DE4122622C2 - Auslöse-Sensor für aktive Schutzeinrichtung - Google Patents

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.