DE4119612A1 - Sensoreinrichtung fuer insbesondere eine landmine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und damit der Gattung des Hauptpatentes.

Die Minen eines modernen intelligenten Sperrsystems sind mit Sensor­ einrichtungen auszustatten, die für eine effektive Bekämpfung eines ins Sperrgebiet eindringenden potentiellen Zielobjekts dieses detek­ tieren, lokalisieren und möglichst auch klassifizieren können müssen. Dabei soll das Zielobjekt auch dann noch in einigen hundert Metern Entfernung erfaßt werden, wenn aufgrund von künstlichen oder natürlichen Hindernissen keine direkte (optische) Sichtlinie zwischen der Sensoreinrichtung und dem Zielobjekt gegeben ist. Das läßt sich grundsätzlich mittels eines sog. None Line of Sight Radar realisieren, das auf so niedrigen Frequenzen arbeitet, daß diese infolge Beugungserscheinungen an Unebenheiten weitgehend eine Wellenausbrei­ tung entlang des Bodens und damit über die optische Schattengrenze hinaus zeigen und dementsprechend auch Signale von verdeckten Reflek­ toren an die Sende-Empfangs-Einrichtung rückliefern. Um das Eindringen von potentiellen Zielobjekten in das überwachte Sperrgebiet leichter erkennen zu können, wird - auch wenn keine Zielobjekt-Annäherung von einem Wecksensor signalisiert wird - von Zeit zu Zeit die Hochfre­ quenz-Energieabstrahlung aktiviert, um die umgebende Geländesituation (mit ihren ortsbedingt wenigstens quasi-stationär vorhandenen und natürlichen Reflektoren) zu erfassen und abzuspeichern; denn aus einem Vergleich mit der so gewonnenen Geländeinformation läßt sich das Eindringen eines Fremdkörpers und damit eines potentiellen Zielobjektes leichter erkennen. Die Amplitudenauswertung der reflek­ tierten Empfangsenergie erlaubt eine gewisse Zielklassifikation. Mit Reflexions-Auswertung in sogenannten Zeitfenstern, also entfer­ nungsabhängig, ergibt sich auch eine Mehrzielauflösung.

Für eine wirkungsvolle Mehrziel-Bekämpfung durch wechselseitige auto­ nome Aufgaben-Zuweisungen zwischen Minen, in deren Wirkbereiche Ziel­ objekte eingedrungen sind, sind zusätzlich Richtungsinformationen er­ forderlich, um die Zielbewegungen analysieren zu können. Eine entspre­ chende Weiterbildung der Sensoreinrichtung nach dem Hauptpatent ist Gegenstand dieses Zusatzpatentes.

Danach ist das NLOS-Radar zusätzlich mit einer Richtungs-Peilbasis ausgestattet. Als diese kann eine Antennengruppe fungieren, mittels derer zugleich im Wege von Antennenumschaltungen eine künstliche Dopp­ lerinformation gewinnbar ist, um auch bei momentan stillstehenden oder sich nur langsam bewegenden Zielobjekten eine brauchbare Dopplerinfor­ mation zu erzielen. Eine größere Richtungs-Peilgenauigkeit läßt sich jedoch mittels einer größeren Peilbasis erreichen, wie sie durch die Anordnung von wenigstens drei Mikrophonen um die Mine herum oder in gewissem Abstand von der Mine aufspannbar ist. Dabei weist eine solche passive akustische Peilbasis gegenüber etwa der aktiven Hochfrequenz­ peilung den Vorteil auf, nicht vom Zielobjekt aus geortet werden und somit ohne Verratsgefahr nach einer Wecksensor-Initialisierung ständig in Betrieb bleiben zu können.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammenfas­ sung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Be­ schränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert und nicht maßstabsge­ recht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsge­ maßen Lösung. Es zeigt:

Fig. 1 eine Szenen-Skizze mit einem den Wirkbereich der Mine pas­ sierenden Zielobjekt und

Fig. 2 in Blockschaltbild-Darstellung die Signalverarbeitung in der Sensoreinrichtung der Mine.

