-
Die
Erfindung betrifft ein Radarsystem und ein Waffensystem zur Abwehr
von Helikoptern.
-
Ein
Waffensystem besteht in bekannter Weise aus einer Erfassungs-, Identifikations-
und Lokalisationseinheit, bei der es sich gewöhnlich um
ein Radarsystem handelt, und aus einem oder mehreren Flugkörpern,
die gegen das lokalisierte Objekt entweder autonom oder in Zusammenwirkung
mit der Erfassungs-, Identifikations- und Lokalisationseinheit gerichtet
werden.
-
Gegenstand
der Erfindung ist ein luftgestütztes Waffensystem zur Abwehr
von Helikoptern, das imstande ist, sich dem Eindringen einer größeren
Anzahl von feindlichen Helikoptern entgegenzusetzen, die Helikopter
zu erfassen und zu identifizieren, auch wenn sie sich im stationären
Flugzustand befinden, sowie automatisch die verschiedenen Helikoptertypen
zu erkennen und gleichzeitig mehrere feindliche Helikopter abzuwehren,
während das Waffensystem aber außerhalb der Reichweite
ihrer Abwehreinrichtungen verbleibt.
-
Aufgabe
der Erfindung ist somit die Schaffung eines Waffensystems, das mit
den oben angegebenen Eigenschaften ausgestattet ist und sowohl von
geringem Gewicht als auch von geringem Kostenaufwand ist, um von
relativ kleinen Flugzeugen oder auch von Helikoptern mitgeführt
werden zu können.
-
Gegenstand
der Erfindung ist ferner ein Waffensystem, das imstande ist, mit
der Helikopterabwehr-Überwachungsfunktion zugleich die
Funktionen einer Erfassung von Bodenfahrzeugen und einer Kartographie über
ein ausgedehntes Gebiet zu erfüllen (Navigationshilfe).
-
Die
zwei wichtigsten Verfahren zur Unterscheidung eines Helikopters
von anderen Zielen bestehen bekanntlich in der Erfassung von Aufbauechos
und in der Erfassung von Flügelechos.
-
Die
Erfassung von Aufbauechos beruht darauf, daß die äquivalente
Radarfläche eines Helikopteraufbaus relativ groß ist
im Vergleich zu anderen Fluggeräten. Sie erreicht gewöhnlich
etwa 10 m2. Ein Helikopter kann also leicht
erfaßt werden, wenn er nicht verdeckt ist (Hügel,
Baumkette usw.). Sobald er erfaßt ist, kann er von anderen
Echos durch Messung seiner Geschwindigkeit unterschieden werden.
Die Geschwindigkeit liegt zwischen 0 und 80 m/s. Der Geschwindigkeitsmeßwert
bildet das einfachste Kriterium, das jedoch am wenigsten zuverlässig
ist. Ein Helikopter kann nämlich mit einem Bodenfahrzeug
verwechselt werden. Überdies ermöglicht die Anwendung
dieses Kriteriums nicht die Erfassung von Helikoptern im stationären
Flugzustand, denn ihre Bewegungsgeschwindigkeit ist dann gleich
Null.
-
Die
Erfassung von Flügelechos beruht auf der Beobachtung, daß ein
Helikopterflügel eine große äquivalente
Radarfläche aufweist, wenn sie senkrecht zur Ausbreitungsrichtung
der Radarwellen steht. Diese äquivalente Radarfläche
erreicht typischerweise Werte zwischen 20 und 100 m2 im
X-Band und bei horizontaler Polarisation.
-
Durch
die Rotordrehung bleibt der Flügel aber nicht lange in
dieser günstigen Position. Die Dauer eines Flügelechos
ist daher klein. Im X-Band liegt sie zwischen 100 und 200 μs.
-
Ein
Flügelecho tritt aber wieder auf, wenn der nächste
Flügel seinerseits senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der
Radarwellen steht. Der Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden
Flügelechos beträgt höchstens 50 ms.
-
Diese
Eigenschaften sind aus zwei Gründen von Interesse:
- – der hohe Pegel, die sehr kurze Dauer
des Flügelechos und die periodische Wiederholung dieses
Echos bei niedriger Wiederholungsfrequenz ermöglichen eine
Unterscheidung der Flügelechos von Aufbauechos;
- – die genau bestimmbare Wiederholungsperiode der Flügelechos
ist ein guter Kennwert für einen Helikoptertyp.
