DE4122622C2 - Auslöse-Sensor für aktive Schutzeinrichtung - Google Patents
Auslöse-Sensor für aktive SchutzeinrichtungInfo
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- F41H5/00—Armour; Armour plates
- F41H5/007—Reactive armour; Dynamic armour
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- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
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- F42C13/04—Proximity fuzes; Fuzes for remote detonation operated by radio waves
- F42C13/045—Proximity fuzes; Fuzes for remote detonation operated by radio waves using transmission of F.M. waves
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Auslöse-Sensor
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein solcher Sensor ist aus der DE-PS 9 77 984 zum Objektschutz gegen
Geschoßeinwirkung in Form wenigstens eines Sensors bekannt, der
zusammen mit getrennt davon angeordneten Empfängern das Objekt ge
wissermaßen in einen Strahlenschirm einhüllt, bei dessen Durchbre
chung mittels eines Geschosses diesem eine Gruppe von Kleinst-Hohl
ladungen entgegenwirkten.
Aus der US-PS 4 051 763 ist es bekannt, einen solchen Schutzschirm
optoelektronisch aufzuspannen.
In beiden Fällen wird ein immaterielles Auslösegitter erzeugt, wie
es entsprechend aus der DE-PS 27 19 150 als materielles Kontakt
gitter bekannt ist, das vor einer zu schützenden Fläche aufgespannt
wird und vom anfliegenden Geschoß durchdrungen werden muß. Auch
dort wird dadurch eine Zündeinrichtung initiiert, die in diesem
Falle Panzerplatten in ihrer Ebene (und dadurch im wesentlichen
quer zur Annäherungsbahn des Projektils) mittels einer pyrotechnischen
Beschleunigungseinrichtung verschiebt und so die Wirkung des ein
schlagenden Projektils im zu schützenden, dahinter gelegenen Objekt
zumindest wesentlich herabsetzt, weil das Projektil durch die quer
bewegten Panzerplatten abgelenkt oder sogar zerstört wird.
Ein solches Auslösegitter, gleichgültig ob immateriell oder materiell
realisiert, ist allerdings sehr zerstörungsgefährdet, da es große
wirkungslose Bereiche bekommt, wenn auch nur einzelne der Sender
bzw. Empfänger durch die Einwirkung des Geschosses oder durch die
Reaktion zur Geschoßabwehr ausfallen bzw. Bereiche des mechanischen
Kontaktgitters zerstört werden. Da außerdem diese zusätzliche (re
aktive oder aktive) Schutzeinrichtung in der Regel direkt vor der
Hauptpanzerung des zu schützenden Objekts getragen wird und die
Restwirkung des Projektils in der dann bloßgelegten Hauptpanzerung
erfolgt, verbleibt doch noch eine erhebliche und unter Umständen
sogar kritische Beanspruchung des zu schützenden Objekts.
Letzteres gilt entsprechend für den Mechanismus der reaktiven Panze
rung, wie sie aus der unteren Darstellung auf Seite 17 in der Zeit
schrift PM (Oktober 1987) dargestellt ist. Denn dort wird zwar eine
zusätzliche, von der Hauptpanzerung gehalterte Panzerplatte dem
Projektil mittels einer Beschleunigungseinrichtung zwischen Haupt
panzerung und zusätzlicher Panzerplatte entgegengeschleudert, aber
diese Beschleunigungseinrichtung wird erst durch das schon auftref
fende Projektil gezündet.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE-OS 40 08 395 ist ein elektro
magnetischer Auslöse-Sensor für aktive Panzerung in Form eines Dop
plerradarsystems bekannt. Dieses überspannt nicht mehr das zu schüt
zende Objekt mittels eines Auslösegitters, sondern die anfliegende
Bedrohung wird mittels mehr als zwei in möglichst großem Abstand
voneinander positionierten Dopplerradars erfaßt, um die voraussicht
liche Auftreffstelle berechnen und dann dort die Gegenmaßnahme aus
lösen zu können. Das bedingt ersichtlich ganz erheblichen signal
verarbeitungstechnischen und Steuerungs-Aufwand für rechtzeitige
Auslösung genau der örtlich passenden Abwehrmaßnahme - und dieser
Mechanismus ist dann nicht mehr funktionstüchtig, wenn durch die
Bedrohung oder durch die Abwehrreaktion so viele der am zu schüt
zenden Objekt installierten Dopplersensoren ausfallen, daß die ver
bleibenden in ungünstiger Position zueinander stehen und aus trigo
nometrischen Gründen keine eindeutige Bedrohungsanalyse mehr er
möglichen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen auf
Annäherung eines auch sehr schnellen und sehr schlanken Projektils
ansprechenden Sensor gattungsgemäßer Art für die möglichst frühe
und gezielte Auslösung einer aktiven Schutzeinrichtung zu schaf
fen, die darüberhinaus auch beim Einsatz an beweglichen Objekten
(wie gepanzerten Fahrzeugen) eine hohe Ausfallsicherheit gegen Be
drohungs- und Reaktionseinwirkungen aufweist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der gattungs
gemäße Sensor nach dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1
ausgelegt ist.
