DE4117873A1 - Sensoreinrichtung zur ausloesung eines wirkkoerpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Sensoreinrichtung ist aus der EP 03 75 872 A1 als seismischer Wecksensor mit einer Ansprechschwelle bekannt, die in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen am Einsatzort, insbes. von der Beschaffenheit des Untergrundes, eingestellt wird, um einerseits eine zu hohe Fehler-Signalrate zu vermeiden und andererseits doch eine reproduzierbare Empfindlichkeit gegen spezifische Ziele bzw. Zielobjekte sicherstellen zu können.

Insbesondere bezieht die Erfindung sich auf eine Sensoreinrichtung für eine Landmine mit Submunitions- Wirkmechanismus gemäß der GB 21 74 482 A. Bei ihr initiiert der Wecksensor das Abheben des Wirkkörpers aus einem stationär zurückbleibenden Startgerät, woraufhin der Wirkkörper am Fallschirm hängend wieder ins Zielgebiet absteigt und dieses mit einem Suchzünder-Sensor spiralförmig-einengend absucht. Bei Erfassen des zu bekämpfenden Zieles wird vom Suchzünder der Gefechtskopf mit projektbildender Hohlladungs-Einlage in Richtung auf das Ziel bzw. Zielobjekt ausgelöst. Problematisch kann allerdings sein, daß für die Kinematik ab Ansprechen des Wecksensors, also für den Aufstieg aus dem Startgerät und für den gebremsten rotierenden Abstieg ins Zielgebiet eine nicht beliebig verkürzbare Zeitspanne verstreicht, so daß keine Wirkung im Zielobjekt erzielbar ist, wenn dieses bspw. nur die Peripherie des Erfassungsbereiches des Wecksensors berührt und sich bereits wieder aus dem vom Wirkkörper erfaßbaren Bereich entfernt hat, wenn der Wirkkörper nach Durchgang seines Apogäums schließlich wieder mit eingeschaltetem Suchzünder ins Zielgebiet absteigt. Deshalb sollte das Abheben aus dem Startgerät überhaupt nur initiiert werden, wenn die Geschwindigkeit und die Richtung der Zielbewegung so orientiert sind, daß der Suchzylinder-Wirkkörper bei seinem Abstieg dieses Zielobjekt auch tatsächlich in seinem Wirkbereich, möglichst in dessen Zentrum, erfassen wird. Dagegen soll der Wirkkörper in seiner Funktionsbereitschaft verharren, wenn die Wahrscheinlichkeit zu gering ist, daß das vom Wecksensor erfaßte Zielobjekt aufgrund seiner Bewegungsvektoren auch tatsächlich erfolgversprechend abgewehrt werden kann.

Dabei ist jedoch problematisch, daß der bspw. von Hand oder mittels eines Werfers verbrachte Wirkkörper sich schon aus Tarnungsgründen nicht zu hoch über den Untergrund erhebt, so daß bereits niedrige Bodenwellen oder Bewuchs in der Umgebung die direkte Sicht zum sich annähernden Zielobjekt unterbindet. Zugleich wäre anzustreben, die einzelnen Wirkkörper eines Minenfeldes miteinander kommunizieren zu lassen, so daß auch bei Ansprechen mehrerer Wecksensoren nur dort der Abwehrmechanismus initiiert wird, wo aufgrund der relativen Position zur momentanen Zielbewegung die größte Erfolgsaussicht für die Zielaquisition in der Abstiegsphase des Wirkkörpers gegeben ist. Schließlich kann es für die Optimierung des Wirkkörper-Einsatzes noch von Interesse sein, nicht nur die radiale Entfernung und Geschwindigkeit des sich annähernden Zieles zu erfassen, sondern auch die Richtung zum erfaßten Zielobjekt, um daraus bspw. eine Kommandoübergabe an eine günstiger positionierte Mine ableiten zu können, ohne des apparativen Aufwands für ein Laser-Retromodulatorsystem zu bedürfen, wie es aus der DE 36 25 334 C2 bekannt ist.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten und zu eröffnenden Möglichkeiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung gattungsgemäßer Art derart auszulegen, daß sie auch ohne Sichtverbindung zum Ziel mit einfachen apparativen Mitteln wenigstens die Entfernung und die Geschwindigkeit eines sich annähernden Zielobjektes erfassen kann, um so die Grundlage zu bilden für die Optimierung des Einsatzes insbes. eines Wirkkörpers auf Basis der Suchzünder-Submunition.