-
Die
Auswertung dieser Eigenschaften stellt aber hohe Anforderungen an
das Radarsystem, insbesondere was die Wellenform anbetrifft. Um
eine hohe Erfassungswahrscheinlichkeit für ein Flügelecho
zu erzielen, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein:
- a) Die Dauer der Zielbeleuchtung durch das
Radar muß größer sein als die Periode
zwischen zwei Flügelechos. Wenn diese Bedingung erfüllt
ist, ist sichergestellt, daß das Radar ein Flügelecho
erfaßt, wenn das Antennenbündel das Ziel anleuchtet.
Um auch Rotoren zu berücksichtigen, deren Perioden besonders
lang sind (Rotationsfrequenz von etwa 20 Hz), muß die Beleuchtungszeit
größer als 50 ms sein. Die Antennenverschwenkung
darf daher nicht zu schnell geschehen.
- b) Die Wiederholungsperiode für die durch das Radar
ausgesendeten Impulse (Folgeperiode) muß kleiner als die
Dauer des Flügelechos sein. Im entgegengesetzten Falle,
wenn also die gesendeten Impulse einen zu großen Abstand
haben, kann es vorkommen, daß kein reflektierender Flügel
vorhanden ist, wenn die Impulse auf dem Ziel auftreffen. Dies führt
in der Praxis zu Folgefrequenzen zwischen 10 und 15 kHz. Ein Radarsystem
dieses Typs ist aber mit Mehrdeutigkeiten für Entfernungen
behaftet, die größer als 10 km sind.
-
Wenn
vorausgesetzt wird, daß die Flügelechos einwandfrei
aufgefangen wurden, was nur unter Überwindung von Schwierigkeiten
erzielt werden kann, wie oben erläutert wurde, so bleibt
weiterhin das Problem ihrer Unterscheidung von Aufbauechos. Es handelt
sich nämlich darum, isolierte Echos zu erkennen, die bei herkömmlicher
Verarbeitung als vorübergehende Störerscheinungen
betrachtet werden, die zu unterdrücken sind. Bei herkömmlicher
Verarbeitung wird nämlich eine Dopplerfilterung pro Entfernungsquantum
mit einer Menge von aufeinanderfolgenden Wiederholungsperioden durchgeführt,
gewöhnlich durch diskrete Fouriertransformation. Aufgrund
ihres (zeitlich) punktförmigen Charakters haben die Flügelechos
eine gleichförmige spektrale Verteilung und können
daher durch eine derartige Verarbeitung nicht erkennbar gemacht
werden.
-
Das
durch die Erfindung geschaffene Radarsystem zur Erfassung von Helikoptern
zeichnet sich durch eine hohe Erfassungswahrscheinlichkeit und Erkennungswahrscheinlichkeit
für Flügelechos aus, ohne mit den oben angegebenen
Mängeln behaftet zu sein; die Erfindung beruht auf der
Aussendung einer besonderen Wellenform und auf einer besonderen
Verarbeitung auf der Empfangsseite.
-
Die
zur Abwehr von Helikoptern verwendeten Flugkörper sind
im allgemeinen für eine solche Anwendung nicht spezifisch.
-
Es
handelt sich um Boden-Luft- oder Luft-Boden-Flugkörper,
die gegen jegliche Art von Fluggerät eingesetzt werden
können. In diesem Zusammenhang kann das System "MAGIC"
(oder "MAGIC 2") genannt werden, bei dem eine Lenkung durch ein
Infrarot-Zielsuchgerät erfolgt, die Reichweite jedoch auf
10 km begrenzt ist, so daß die Dämpfung durch
die Atmosphäre zur Erfassung eines Helikopters zu groß sein
kann.
-
Weiterhin
kann das System "CROTALE" genannt werden, das mit Fernsteuerung
durch ein Verfolgungsradar arbeitet, welches eine Lenkung durch
Ausfluchtung gewährleistet. Das Radarsystem führt
die Ablagemessungen durch, jedoch wird die Präzision dieser
Messungen durch Anwendung einer großen Antenne erkauft
(im wesentlichen elliptisch mit einer Hauptachse von 1,2 m und einer
kleinen Achse von 0,6 m); eine solche Antenne ist zu groß,
um in kleine Fluggeräte integriert werden zu können.