Diese Lösung beruht auf den Erkenntnissen, daß selbst beim minimalen
Rückstrahlquerschnitt eines dünnen KE-Stabes die elektromagnetische
Rückstrahlortung noch eine hinreichend eindeutige und frühe Infor
mation für eine wirksame Realisierung der sogenannten abstandsakti
ven Panzerung (AAP) erzielen läßt, die typisch auf einige zehn Meter
Distanz der Projektilannäherung wirken und auf eine möglichst un
mittelbare Reaktion allein im zu erwartenden Auftreffbereich führen
soll. Zweckmäßigerweise wird dafür das sich mit weit über 1000 m/s
annähernde Ziel frontal von einem Dauerstrich-Höchstfrequenzradar
erfaßt, das dann eine Dopplerfrequenz in der Größenordnung von typisch
100 kHz auswerten läßt. Wenn Laufzeitmessungen wegen der hohen An
näherungsgeschwindigkeit keine hinreichende Auflösung für eine Echt
zeitzielentfernungsmessung ergeben, dann kann diese Information
auch über eine Frequenzmodulation (lineare Änderung oder Umtastung)
der Sendefrequenz mit anschließender Phasendifferenzmessung zur
Empfangsfrequenz beim Dauerstrich-Betrieb
gewonnen werden. Insbesondere im Falle einer Sendefrequenz im
Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Bereich des elektromagnetischen
Strahlungsspektrums eröffnet sich der funktional unkritische und
apparativ vergleichsweise preiswerte Aufbau des Sensors als X-Band-Ra
dar, und die Sende-Empfangs-Antenne kann besonders flach als
Mikrostreifenleiterantenne ausgebildet, somit wenig auftragend auf die
dem Sensor zugeordnete Panzerplatte appliziert bzw. sogar zusammen mit
dem Sensor in deren Außenfläche eingelassen werden. Ein zusammenge
schalteter Betrieb mehrerer Sensor-Antennen erbringt die Wirkung eines
Antennen-Array für eine stärker gebündelte Richtcharakteristik und mit
der bekannten Möglichkeit, über Phasenansteuerung diese Richtcharakte
ristik verschwenken zu können, um beispielsweise den umgebenden Raum
eines zu schützenden Objekts nach einem anfliegenden Körper
abzusuchen, ehe dann auf die den einzelnen aktiven Panzerungsmodulen
zugeordneten Sensoren im Einzelbetrieb zurückgeschaltet wird. Bei
demjenigen Modul, an den sich das hochenergetische Projektil bis auf
die Wirkentfernung des Abwehrmechanismus angenähert hat, wird
daraufhin mittels einer pyrotechnischen oder elektromagnetischen
Beschleunigungseinrichtung die vorgelagerte Panzerplatte quer zu ihrer
Ebene beschleunigt und so dem KE-Stab entgegengeschleudert, um dessen
kinetische Energie zu verzehren bzw. ihn abzulenken oder sogar zu
zerstören.
Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Nachstehende Beschreibung beinhaltet ein in der Zeichnung unter Be
schränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert und nicht maßstabsge
recht skizziertes bevorzugtes Realisierungsbeispiel zur erfindungsge
mäßen Lösung. Es zeigt:
Fig. 1 in abgebrochener Längsschnitt-Skizze den Aufbau einer akti
ven Schutzeinrichtung mit Auslösesensoren und
Fig. 2 einen der Auslösesensoren nach Fig. 1 in Blockschaltbild-Dar
stellung.
