtigt werden kann.

An die zentrale Recheneinrichtung 17 ist dann auch die Ein­ richtung zur Erzeugung des Flugkörperbildes, hier eine Kathodenstrahlröhre 12 angeschlossen, durch die das Bild des simulierten Geschosses in das Bildfeld der Visiereinrichtung 4 eingespiegelt wird.

Die Bestimmung der Flugbahn des hypothetischen Flugkörpers er­ folgt in der Schaltung 17. In einer Eingabestation 19 können noch Daten über die Art des simulierten Flugkörpers, über Seitenwind, und andere Daten eingegeben werden. Auch die Parameter des Toleranzkanals können hier eingegeben werden. Wird in der Schaltung 17 festgestellt, daß der hypothetische Flugkörper den Toleranzkanal verlassen hat, so wird sofort von der Einheit 20 ein entsprechendes Signal, z.B. ein akustisches oder optisches Signal abgegeben. Wenn das Schießen mit das Ziel selbsttätig suchenden Flugkörpern geübt werden soll, ist noch zusätzlich eine mit der Visiereinrichtung 4 gekoppelte Beleuchtungseinrichtung 21 für einen enggebündelten Strahl, z.B. einen Laserstrahl, sowie eine Empfangseinrichtung 22 für das reflektierte Licht vorgesehen. Die Visiereinrichtung 4 und damit auch die Beleuchtungseinrichtung 21 für den engge­ bündelten Strahl muß der Übende dauernd auf das Ziel 23 gerichtet halten. Tut er dies nicht, so wird dies bei 22 detektiert und an die Schaltung 17 weiterübermittelt, die daraufhin ein Signal simuliert, daß der Flugkörper sich während dieser Mißorientierung kein Ziel sucht oder ein falsches Ziel ansteuert.

Claims (11)

1. Simulationsvorrichtung für Schießübungen mit gelenkten Flugkörpern auf ein Lichtsignal aussendende Ziele, mit einer positionsauflösenden elektrooptischen Einrichtung zum Abbilden des vom Ziel ausgesandten Lichtes, mit Auswer­ tungsschaltungen für diese Abbildung, und mit einer Ziel­ nachführeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie Schaltungen (17) zum Bestimmen der Flugbahn (3, 13) eines hypothetischen Flugkörpers und der entfernungsabhängigen maximal zulässigen Abweichung (8) des Flugkörpers von der direkten Linie (5) vom Simulator zum Ziel (23) aufweist.

2. Simulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie eine Hinrichtung (20) zum Abgeben eines Signals aufweist, wenn die zulässige Abweichung über­ schritten ist.

3. Simulationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ziel mit mindestens einem Retro­ reflektor (14) versehen ist und der Simulator eine Be­ leuchtungseinrichtung (15) zum großflächigen Beleuchten des Ziels (23) aufweist.

4. Simulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrooptische Einrichtung eine Matrix-CCD-Kamera (16) aufweist.

5. Simulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (12) zum Erzeugen eines Bildes des Flugkörpers in der Visierein­ richtung (4) aufweist.

6. Simulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Entfernungsmesser (18) für die Bestimmung der Zielentfernung aufweist.

7. Simulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, für selbsttätig das Ziel suchende Flugkörper, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Beleuchtungseinrichtung (21) mit einem eng gebündelten Lichtstrahl und eine Empfangs­ einrichtung (22) für das reflektierte Licht dieses Licht­ strahles aufweist.

8. Simulationsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der eng gebündelte Lichtstrahl ein Laser­ strahl ist.

9. Simulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie Schaltungen (17, 19) zum Einstellen der Wirkung von Seitenwind aufweist.

10. Simulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie Schaltungen (17) zum Berücksichtigen der Nachführgeschwindigkeit aufweist.

11. Simulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie Schaltungen (17) zum Ermitteln und Berücksichtigen der Winkelgeschwindigkeit des Ziels aufweist.