-
Die
zur Bekämpfung von Helikoptern in Betracht zu ziehenden
Flugkörper liegen im allgemeinen in einer Klasse, die niedriger
liegt als die beiden Obengenannten. Der Flugkörper "MISTRAL",
der mit Infrarotlenkung arbeitet, ist ein gutes Beispiel. Ein solcher
Flugkörper ist aber mit dem Mangel behaftet, daß er
eine sehr kleine Reichweite besitzt (6 km). Dies setzt eine Annäherung
an das Ziel voraus, was mit einer entsprechenden Gefährdung
verbunden ist.
-
Im
Gegensatz zu dem letztgenannten Beispiel ist ein Flugkörper
vom Typ "MICA" für alle Fälle geeignet. Die Lenkung
erfolgt in zwei Phasen: erste Phase durch Trägheitssteuerung
mit Neufestlegung durch das Radarsystem und zweite Phase mit elektromagnetischem
Zielsuchgerät. Ein solcher Flugkörper ist aber
für die hier betrachtete Art von Zielen zu komplex und
zu teuer.
-
Gegenstand
der Erfindung ist ferner ein Lenksystem für Flugkörper,
welches von den oben angegebenen Mängeln frei ist und in
einer Phase der Verfolgung durch das Radarsystem die Vorteile ausnutzt,
welche sich durch das oben beschriebene Verfahren zum Auffangen
und zum Erkennen von Flügelechos ergeben.
-
Im übrigen
ist der Erfindungsgegenstand in den Patentansprüchen angegeben.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der Erfindung und
aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine
Signalform für die bei dem erfindungsgemäßen
Radar gesendete Welle;
-
2 ein
Blockschema, aus dem das Prinzip der empfangsseitigen Verarbeitung
bei einem erfindungsgemäßen Radarsystem hervorgeht;
-
3a, 3b und 3c Diagramme,
welche die Eigenschaften des Phasencodes darstellen, der bei einem
erfindungsgemäßen Radarsystem verwendet wird;
-
4a und 4b das
Prinzip der Lenkung eines Flugkörpers bei einem erfindungsgemäßen
Alarmsystem; und
-
5 ein
Gesamtschema eines erfindungsgemäßen Radarsystems.
-
Die
gesendete Welle ist quasikontinuierlich und phasencodiert. Sie ist
zusammengesetzt aus einem Grundmotiv, welches ohne Diskontinuität
wiederholt wird. Das Basismotiv ist eine Aufeinanderfolge von Impulsen.
Alle gesendeten Impulse haben dieselbe Frequenz, jedoch ändert
sich ihre Anfangsphase. Die Phasenänderung von einem Impuls
zum nächsten folgt einem quadratischen Gesetz. Es handelt
sich um einen Polyphasencode, der unter der Bezeichnung P4 bekannt
ist und in folgender Veröffentlichung beschrieben wurde: "Doppler
Properties of Polyphase Pulse Compression Waveforms" von MM. F.
F. KRETSCHMER, JR. und B. L. LEWIS, Naval Research Laboratory (IEEE
Transactions an Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-19, Nr.
4, Juli 1983).
-
Die
Signalform ist in 1 dargestellt. Auf jeden Sendeimpuls
folgt eine kurze Empfangsperiode. Der Formfaktor (Verhältnis
zwischen Sendedauer und der Dauer für Senden + Empfang)
ist sehr groß und kann unter Umständen 50% betragen.
-
In
Abhängigkeit von den gewählten Parametern kann
eine solche Signalform nach Verarbeitung mit Geschwindigkeitsmehrdeutigkeit
oder Entfernungsmehrdeutigkeit oder auch mit Geschwindigkeits- und
Entfernungsmehrdeutigkeit behaftet sein.
-
Die
verschiedenen Fälle entsprechen dem, was vereinbarungsgemäß als
Wellenform mit niedriger Wiederholungsfrequenz (BFR), hoher Wiederholungsfrequenz
(HFR) oder mittlerer Wiederholungsfrequenz (MFR) bezeichnet wird,
wobei die (scheinbare) Wiederholungsfrequenz die Wiederholungsfrequenz
für das Basismotiv ist.
-
Es
wird folgendes Bemessungsbeispiel betrachtet:
| Verhackungsfrequenz
(Wiederholungsfrequenz der kurzen Impulse: | Fd = 1 MHz |
| Formfaktor: | f
= 0,5 |
| Dauer
der kurzen Impulse: | t
= 500 ns |
| Anzahl
von Codemomenten: | N
= 250 |
| Folgefrequenz
(Wiederholungsfrequenz | |
| des
Basismotivs): | Fr
= 4 kHz |
-
Die
Folgefrequenz bestimmt die Entfernungs- und Geschwindig keitsmehrdeutigkeiten.