Diese Aufgabe wird bei einer Sensoreinrichtung gattungsgemäßer Art dadurch gelöst, daß sie gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 ausgelegt ist. Bevorzugte Abwandlungen und Weiterbildungen dieser erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung weist den Vorteil auf, daß mit ihr bei relativ geringer Gesamtbauhöhe, d. h. Anbringung der mindestens einen Antenne über Grund, vergleichsweise präzise Zielinformationen bezüglich Zielentfernung und Zielgeschwindigkeit bzw. gegebenenfalls auch bezüglich Geschwindigkeitsrichtung des zu bekämpfenden Zieles für das Kriterium der Auslösung des Wirkkörpers gewinnbar sind.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch in einer Blockdarstellung verdeutlichten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung zur Auslösung eines Wirkkörpers. Die Figur zeigt in einem Block die nach dem Prinzip eines Puls- Doppler-Radars arbeitende Sensoreinrichtung 10, die mit einem Wecksensor 12 verbunden ist, was durch den Pfeil 14 angedeutet ist. Bei dem Wecksensor 12 handelt es sich um einen akustischen und/oder um einen auf seismische Signale ansprechenden Sensor.

Die Sensoreinrichtung 10 weist einen Sender 16 und einen Empfänger 18 auf, wobei der Sender 16 zur Erzeugung eines pulsmodulierten Sendesignals einen Pulsmodulator und einen kohärenten Oszillator aufweist. Der Sender 16 und der Empfänger 18 sind über einen Empfängerschutzschalter 20 entkoppelt. Die mindestens eine Antenne ist mit der Bezugsziffer 22 bezeichnet. Bei ihr handelt es sich bspw. um eine horizontal polarisierte Yagi-Antenne oder um eine Stabantenne. Die Antenne 22 dient im zeichnerisch dargestellten Beispiel sowohl als Sendeantenne als auch als Empfangsantenne. Es ist jedoch auch möglich, dem Sender 16 und dem Empfänger 18 jeweils eine eigene Antenne zuzuordnen.

Der Empfänger 18 weist einen ersten Empfängermischer 24 mit einem ersten Eingang 26, einem zweiten Eingang 28 sowie einem Zwischenfrequenzsignalausgang 30 sowie einen zweiten Empfängermischer 32 mit einem ersten Eingang 34, einem zweiten Eingang 36 und einem Ausgang 38 auf.

Der Empfängerschutzschalter 20 ist mit dem ersten Eingang 26 des ersten Empfängermischers 24 über ein Bandpaßfilter und einen rauscharmen Vorverstärker 42 verbunden. Der zweite Eingang 28 des ersten Empfängermischers 24 ist mit einem Rückmischsignalausgang 44 des Senders 16 verbunden. Der Zwischenfrequenzsignalausgang 30 des ersten Empfängermischers 24 ist über ein Tiefpaßfilter 46 und einen Verstärker 48 mit dem ersten Eingang 34 des zweiten Empfängermischers 32 verbunden. Der zweite Eingang 36 des zweiten Empfängermischers 32, bei dem es sich um einen bipolare Videosignale erzeugenden Quadraturdetektor handeln kann, ist mit einem Zwischenfrequenzsignalausgang 50 des Senders 16 verbunden.

Der Ausgang 38 des zweiten Empfängermischers 32 ist über einen Videoverstärker 52 und ein A/D-Wandlersystem 54 mit einem Signalprozessor 56 verbunden.

Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 10 eignet sich als Minensensor gegen Boden- und Luftziele, der in niedriger Höhe zur Bestimmung der radialen Zielentfernung und der radialen Zielgeschwindigkeit funktioniert. Hierbei kann zu dem zu bekämpfenden Ziel Sichtverbindung gegeben sein; diese ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Optional kann auch die Zielrichtung in Azimut und Elevation bestimmt werden. Die Sensoreinrichtung 10 arbeitet nach dem Prinzip eines Puls-Doppler-Radars mit einer Frequenz im HF-, VHF-, UHF- oder Mikrowellen-Bereich. Wie bereits erwähnt worden ist, ist zur Bestimmung der Zielentfernung und der Zielgeschwindigkeit mindestens eine Antenne 22 erforderlich. Soll außerdem auch die Zielrichtung bestimmt werden, so sind mindestens drei Antennen 22 erforderlich.