Die ins Sperrgebiet 111 verbrachte Mine 113 kann von Pionieren hand­ verlegt oder mittels Verbringungseinrichtungen ausgeworfen sein. In letzterem Falle ist sie mit einer Aufrichteinrichtung ausgestattet, wie sie etwa in der US-PS 49 22 824 näher beschrieben ist, um eine möglichst vertikale Ausrichtung des Minen-Startgerätes 115 zu erzie­ len. Zur Abwehr eines ins Sperrgebiet 111 eindringenden Zielobjektes 117 wird eine Antriebseinrichtung 119 - etwa ein Treibsatz oder ein Raketentriebwerk - initiiert und dadurch der Minen-Wirkkörper 121 aus dem Startgerät 115 hinaus in den Luftraum über das Sperrgebiet 111 verbracht. Von dort steigt der Wirkkörper 121 fallschirmgebremst wie­ der ab, um nach Art von Suchzünder-Submunition das Gelände abzutasten und seinen Gefechtskopf 123 mit projektilbildender Hohlladungs-Bele­ gung zu zünden, sobald der Suchzünder das zu bekämpfende Zielobjekt 117 in Wirkrichtung voraus erfaßt, wie etwa in der GB 21 74 482 A nä­ her beschrieben.

Allerdings benötigt die Kinematik des Aufsteigens des Wirkkörpers 121, seiner Bewegungsumkehr und des Aufspannens des Fallschirmsystems für den gebremst rotierenden Abstieg ins Sperrgebiet eine gewisse Zeit­ spanne, während andererseits der maximale Wirkradius im Sperrgebiet 111 durch die Wirkdistanz des Gefechtskopfes 123 und die Neigung des Suchzünders beim spiralförmigen Abtasten des Zielgebietes begrenzt ist. Wenn das Zielobjekt 117, das den Aufstieg des Wirkkörpers 121 auslöste, sich nicht auf die Mine 113 zu bewegt, sondern den Wirkbe­ reich beispielsweise nur längs einer abgelegenen Sekante kreuzt, dann kann das Zielobjekt 117 den Minen-Wirkbereich schon wieder verlassen haben, ehe der Wirkkörper 121 in seine funktionsbereite Abstiegsphase übergetreten ist; und mangels Treffers im Zielobjekt 117 war die Aus­ lösung dieser Mine 113 vergebens.

Deshalb soll die Antriebseinrichtung 119 nicht schon allein deshalb initiiert werden, weil ein Wecksensor 112, etwa ein auf die von einem Kettenfahrzeug ausgelösten Bodenschwingungen ansprechender Seis­ mik-Sensor, die bloße Annäherung eines potentiellen Zielobjektes 117 meldet. Statt dessen ist eine Sensoreinrichtung 110 vorgesehen, die ein Radar 125 enthält, mittels dessen nach dem Ausbringen der Mine 113 zunächst deren Gelände-Umgebung aufgenommen wird, um das Radar 125 dann zunächst wieder abzuschalten, damit es die Position der Mine 113 nicht verrät. Diese Umgebungs-Adaption kann in schaltungstechnisch vorgegebenen Zeitabständen wiederholt, also aufgefrischt werden. Im übrigen aber wird die Sensoreinrichtung 110 erst wieder vom Wecksensor 112 eingeschaltet, um nun im Vergleich zur jüngsten abgespeicherten Umgebungsinformation die Entfernung und Bewegungsrichtung des poten­ tiellen Zielobjektes 117 im Rückstrahl-Ortungsverfahren zu ermitteln. Dabei ermöglicht der Szenen-Unterschied zum zuvor erfaßten Umfeld noch ohne eingedrungenes Zielobjekt 117 eine erste Zielanalyse und die Zielecho-Amplitudeninformation eine gewisse Zielklassifikation, um den Wirkkörper 121 nicht gegen Scheinziele oder gegen solche Objekte ein­ zusetzen, die eine Bekämpfung nicht lohnen, sondern für wirklich abzu­ wehrende Zielobjekte 117 bereitzuhalten.

Allerdings erhebt sich die Mine 113 nicht wesentlich über den Unter­ grund, so daß in einem hügeligen Sperrgebiet 111, oder über künstliche bzw. natürliche Hindernisse wie Bauten oder Anpflanzungen hinweg, eine radartypische direkte Sichtlinien-Verbindung von der Sensoreinrichtung 110 zum Zielobjekt 117 nicht sichergestellt werden kann. Deshalb wird von einer aus dem Startgerät 115 ausfahrbaren Antenne 122 eine Kugel­ welle relativ niedriger Sendefrequenz (in der Größenordnung einiger hundert MHz) abgestrahlt, weil diese die Eigenschaft hat, der Gelände­ formation relativ gut zu folgen und somit Ziel-Echoinformationen auch ohne Sichtverbindung zum Zielobjekt 117 zu liefern.

Ein solches sogenanntes NLOS-Radar 125 ist in der Hauptanmeldung "Sen­ soreinrichtung zur Auslösung eines Wirkkörpers" schaltungstechnisch näher beschrieben.