Bei dem oben angegebenen Beispiel betragen sie 37,5 km bzw. ± 31
m/s (im X-Band) oder ± 18 m/s (im Ku-Band).
-
Dieses
Beispiel entspricht einer typischen BFR-Welle.
-
Es
ermöglicht die Sichtdarstellung des Bodenbereiches über
eine Ausdehnung von 37,5 km und die Erfassung beweglicher Ziele
am Boden innerhalb dieses Gebietes.
-
Diese
Wellenform weist hingegen einen Hauptvorteil gegenüber
den BFR-Wellen auf: da die gesendete Welle quasikontinuierlich ist,
ist die Auffangwahrscheinlichkeit für ein Flügelecho
hoch.
-
Über
die Sichtdarstellung des Bodenbereiches hinaus erfaßt das
Radarsystem auch Helikopter ohne Mehrdeutigkeit innerhalb des Entfernungsbereiches.
-
Nach
der in 2 wiedergegebenen Ubersicht umfaßt die
Verarbeitung des Empfangssignals zwei Hauptteile:
einen gemeinsamen
Abschnitt, welcher eine angepaßte Filterung des Sendecodes
durchführt (digitale Pulskompression);
drei parallele
Kanäle, die den drei folgenden Funktionen entsprechen:
Verarbeitung
zur Identifikation von Helikoptern;
Verarbeitung zur Erfassung
von Bewegtechos;
Darstellung des Bodengebietes (Kartographie
in unmittelbarer Strahldarstellung oder durch Ablagemessung verfeinerter
Darstellung).
-
Die
Pulskompression beginnt mit einer Demodulation des empfangenen Signals
durch das gesendete Signal. Sie ergibt für jedes Echo eine
Schwebungsfrequenz, die proportional zu sei ner Entfernung ist. Wenn – wie
weiter unter gezeigt wird – der Phasencode und die Abtastfrequenz
geeignet gewählt sind, so ist die Schwebungsfrequenz konstant
und ohne jegliche Phasenunterbrechung während der ganzen
Anstrahlzeit für das Radarecho.
-
Eine
FFT-Verarbeitung (schnelle Fouriertransformation) über
N Punkte führt dann zur Ableitung des Schwebungsfrequenzwertes,
wobei das Signal kohärent integriert wird.
-
Im
Anschluß an diese FFT-Verarbeitung wird das Signal auf
die drei vorstehend angegebenen Verarbeitungskanäle aufgeteilt.
-
Die
einfachste Verarbeitung besteht in der Kartographie durch unmittelbare
Strahldarstellung. Für jedes Echo wird der Betrag berechnet,
und eine Darstellung vom Typ "PPI" ("Panoramic Plan Indication")
wird an ein Anzeigesystem vom Fernsehtyp oder dergleichen abgegeben.
-
Die
beiden anderen Kanäle haben einen gemeinsamen Abschnitt,
der darin besteht, die FFT des Empfangssignals in jedem Entfernungsfenster
während einer bestimmten Anzahl "n" von Folgeperioden zu
berechnen. Es entsteht ein Spektrum, worin die Mobilechos von Festechos
unterscheidbar sind, aber auch von anderen Bewegtechos (die unter
den allgemeinen Begriff von Aufbauechos fallen).
-
Nach
Unterdrückung von Signalanteilen, die diskrete Frequenzwerte
aufweisen, werden die Flügelechos durch eine besondere
Verarbeitung herausgelöst, die darin besteht, eine inverse
FFT durchzuführen, was weiter unten im einzelnen beschrieben
wird.
-
Es
wird nun der gesendete Phasencode näher beschrieben.
-
Die
Erfindung wird anhand einer bevorzugten Anwendung beschrieben, bei
der quadratische Polyphasencodes verwendet werden; es kann aber
auch eine lineare Frequenzmodulation stattfinden.
-
Die 3a zeigt
als Beispiel ein Zeitdiagramm für eine Sendeimpulsfolge,
deren Impulse mit 20 bis 26 bezeichnet sind und
die durch Wiederholung einer Folge von N = 6 Impulsen 20 bis 25 entsteht,
deren Phasen ψo bis ψ5 nach einem quadratischen
Gesetz variieren. Der Zeitabstand zwischen den Anstiegsflanken von zwei
aufeinanderfolgenden Impulsen der Dauer τ ist gleich Td
= 3τ, und die Dauer einer Impulsserie ist gleich T = NTd.