Ein zu schützendes stationäres oder bewegliches Objekt 11, insbesonde
re ein Kampfpanzer, trägt auf seiner Hauptpanzerung 12 als aktive
Schutzeinrichtung 13 austauschbare zusätzliche Panzerungsmodule 14 in
Form von massiven oder laminierten Panzerplatten 15 vor Beschleuni
gungseinrichtungen 16. Bei Bedrohung des Objektes 11 durch ein
KE-Projektil 17 wird im Bedrohungsbereich 18 von einem Sensor 19 über
eine Zündeinrichtung 20 die räumlich zugeordnete Beschleunigungsein
richtung 16 initiiert und dadurch mittels Sprengstoff oder induktiv
die vorgelagerte Panzerplatte 15 von der Hauptpanzerung 12 abgehoben
und dem anfliegenden Wuchtgeschoß entgegengeschleudert. Das verbraucht
beim Durchschlagen dieser Panzerplatte 15 einen wesentlichen Teil
seiner kinetischen Energie und wird aus seiner bisherigen Annäherungs
bahn 21 abgelenkt sowie möglicherweise zerbrochen, so daß jedenfalls
nur eine stark geschwächte und von der Hauptpanzerung 12 ohne wesent
liche Beschädigungen aufnehmbare Beanspruchung des zu schützenden
Objektes 11 eintritt.
Die Annäherung eines KE-Projektiles 17 wird an Bord des Objektes 11
von einem elektromagnetischen Sensor 19 erfaßt, der im Wege der
Rückstrahlortung eine Bewegzielerkennung und Geschwindigkeitsmessung
über das Dopplerspektrum der am KE-Projektil 17 reflektierten Energie
liefert. Aus den Sensordaten kann erforderlichenfalls auch eine Ent
fernungsmessung abgeleitet werden, um die Beschleunigungseinrichtung
16 erst zu initiieren, wenn das KE-Projektil 17 sich in bezug auf die
Wirkdistanz der ihm entgegenzuschleudernden Panzerplatte 15 hinrei
chend angenähert hat. Vorzugsweise ist der Sensor 19 als Dauerstrich-
Dopplerradar im Mikrometer- oder Millimeterbereich des elektromagneti
schen Spektrums ausgelegt. Beispielsweise liefert ein X-Band-Generator
22 eine periodisch frequenzmodulierte Sendefrequenz Fs, mit der über
einen Zirkulator 23 als Sende-Empfangsweiche eine flache Antenne 24
gespeist wird, die als kleine Aperturantenne oder vorteilhafter noch
als Mikrostreifenleiter auf der Außenfläche 25 der zugeordneten
Panzerplatte 15 angeordnet oder eingelassen ist. Während in Fig. 1 der
Zeichnung zur Förderung der Anschaulichkeit der Sensor 19 im übrigen
abseits hinter der Panzerplatte 15 des zugeordneten Moduls 14
dargestellt ist, läßt sich der Aufbau des Sensors 19 so weit
miniaturisieren, daß er direkt hinter der Antenne 24 in die Panzer
platte 45 eingesenkt werden kann.
Trotz des extrem niedrigen Rückstrahlquerschnitts des anfliegenden
dünnen KE-Projektils 17 nimmt die Antenne 24 doch hinreichend Energie
mit einer Empfangsfrequenz Fe auf, in der die reflektierte Sendeener
gie aufgrund der sehr hohen Annäherungsgeschwindigkeit des KE-Projek
tils 17 einen deutlichen Doppleranteil aufweist, mit im Zuge der Annä
herung sich rasch vergrößernden Signal-Rausch-Verhältnis. Dieses
Spektrum der Empfangsfrequenz Fe wird nach dem Zirkulator 23 in einem
Empfangsmischer 26 mit einer Rückmischleistung zusammengefaßt, die
über eine Auskopplung 27 die aktuelle Sendefrequenz Fs vom Oszillator
22 enthält. Das Mischergebnis ist eine Zwischenfrequenz Fz, aus der
über einen Regelverstärker 28 mit Tiefpaßverhalten die annäherungsab
hängige Dopplerfrequenz Fd und damit eine Information über die aktuell
gegebene Bedrohung durch ein KE-Projektil 17 gewonnen und in eine
Ausgabeschaltung 29 übergeben wird. In dieser kann z. B. noch eine
Nutz-Stör-Analyse (etwa gestützt auf Plausibilitäts mit vergleichbaren
Informationen, die von benachbarten Sensoren 19 gewonnen wurden)
durchgeführt werden, bis die optimale Annäherung des KE-Projektils 17
zum Initiieren der Zündeinrichtung 20 gegeben ist.