Mittels des erwähnten Pulsmodulators und kohärenten Oszillators des Senders 16 wird bei einem Ausführungsbeispiel der Sensoreinrichtung 10 ein pulsmoduliertes Sendesignal mit einer Frequenz von 1000 MHz erzeugt. Die Sendeimpulse werden über eine Richt- oder Rundstrahlantenne 22 abgestrahlt. Der Sender 16 und der Empfänger 18 sind während der Aussendung der Sendeimpulse über den Empfängerschutzschalter 20 entkoppelt.

Das Echosignal, das vom umliegenden Bodenclutter und von möglichen Zielen reflektiert wird, gelangt über die mindestens eine Antenne 22 in den Empfänger 18. Dort wird das Empfangssignal zunächst bandpaßgefiltert (bei 40) und durchläuft dann einen rauscharmen Vorverstärker 42 mit einer Mittenfrequenz von 1000 MHz.

Im nachfolgenden Empfängermischer 24 wird das Signal kohärent mit einem Rückmischsignal (bei 44 bzw. 28) von 880 MHz auf eine Zwischenfrequenz von 120 MHz am Ausgang 30 umgesetzt.

Da alle Sende- und Empfangsoszillatoren auf eine gemeinsame 10 MHz-Referenzquelle phasenstarr angebunden sind, ist das gesamte System kohärent.

Das Zwischenfrequenzsignal von 120 MHz am Ausgang 30 des ersten Empfängermischers 24 wird in einem nachfolgenden Verstärker 48 auf den erforderlichen Signalpegel angehoben und mittels des Tiefpaßfilters 46, das eine Grenzfrequenz von 200 MHz besitzt, tiefpaßgefiltert. Dieses am ersten Eingang 34 anstehende Zwischenfrequenzsignal von 120 MHz wird im zweiten Empfängermischer 32 mit einem Signal von 120 MHz gemischt, das am Zwischenfrequenzsignalausgang 50 des Senders 16 ansteht. Im zweiten Empfängermischer 32 wird ein bipolares Videosignal erzeugt, das am Ausgang 38 des zweiten Empfängermischers 32 ansteht. Je nach Ausführung der Sensoreinrichtung 10 ist das Signal am Ausgang 38 entweder einkanalig oder zweikanalig, bestehend aus den Bestandteilen Inphasesignal und Quadratursignal.

Das Signal am Ausgang 38 des zweiten Empfängermischers 32 wird mittels eines Videoverstärkers 52 auf den erforderlichen Signalpegel gebracht und einem A/D-Wandlersystem 54 zugeführt. Dieses Analog-Digital-Wandlersystem besteht aus ein bis zwei schnellen Analog-Digital-Wandlern. Die Abtastfrequenz ist auf die Pulsdauer ausgelegt. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt die Abtastfrequenz entsprechend der Pulsdauer von 50 ns minimal 20 MHz.

Das digitalisierte Empfangssignal wird in dem nachgeschalteten Signalprozessor 56 weiter verarbeitet.

Beim Einsatz der Sensoreinrichtung 10 in einem intelligenten Minensystem ist die Sensoreinrichtung 10 zunächst passiv. Sie wird durch einen einfach ausgebildeten Wecksensor 12, bei dem es sich z. B. um einen Akustiksensor oder um einen Seismiksensor handelt, aktiviert. Auf diese Weise ist die Mine nur sehr schwer detektier- und ortbar, da der Sender 16 lediglich kurzzeitig während einiger ms arbeitet.

Nach der Aufstellung der Mine am vorgesehenen Standort wird die Sensoreinrichtung 10 zunächst einmal aktiviert, so daß sie eine sog. Clutteradaption durchführen kann. Diese Clutteradaption besteht in der Messung des zeitinvarianten Signalechos der Umgebung. Diese zeitinvarianten Echosignale werden im Signalprozessor 56 abgespeichert. Danach wird die Sensoreinrichtung 10 in den passiven Zustand geschaltet. Bewegt sich nun ein mögliches Ziel entweder in der Luft, z. B. ein Hubschrauber, oder am Boden, z. B. ein zu bekämpfendes Panzerfahrzeug, innerhalb der Reichweite der Sensoreinrichtung 10 an dieser vorbei, so wird die Sensoreinrichtung 10 mittels des vorgeschalteten Wecksensor 12 aktiviert.

Zur Bekämpfung von Luftzielen wird eine Bestimmung der Anflugrichtung in Azimut und Elevation nach dem Interferrometerprinzip durchgeführt. Hierzu werden - wie erwähnt worden ist - mindestens drei Antennen 22 benötigt. Die Richtungsbestimmung kann auch hierbei nach dem Doppler- Radarprinzip mit mehreren Antennen 22 als Teilbasis durchgeführt werden.