-
Die 3b zeigt
ein Zeitdiagramm der Impulse 30 bis 35, die von
einem Objekt ansprechend auf die Sendeimpulse 20 bis 25 empfangen
werden, wobei dieselben Zeitursprünge wie in 3a gelten.
Diese Folge von Impulsen 30 bis 35 ist um eine
Zeitspanne Tr = NrTd + Dr gegenüber der Folge von Sendeimpulsen 20 bis 25 verzögert.
In diesen beiden Diagrammen ist Nr = 2 und Dr = Td/2 gewählt.
-
Die
Impulse 28 und 29, die vor dem Impuls 30 empfangen
werden, entsprechen der Reihe von Impulsen, die vor dem Impuls 20 gesendet
wurden, und sind mit einer selben Verzögerung Tr gegenüber
den ursprünglichen Impulsen behaftet.
-
Wenn
die Impulse des Diagramms in 3b durch
ein Filter gefiltert werden, welches an einen Rechteckimpuls der
Dauer τ angepaßt ist, erhält man die
Dreiecksignale 38 bis 45 nach 3c,
deren Maximum mit der Abfallflanke der empfangenen Impulse zusammenfällt.
Mehrere Entfernungsfenster können definiert werden, indem
mehrere Abtastzeitpunkte während der Wiederholungsperiode
verwendet werden, die zwei Sendeperioden trennt. Mit φo
bis φ5 werden die Phasen der Empfangssignale bezeichnet,
die nach Aussendung von Impulsen mit der Phase ψo bis ψ5
empfangen werden, und es gilt: φo = ψ4, φ1
= ψ5, φ2 = ψo, φ3 = ψ1, φ4
= ψ2 und φ5 = ψ3, d. h. es gilt allgemein: φ(i) = ψ(i – Nr + N) (1) für
i von 0 bis Nr und φ(i) = ψ(i – Nr) (2)für
i von Nr + 1 bis N – 1.
-
Durch
Subtrahieren der Sendephasen ψ(i) von den Empfangsphasen φ(i)
kann eine Phasendifferenz gewonnen werden, die von dem quadratischen
Term des Phasengesetzes nicht mehr abhängt, also von i2, sondern von einem linearen Kern abhängt,
der proportional zu iNr ist; eine diskrete Fouriertransformation
liefert dann den Wert von Nr und folglich einen Meßwert
für die Entfernung.
-
Damit
dies gelingt, müssen besondere quadratische Phasencodes
gewählt werden, die in folgender Weise aus einem beliebigen
quadratischen Phasencodegesetz bestimmt werden: ψ(i)
= 2π(ai2 + bi) für
i = 0, N – 1
-
Der
Fall 2aN = 1 und b = 1/2 führt zu einem Code, dessen Gesetz
folgendes ist: ψ(i) = πN i2 – πifür
i = 0, N – 1
-
Dies
ist der Code P4, der in den bereits genannten Artikeln der Revue
IEEE Transactions an Aerospace and Electronic Systems definiert
ist.
-
Allgemein
kann ein Code folgender Form ψ(i) = πN (ixα)2 – π(i – α)für
i = 0, N – 1
mit beliebigem Wert α verwendet
werden.
-
Die
Demodulation des Empfangssignals durch das Sendesignal gemäß der
obigen Beschreibung (2) zu Beginn der Impulskompression
besteht also darin, für jedes Entfernungsquantum die Phasendrehung φ(i) – ψ(i)
durchzuführen. Auf diese Phasendrehung folgt eine Fouriertransformation über
N Punkte, womit die Impulskompression endet.
-
Es
wird nun die Verarbeitung näher beschrieben, welche die
Herauslösung von Flügelechos, also die Identifikation
von Helikoptern, ermöglicht.
-
Wie
bereits oben angegeben wurde, ist die TFD(oder FFT)-Verarbeitung
für die Erfassung von Flügelechos völlig
ungeeignet. Um zu dem Ursprungssignal im Zeitgebiet zurückzukehren
und die Überlagerung mit starken Bodenechos und herkömmlichen
Bewegtechos zu vermeiden, wird die inverse TFD-Transformation ausgehend
von den Ausgangssignalen der ersten TFD-Operation durchgeführt,
nachdem die Ausgangssignale gesperrt wurden, welche den Bodenechos
und Aufbauechos vom Helikopter entsprechen, also alle Echos, die
frequenzmäßig punktförmig oder quasipunktförmig
sind.