Zur weiteren Optimierung der Informationen über das Zielobjekt 117 kann eine Dopplerauswertung der empfangenen Zielreflexionen erfolgen. Diese Auswertung ist allerdings nicht nur bei langsam sich bewegenden Zielobjekten 117 recht aufwendig und fehleranfällig, sondern auch des­ halb, weil in der Regel keine Sichtlinien-Reflexe empfangen werden können, sondern elektromagnetische Strahlenenergie ausgewertet werden muß, die bei der Ausbreitung längs des Untergrundes zusätzlich stark beeinflußt ist. Zweckmäßiger ist es deshalb, aus der Mine 113 we­ nigstens zwei weitere Stab-Antennen 122 auszufahren und dadurch eine Mehrpunkt-Peilbasis aufzubauen, die eine weniger gestörte Zielinfor­ mation erbringt, indem (gewissermaßen zur Erzielung einer künstlichen Dopplerwirkung) der Empfang zwischen diesen Antennen 122 gruppenweise umgeschaltet wird.

Zugleich kann diese Peilbasis auch der Richtungspeilung zum erfaßten Zielobjekt 117 dienen, um die Mehrzielauflösung zu verbessern und zu­ sätzliche Bewegungskoordinaten über das erfaßte Zielobjekt 117 zu ge­ winnen. Eine Richtungsinformation 133 ist insbesondere auch dann von Interesse, wenn sich überlagernde Sperrgebiete 111 mehrerer Minen 113 eines Minenfeldes vorliegen und diese Minen 113 untereinander in In­ formationsaustausch stehen, wofür die Radar-Antennen 122 in den Or­ tungspausen herangezogen werden können. Wenn vom Standort einer Mine 113 aus durch Funkkontakt-Abfrage zwischen benachbarten Minen 113 festgestellt wird, daß in Richtung auf das erfaßte Zielobjekt 117 zu eine noch intakte weitere Mine 113 mit hinsichtlich der Ortsgegeben­ heiten günstigeren Bekämpfungsmöglichkeiten verfügbar ist, dann wird die Zielinformation von der ersterwähnten Mine 113, unter Sperrung ih­ rer Antriebseinrichtung 119, an jene günstiger positionierte Mine 113 übertragen, die dadurch gewissermaßen einen Kommandoauftrag erhält, obgleich sie vielleicht aufgrund ihrer Geländeumgebung gar nicht so eindeutige und günstige Zielinformationen selbst ermitteln konnte. Außerdem ermöglicht es die Richtungsinformation 133, eindeutiger als über die bloße Entfernungs- und Bewegungs-Auswertung zwischen unter­ schiedlichen Zielobjekten 117 zu unterscheiden, die im Sperrgebiet 111 gleichzeitig erfaßt werden und deshalb unterschiedlichen Minen zur Ab­ wehr zuzuweisen sind.

Noch präziser als mittels der kleinflächigen Antennengruppe 122 sind Peilergebnisse einer akustischen Peilbasis von wenigstens drei Mikro­ phonen 127, die an der Peripherie des Startgerätes 115 angeordnet sind, oder die zum Aufspannen einer noch größeren Basis in radialen Abstand davon ausfahrbar sind. Außerdem hat die akustische Peilung der Richtung von der Mine 113 zum Zielobjekt 117 gegenüber der aktiven Funkpeilung den Vorteil der geringen Verratswahrscheinlichkeit eines passiven Peilsystems. In diesem wird also in als solcher bekannter Weise der Zeitunterschied des Empfangs korrelativ gefilterter aku­ stischer Ereignisse gemessen, nämlich des vom Zielobjekt 117 ausge­ henden Schallspektrums 129. Je größer der in einer Laufzeitschaltung 131 ermittelte Zeitunterschied des Empfangs desselben Ereignisses ist, desto größer ist der Ablage-Peilwinkel gegenüber der konstruktiv ge­ gebenen Mittelsenkrechten auf die Verbindung zwischen den beiden gera­ de abgefragten Mikrophonen 127. Mit dieser Richtungspeilung kann dann in der Sensoreinrichtung 110 eine vom NLOS-Radar 125 gelieferte Ziel­ entfernungsinformation 135 verknüpft werden, um eine vektorielle Mehr­ zielauflösung für die wirkoptimierte Zuordnung einer hinsichtlich ih­ res Wirkkörpers 121 noch funktionsbereiten Mine 113 zu erzielen. Wenn gemäß der bevorzugten apparativen Auslegung die Sensoreinrichtung 110 auch noch nach dem Start des Wirkkörpers 121 funktionsbereit bleibt, entsteht keine Überwachungs-Lücke im Sperrgebiet 111 und erübrigt sich der Einsatz übergeordneter Kommandostationen für eine Protokollierung des jeweiligen Minenzustandes und für die Zielzuweisung zu noch funk­ tionsbereiten Minen 113.