In anderer elektrischer Auslegung der Sendefrequenz, nämlich im Mikrowellenbereich, ist die Sensoreinrichtung 10 zur Bedrohungsanalyse von Kpz geeignet.

Claims (13)

1. Sensoreinrichtung für einen Wirkkörper, insbes. für eine Landmine gegen Boden- und Luft-Ziele, mit einem auf die Annäherung eines Zieles ansprechenden Wecksensor (12) und mit Schaltungsanordnungen zur umgebungsadaptiven Einstellung von Sensor- Auswerteschaltungen zur Freigabe des Wirkmechanismus für die Abwehr des Zieles, dadurch gekennzeichnet, daß in niedriger Höhe über Grund wenigstens eine Antenne (22) zum Abstrahlen einer ungerichteten elektromagnetischen Bodenwelle und gegebenenfalls auch zur Aufnahme von Umgebungsreflexionen nach Verbringung des Wirkkörpers vorgesehen ist, sowie nach Initiierung durch den Wecksensor (12) auch zur Ermittlung der relativen Bewegung eines in die zuvor umfaßte Umgebung eingedrungenen Ziels aufgrund der Reflexionen an diesem.

2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, mit einem Sender (16) und einem Empfänger (18), dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (10) mindestens zur Bestimmung von Entfernung und Geschwindigkeit eines zu bekämpfenden Zieles vorgesehen ist, und daß Sender (16) und Empfänger (18) mit einer gemeinsamen Antenne (22) wirkverbunden und über einen Empfängerschutzschalter (20) voneinander entkoppelt sind.

3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 mit einem Sender (16) und einem Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (10) mindestens zur Bestimmung von Entfernung und Geschwindigkeit eines zu bekämpfenden Zieles vorgesehen ist, und daß dem Sender (16) und dem Empfänger (18) jeweils eine eigene Antenne (22) zugeordnet ist.

4. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (10) nach dem Prinzip eines Puls-Doppler-Radars arbeitet, wobei der Sender (16) zur Erzeugung eines pulsmodulierten Sendesignals einen Pulsmodulator und einen koherenten Oszillator aufweist.

5. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (10) zur Aussendung und zum Empfang eines frequenzmodulierten Dauerstrich-Sende- bzw. Empfangssignals vorgesehen ist.

6. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (10) zusätzlich als drahtlose Kommunikationseinrichtung zwischen mehreren Wirkkörpern eines Wirkkörperfeldes vorgesehen ist.

7. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung von Entfernung und Geschwindigkeit und gegebenenfalls Richtung eines zu bekämpfenden Zieles mindestens drei Antennen (22) vorgesehen sind.

8. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (18) einen ersten Empfängermischer (24) und einen zweiten Empfängermischer (32) mit einem ersten Eingang (26) an den Empfängerschutzschalter (20), mit einem zweiten Eingang (28) an einen Rückmischsignalausgang (44) des Senders (16) und mit seinem Zwischenfrequenzsignalausgang (30) mit einem ersten Eingang (34) des zweiten Empfängermischers (32) verbunden ist, dessen zweiter Eingang (36) mit einem Zwischenfrequenzsignalausgang (50) des Senders (16) und dessen Ausgang (38) mit dem Signalprozessor (56) verbunden ist, wobei die Signalfrequenz am Zwischenfrequenzsignalausgang (50) bzw. am zweiten Eingang (36) des zweiten Empfängermischers (32) und die Signalfrequenz am Zwischenfrequenzsignalausgang (30) des ersten Empfängermischers (24) und die Signalfrequenz des Zwischenfrequenzsignalausganges (50) des Senders (16) einander entsprechen.

9. Sensoreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfängerschutzschalter (20) über ein Bandpaßfilter (40) und einen rauscharmen Vorverstärker (42) mit dem ersten Eingang (26) des ersten Empfängermischers (24) verbunden ist.

10. Sensoreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenfrequenzsignalausgang (30) des ersten Empfängermischers (24) über ein Tiefpaßfilter (46) und einen Verstärker (48) mit dem ersten Eingang (34) des zweiten Empfängermischers (32) verbunden ist.

11. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Empfängermischer (32) ein Mischer oder ein bipolare Vidiosignale erzeugender Quadraturdetektor ist.

12. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (38) des zweiten Empfängermischers (32) über einen Videoverstärker (52) und ein A/D-Wandler-System (54) mit dem Signalprozessor (56) verbunden ist.

13. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wecksensor (12) ein auf akustische und/oder seismische Signale empfindlicher Sensor ist.