-
Indem
die entsprechenden Abtastproben zuvor auf Null gesetzt werden, kann
eine neue Zeitfunktion erhalten werden, worin die zeitlich kontinuierlichen
oder quasikontinuierlichen Signale verschwunden sind, so daß Impulssignale
wie Flügelechos in Erscheinung treten, die andernfalls
von den herkömmlichen Radarechos verdeckt würden.
-
Unter
Bezugnahme auf 4 wird nun das Prinzip
der Lenkung eines Flugkörpers beschrieben. Der Flugkörper
wird in zwei aufeinanderfolgenden Phasen gelenkt:
- – erste
Phase: Lenkung durch das Radarsystem in der Horizontalenebene mittels
Fernsteuerbefehlen und Lenkung durch einen Höhenmesser
in der Vertikalebene bei konstanter Höhe;
- – zweite Phase: Lenkung in beiden Ebenen mittels eines
Zielsuchgeräts, das mit Abbildungstechnik im Infrarotbereich
oder Millimeterwellenbereich arbeitet. Das Zielsuchgerät
gewährleistet ein Auftreffen auf dem Ziel und ist imstande,
mehrere Ziele zu unterscheiden.
-
Diese
beiden Phasen sind in den 4a und 4b für
die Vertikalebene und für die Horizontalebene veranschaulicht.
-
Die
Einrichtungen zur Lenkung des Flugkörpers sind:
- – ein Zielsuchgerät, das
im Infrarotbereich oder Millimeterwellenbereich arbeitet;
- – ein Fernsteuerungs-Empfänger/Antwortsender;
- – ein Höhenmesser;
- – ein Gyrometer zur Stabilisierung des Rollwinkels,
-
Diese
Elemente sind bekannt.
-
Der
Empfänger/Antwortsender wird zur Lenkung in der Horizontalebene
während der ersten Flugphase verwendet. Er ermöglicht
die Lokalisierung des Flugkörpers durch das Radarsystem
und den Empfang von Fernsteuerbefehlen.
-
Er
empfängt Lokalisierungsimpulse vom Radarsystem, verzögert
sie und verstärkt sie, um sie zu dem Radar zurückzusenden.
-
Unmittelbar
anschließend sendet das Radarsystem einen Fernsteuer-Sollwertbefehl,
den der Empfänger empfängt und decodiert.
-
Die
Fernsteuerbefehle können eine Amplituden-, Phasen- oder
Frequenzcodierung aufweisen. Besonders geeignet ist die FSK-Codierung
(Frequency Shift Keying). Auf diese Weise können mehrere
Radarsysteme mehrere Flugkörper gleichzeitig ohne Gefahr
von Wechselwirkungen leiten.
-
Der
Flugkörper verfügt über eine Sende/Empfangs-Antenne,
die nach hinten orientiert ist, mit möglichst schwachen
nach vorne gerichteten Nebenzipfeln, um Störungen zu verhindern.
-
Der
Höhenmesser gewährleistet die Lenkung des Flugkörpers
in der Vertikalebene während der Anfangsphase des Fluges.
Die Höhe wird durch das Radarsystem vor dem Abschuß so
vorgege ben, daß der Flugkörper deutlich oberhalb
des Zieles fliegt. Auf diese Weise wird ein Auftreffen auf dem Ziel
von oben gewährleistet.
-
Der
Höhenmesser ist von bekannter Art. Er kann mit Impulsen
oder Dauerstrichsignal arbeiten.
-
Da
die Lenkung in den beiden Ebenen völlig ohne Kopplung stattfindet,
wird die Stabilisierung des Rollwinkels durch ein Gyroskop gewährleistet.
-
Für
das Zielsuchgerät sind zwei Fälle zu unterscheiden,
je nachdem, ob es im Infrarotbereich oder Millimeterwellenbereich
arbeitet. Im Falle des Infrarotbereiches besteht die Spitze des
Flugkörpers aus einer "IR-Kuppel", die ein mit Abbildungstechnik
arbeitendes Infrarot-Zielsuchgerät enthält. Dieses
gewährleistet die zweite Phase der Lenkung und den Aufprall.
-
Das
Winkelfeld des Zielsuchgeräts ist so ausgelegt, daß es
sich im Verlauf des Fluges an das Ziel anhängen kann, ausgehend
von den Informationen, die das Radarsystem liefert.