Wenn bei Zielannäherung der Wecksensor 112 die Sensoreinrichtung 110 aktiviert, wird das Radar 125 in Betrieb gesetzt, um über eine Sen­ de-Empfangs-Weiche 137 und eine Rohdaten-Verarbeitungsschaltung 139 im Vergleich zur Umgebungsinformation aus einem Speicher 141 die Entfer­ nungsinformation 135 zum potentiellen Zielobjekt 117 zu gewinnen. Bei Erfassung mehrerer Zielobjekte 117 wird mittels eines Mehrziel-Extrak­ tors 143 ein in bezug auf diese Mine 113 besonders günstig posi­ tioniertes Zielobjekt 117 zur Analyse in Klassifikatoren 145 ausge­ wählt, die außerdem mit der Richtungsinformation 133 der akustischen Peilbasis gespeist werden. Ausgabeeinheiten 147 liefern für die bestä­ tigten Zielobjekte 117 aufbereitete Richtungs-und Entfernungsinforma­ tionen an eine Selektionsschaltung 149, in der bei mehreren gleichzei­ tig erfaßten Zielobjekten 117 die nach Richtung und Entfernung günstigste Positionierung eines anzugreifenden Zielobjektes 117 be­ stimmt wird, um dann in einem Extrapolator 151 dessen voraussichtli­ chen Bewegungsgrößen abzuschätzen und danach in einer Zündschaltung 153 den optimalen Zeitpunkt für die Freigabe der Wirkkörper-An­ triebseinrichtung 119 zu bestimmen, die bereits vom annäherungsabhän­ gig arbeitenden Wecksensor 112 vorbereitet wurde. Sollte jedoch keine optimale Bekämpfungsgegebenheit vorliegen und eine andere funktionsbe­ reite Mine 113 verfügbar sein, nämlich noch von der Antriebseinrich­ tung 119 ein Bereitschaftssignal 159 an die Sensoreinrichtung 110 lie­ fern, dann erhält jene den Bekämpfungsauftrag. Die vorliegend betrach­ tete Sensoreinrichtung 110 wird wieder abgeschaltet, bis erneut der Wecksensor 112 anspricht oder aber eine interne Zeitschaltung 155 das NLOS-Radar 125 zu erneuter Umgebungs-Adaption für das Auffrischen des Inhalts des Umgebungsspeichers 141 vorübergehend einschaltet.

Claims (8)

1. Sensoreinrichtung (110) für einen Wirkkörper (121), insbesondere eine Land-Mine (113) gegen Boden- und Luft-Zielobjekte (117), mit einem auf die Annäherung eines Zielobjektes (117) ansprechenden Wecksensor (112) und mit einem Speicher (141) für mittels eines NLOS-Radar (125) gewonnene Umgebungsinformationen, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum relativ niederfrequent ungerichtet arbeitenden Radar (125) mit entfernungsabhängig arbeitendem Mehrziel-Extraktor (143) eine Peilbasis zum Gewinnen einer Richtungsinformation (133) von der Sensoreinrichtung (110) zu Zielobjekten (117) vorgesehen ist.

2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Hochfrequenz-Antennen (122) als Zielrichtungs-Peilbasis vorgesehen sind.

3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Mikrophone (127) als Zielrichtungs-Peilbasis vorgesehen sind.

4. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere umschaltbare Hochfrequenz-Antennen (122) für eine Zielecho-Dopplerauswertung vorgesehen sind.

5. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem NLOS-Radar (125) ein entfernungsabhängiger Mehrziel-Extrak­ tor (143) für die Klassifikation mehrerer aktiv und passiv erfaßter Zielobjekte (117) nachgeschaltet ist.

6. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Radar (125) nachgeschaltete Speicher (141) periodisch mit Umfeld-Informationen aufgefrischt wird.

7. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (119) zum Start des Wirkkörpers (121) für die Abwehr eines erfaßten Zielobjektes (117) von dem Wecksensor (112) nur vorbereitet und erst initiiert wird, wenn ein Zielbewe­ gungs-Extrapolator (151) aus aktiv ermittelten Entfernungsinforma­ tionen und passiv ermittelten Richtungsinformationen eines ausge­ wählten Zielobjektes (117) feststellt, daß günstige Bekämpfungsge­ gebenheiten von einer noch funktionsbereiten Wirkkörper-Antriebs­ einrichtung (119) gegeben sind.

8. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Radar-Antenne (122) zugleich zur drahtlosen Nachrichten­ verbindung zu anderen Minen (113) ausgelegt ist, deren Sensoreinrichtungen (110) auch nach Start ihrer Wirkkörper (121) zur Sperrgebiets-Überwachung wirksam bleiben.