Insbesondere kann die Ausgabeschaltung 29 auch dafür ausgelegt sein,
eine schnelle Fouriertransformation zur eindeutigen Bestimmung der
Dopplerfrequenz und damit der Annäherungsgeschwindigkeit im Interesse
eines optimierten Auslösezeitpunktes für die Beschleunigungseinrich
tung 16 durchzuführen. Da die Beobachtungszeiten aufgrund der hohen
Geschoß-Annäherungsgeschwindigkeit von bis zu 2000 m/Sekunde einer
seits und andererseits in Hinblick auf die auf wenige 10 m beschränkte
Wirkdistanz der aktiven Schutzeinrichtung 13 relativ kurz ist, kann
die Fouriertransformation zur eindeutigen Erkennung des Zieldopplers
im aufgenommenen Radarspektrum mit reduzierter Bandbreite erfolgen,
was eine preisgünstige schaltungstechnische Auslegung ermöglicht.
Wenn die Oszillatoren 22 der einzelnen Panzerplatten 15 zugeordneten
Sensoren 19 über einen Mutteroszillator 30 synchronisiert (oder durch
diesen ersetzt) und die Antennen 24 gleichzeitig angesteuert werden,
dann ergibt sich die Konfiguration eines Mehrelement-Antennenarray,
also insgesamt eine Antenne hohen Gewinns und hoher Richtwirkung. Bei
zeitversetzter Ansteuerung bzw. Abfrage der einzelnen Antennen 24 über
Antennenschalter 31, gesteuert aus einem Rechner 32, kann nach dem
Prinzip der elektronisch phasengesteuerten Antenne eine Strahlschwen
kung zur Beobachtung der mittleren bis weiteren Umgebung des zu schüt
zenden Objekts 11 realisiert werden, ehe dann bei Auffassen eines
wahrscheinlichen KE-Projektils 17 auf den zuvor beschriebenen Einzel
betrieb jedes Panzerungsmoduls 14 mit eigenem Initiier-Sensor 19 um
geschaltet wird. Für die Überwachung mehrerer gegeneinander versetzter
Teilräume kann dementsprechend eine überlappende oder gegeneinander
abgegrenzte Untergruppierung der vorhandenen Antennen 24 zusammenge
schaltet werden, um gleichzeitig in unterschiedlichen Richtungen eine
Bedrohungsanalyse durchführen zu können.
Claims (10)
1. Elektromagnetischer Auslöse-Sensor (19) für eine aktive
Schutzeinrichtung (13) gegen Bedrohung durch ein
anfliegendes Projektil (17), insbesondere Wuchtgeschoß,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schutzeinrichtung (13) absprengbare Panzerplatten
(15) aufweist, die mit etwa normal zu jenen orientierten
Antennen (24) von Höchstfrequenz-Rückstrahlortungsanlagen
ausgestattet sind, welche hinter den Antennen (24) in die
Panzerplatten (15) eingelassen sind.
2. Sensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß er ein die Dopplerfrequenz (Fd) des erfaßten Projektils (17)
ermittelnder Rückstrahlsensor ist.
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß er als Dauerstrich-Dopplerradar ausgelegt ist.
4. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß er als Dauerstrich-Dopplerradar mit einer Sendefrequenz (Fs) im
Mikrowellen- oder im Millimeterwellen-Bereich des elektromagneti
schen Spektrums ausgelegt ist.
5. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß er mit einer flachen Apertur-Antenne (24) auf der Panzerplatte
(15) ausgestattet ist.
6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß seine Antenne (24) als Mikrostreifen-Planarantenne auf oder in
der Außenfläche (25) der abzuschleudernden Modul-Panzerplatte (15)
ausgelegt ist.
7. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß er unter seiner Antenne (24) in die Außenfläche (25) der abzu
schleudernden Panzerplatte (15) eingelassen ist.
8. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Antennen (24) zu einem Array für schärfere Sende-Emp
fangs-Charakteristik zusammengeschaltet betreibbar sind.
9. Sensor nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zusammengeschaltet betriebenen Antennen (24) eine Phasen
steuerung zum Schwenken ihrer Sende-Empfangs-Charakteristik erfah
ren.
10. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß er als frequenzmoduliertes X-Band-Dauerstrichradar mit Fre
quenzumtastung oder Frequenzsweep zur Entfernungsmessung ausgelegt
ist.
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