-
Seine
Winkelauflösung reicht -aus, um nahe beieinandergelegene
Ziele zu unterscheiden. Die Auswahl eines Zieles erfolgt in Abhängigkeit
von Angaben, die zuvor von dem Radarsystem übertragen werden.
-
Das
Anhängen an ein Ziel erfolgt bei ausreichender Annäherung
an dieses, damit die atmosphärische Dämpfung vernachlässigbar
wird, selbst unter ungünstigsten Bedingungen für
die Ausbreitung von Infrarotwellen.
-
Da
das Anhängen an einen Helikopter von oben erfolgt, ist
die Infrarot-Signatur hoch (Aussendung von den Rohrleitungen der
Antriebsmotore).
-
Im
Falle des Millimeterwellenbereiches gelten dieselben Ausführungen
wie zuvor, und es können zwei gleichwertige Techniken Anwendung
finden.
-
Es
können zwei Typen von Radar in Betracht gezogen werden,
je nach der Antenne, über die sie verfügen.
-
Radarsysteme
mit mechanischer Antenne haben ein relativ unbewegliches Strahlungsbündel,
so daß die Zielverfolgung kontinuierlich erfolgen muß.
Hierdurch wird die Mehrziel-Kapazität auf Echos eingeschränkt, die
in demselben Antennenbündel liegen. Im Falle eines Helikopterangriffes
ist es wahrscheinlich, daß diese Konfiguration realistisch
ist. Das Radarsystem kann dann mehrere Ziele verfolgen (beispielsweise
zehn Ziele).
-
Auch
der Flugkörper muß sich innerhalb des Bündels
befinden, wodurch eine Lenkungsfunktion mit Ausfluchtung notwendig
ist. Der zweite Antennentyp ist ein solcher mit elektronischer Verschwenkung
wenigstens in der Horizontalebene. In diesem Falle können
mehrere verstreute Ziele gleichzeitig verfolgt werden, und mehrere
Flugkörper können gegen das Ziel gelenkt werden.
-
Der
Flugkörper kann mit Ausfluchtung oder Proportionalnavigation
gelenkt werden. Letzteres Verfahren weist den Vorteil auf, daß eine
vollständige Entkopplung zwischen Flugkörper und
abfeuerndem Gerät stattfindet. Im Gegensatz zu einer Lenkung
mit Ausfluchtung hat eine Ausweichbewegung des abfeuernden Geräts
keinerlei Auswirkung auf die Flugbahn des Flugkörpers.
-
Wie
in 5 gezeigt ist, die dem Fall eines TOP-Radarsenders
entspricht, besteht das Radarsystem aus folgenden Untergruppen:
- – Antennengruppe;
- – Sender;
- – Steuerung/Empfänger;
- – Signalverarbeitung.
-
Im
Falle einer aktiven Antenne sind die meisten Untergruppen dieselben
wie im Falle des TWT-Empfängers. Die Antennengruppe wäre
unterschiedlich, und der Sender entfällt.
-
Die
Antennengruppe umfaßt die Antenne, die Servomechanismen
und den Mikrowellenempfänger.
-
Im
Falle eines Radarsystems, das in der vorderen Spitze eines Flugzeugs
oder eines Helikopters angeordnet ist, wird eine einzige Antenne
verwendet, die in Höhenwinkel und Seitenwinkel (und ggf.
Rollwinkel) nachgeführt wird, um einen begrenzten Sektor
auf der Vorderseite des Gerätes zu beleuchten. Anstelle
einer geregelten Nachführung kann auch eine elektronische
Verschwenkung verwendet werden.
-
Wenn
das Radarsystem Teil einer modularen Baugruppe ist, kann es über
eine nach vorne orientierte Antenne und eine nach hinten orientierte
Antenne verfügen. Jede Antenne überdeckt 180° in
der Horizontalebene. Auf diese Weise werden 360° überdeckt.
Das Flugzeug kann eine große Ausweichbewegung ausführen und
dennoch die Zielverfolgung mittels des Radars fortsetzen.
-
Die
Antenne gibt drei Monopuls-Empfangskanäle ab: Summenkanal,
Seitenwinkel-Differenzkanal (Horizontalebene) und Höhenwinkel-Differenzkanal
(Vertikalebene).
-
Die
Technik zur Verwirklichung der Antenne ist beliebig. Es kann sich
um eine Cassegrain-Antenne, eine Schlitzantenne oder eine Antenne
mit Parabolreflektor handeln.
-
Der
Mikrowellenempfänger gewährleistet die Funktionen
einer Begrenzung (Schutz der Empfangskanäle), der rauscharmen
Vorverstärkung (welche den Rauschfaktor der Verstärkerkette
bestimmt) und der Umsetzung in die Zwischenfrequenz.
-
Der
Mikrowellenempfänger kann zwei oder drei oder auch vier
Empfangskanäle aufweisen.
-
Falls
er nur über zwei Kanäle verfügt, ist
der eine der Summenkanal. Der andere Kanal wird abwechselnd dem
Seitenwinkel-Differenzkanal und dem Höhenwinkel-Differenzkanal
zugewiesen. Die Seitenwinkel- und Höhenwinkel-Ablagemeßwerte
werden zu verschiedenen Zeitpunkten ausgegeben.
-
Um
eine gültige Information für die Horizontalebene
(oder für die Vertikalebene) auszugeben, muß das Radarsystem
die Rollbewegungen des Trägerflugzeugs kompensieren. Wenn
die Ablagemeßwerte für Seitenwinkel und Höhenwinkel
nicht gleichzeitig verfügbar sind, kann das Radarsystem
keine elektronische Kompensation (d. h. durch Berechnung) des Rollwinkels
durchführen. Die einzige Lösung ist dann eine
mechanische Kompensation mit einer zusätzlichen Nachführungsachse.
-
Wenn
das Radarsystem über drei Kanäle verfügt,
sind beide Differenzkanäle gleichzeitig verwirklicht.
-
Wenn
das Radarsystem über vier Kanäle verfügt,
kann ein Kanal der Verarbeitung von Störquellen (Hilfskanal)
zugewiesen werden.
-
Der
Empfänger empfängt von dem Pilotoszillator das
zu verstärkende Signal. Es wird ein Verstärker mit
einer Wanderwellenröhre verwendet, die eine Schraubenelektrode
aufweist und über das Gitter moduliert werden kann. Die
Modulatoren müssen besonders sorgfältig ausgeführt
werden, um die Impulsanstiegs- und Abfallzeit zu minimieren. Anstelle
einer solchen Röhre kann aber auch ein beliebiger Leistungsverstarker
verwendet werden, der mit einem hohen Formfaktor arbeiten kann.
-
Der
Pilotoszillator liefert dem Radarsystem alle benötigten
Frequenzen. Insbesondere erzeugt er die Sendewelle, den Phasencode
und das frequenzcodierte (FSK-Code) Fernsteuersignal für
den Flugkörper.
-
Der
Zwischenfrequenz-Empfangsteil enthält ebenso viele Empfangskanäle
wie der Mikrowellenempfänger.
-
Die
Empfangskanäle sind linear, besitzen eine hohe Dynamik
und arbeiten mit angepaßter Filterung.
-
Die
Empfangsfunktion endet mit einer Demodulation im Basisband auf den
zwei in Phasenquadratur vorliegenden Kanälen (Kanal I und
Kanal Q). Das Signal wird schließlich abgetastet und in
den Digitalbereich umgesetzt, um der Verarbeitung zugeführt
zu werden.
-
Die
Verarbeitung des digitalisierten Signals umfaßt alle Verarbeitungsoperationen
mit hohem Durchsatz:
Impulskompression;
Dopplerverarbeitung;
Detektion
und Herauslösen von Helikopter-Flügelechos;
Detektion
und Herauslösung von Bewegtzielgruppen;
Berechnung
der Ablagemeßwerte;
Verarbeitung für die
Radar-Kartographie.
-
Die
Informationsverarbeitung umfaßt die Rechenoperationen mit
niedrigem Durchsatz:
Verfolgung;
Identifikation der Helikoptertypen;
Berechnung
der Zielparameter;
Berechnung der Lenk-Sollwerte.
-
Ferner
werden folgende Aufgaben erfüllt:
Verwaltung der Radar-Busleitung;
Schnittstelle
mit der Flugzeug-Busleitung (und mit den Flugkörpern),
wobei diese Busleitungen einen Informationsaustausch zwischen den
Untergruppen des Radarsystems, dem Flugzeug oder den Flugkörpern
ermögichen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - "Doppler Properties
of Polyphase Pulse Compression Waveforms" von MM. F. F. KRETSCHMER,
JR. und B. L. LEWIS, Naval Research Laboratory (IEEE Transactions
an Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-19, Nr. 4, Juli 1983) [0028]