DE4416211A1

DE4416211A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Flugbahnkorrektur von Geschossen

Info

Publication number: DE4416211A1
Application number: DE4416211A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl Ing Romer; Gerd Dipl Phys Dr Wollmann; Helmut Prof Dr Ing Misoph
Original assignee: Tzn Forschungs- und Entwicklungszentrum Unterlues 29345 Unterlues De GmbH; Tzn Forschung & Entwicklung; Rheinmetall Industrie AG
Current assignee: Rheinmetall DeTec AG
Priority date: 1994-05-07
Filing date: 1994-05-07
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2014-05-08
Also published as: CH691704A5; GB2289815B; FR2719659B1; GB2289815A; GB9508502D0; DE4416211C2; US5601255A; FR2719659A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Flugbahnkorrektur von Geschossen mit Hilfe eines Laserleitstrahles nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung.

Zur Erhöhung der Trefferwahrscheinlichkeit, insbesondere bei der Bekämpfung sich bewegender Ziele, ist neben einer opti malen Feuerleitung und einer geringen Flugzeit auch eine Korrektur der Flugbahn der Geschosse, vor allem bei gestei gerter Reichweite, unumgänglich. Es ist bekannt, zu einer derartigen Zielbekämpfung Suchzündergeschosse, die in der Geschoßspitze eine entsprechend aufwendige Sensorik aufwei sen, oder leitstrahlgelenkte Geschosse zu verwenden. Bei den leitstrahlgelenkten Geschossen kann der Leitstrahl entweder das Ziel beleuchten und das Geschoß muß wiederum eine ent sprechend aufwendige Sensorik in der Geschoßspitze aufweisen- oder der Leitstrahl ist auf den Flugkörper gerichtet und lenkt diesen entsprechend der mit dem Feuerleitsystem gewon nenen Daten in das Ziel.

Bei dem letztgenannten Verfahren ist es mit vertretbarem Aufwand nur möglich, mit dem jeweiligen Leitstrahl ein einziges Geschoß in das Ziel zu lenken. Derartige Verfahren werden daher in der Regel nur zur Lenkung großkalibriger Flugkörper (Artillerie- oder Panzergeschosse) verwendet.

Aus der DE 25 43 606 C2 ist ein Verfahren zur Flugbahnkorrek tur rotierender Geschosse bekannt. Dabei erfolgt mittels einer dem Waffenträger zugeordneten optischen Einrichtung zunächst eine Ablagemessung des jeweiligen Geschosses. Anschließend werden dann die Daten zur Auslösung eines entsprechenden Korrekturimpulses mit Hilfe des Laserleit strahles auf das Geschoß übertragen, wobei der Rollagewinkel des Geschosses mittels einer entsprechenden Auswertevorrich tung in dem Geschoß selbst bestimmt wird.

Nachteilig ist auch bei diesem Verfahren, daß jeweils die Flugbahn nur eines einzigen und nicht mehrerer zeitlich dicht hintereinander fliegender Geschosse korrigiert werden kann. Die quasi gleichzeitige Korrektur von Geschossen einer Ma schinenkanonen-Salve (Schwarm) ist daher mit dieser bekannten Vorrichtung nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Flugbahnkorrektur anzugeben, bei dem sowohl einzelne Geschos se als auch mehrere zeitlich dicht aufeinanderfolgende Ge schosse mit unterschiedlichen Ablagen auf einfache Weise durch eine Impulskorrektur korrigiert werden können. Der Er findung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des kenn zeichnenden Teils des Anspruchs 7 gelöst. Weitere vorteil hafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unter ansprüche.

Im wesentlichen liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, den Leitstrahl nicht auf das jeweilige Geschoß, sondern auf das Ziel zu richten und diesem nachzuführen. Dabei entnehmen sich die einzelnen Geschosse die für ihre Korrekturen erforderli chen Daten zu einem von ihnen bestimmten Zeitpunkt autonom dem Leitstrahl selbst.

Hierzu setzt sich der Leitstrahl aus einem zentralen Leit strahlsegment, welches auf das Ziel gerichtet bleibt, und mindestens vier äußeren um das zentrale Segment herum ange ordneten Leitstrahlsegmenten zusammen. Das Licht der einzel nen Leitstrahlsegmente ist unterschiedlich moduliert, so daß die im Leitstrahl befindlichen Geschosse aufgrund der jeweils empfangenen Modulation ihre Ablage bestimmen können und wissen, in welcher Richtung sie korrigiert werden müssen. Entspricht überdies der Abstand zwischen den Mittelpunkten der einzelnen äußeren Leitstrahlsegmente und dem inneren Leitstrahlsegment der maximalen Korrektur und ist der Richtungswinkel der Korrektur in dem jeweiligen äußeren Leitstrahlsegment konstant, so liegt die Geschoßachse nach der Korrektur immer innerhalb des zentralen Leiterstrahlseg mentes. Mit Hilfe einer in dem jeweiligen Geschoß befindli chen Auswerteelektronik wird mit diesen Informationen der optimale Auslösezeitpunkt für die entsprechende Korrekturla dung ermittelt.

Das erfindungsgemaße Verfahren weist ferner den Vorteil auf, daß das gesamte System vom Ziel her optisch praktisch nicht störbar ist, da keine Informationen vom Geschoß zur Boden station gesendet werden. Außerdem entfällt das Scannen und das Zuordnen einzelner Informationen zu bestimmten Geschos sen.

Im Falle der Impulskorrektur rotierender Geschosse kann die für den genauen Korrekturzeitpunkt erforderliche Rollage des Geschosses vorzugsweise dadurch ermittelt werden, daß das zentrale Leitstrahlsegment mit Hilfe eines holographisch optischen Elementes phasenmoduliert wird, d. h., es wird eine definierte Phasenstruktur im Leitstrahl erzeugt. Da die In formation nun als Phasen-Information im Leitstrahl gespei chert ist, ist es nicht erforderlich, den entsprechenden Empfangsdetektor in dem jeweiligen Geschoß koaxial zum Leitstrahl auszurichten. Der Empfangsdetektor kann sich vielmehr an irgendeiner Stelle innerhalb des Leitstrahles befinden, wobei allerdings vorausgesetzt werden muß, daß er in bestimmten Grenzen achsparallel zum Leitstrahl orientiert ist.

Die Laservorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im wesentlichen aus dem Laser selbst und einer Strahlteileranordnung mit Modulatoren zur Erzeugung einer vorgegebenen Anzahl unterscheidlich modulierter Leit strahlsegmente.

Das Geschoß besitzt in seinem heckseitigen Teil eine Empfangsvorrichtung, die im wesentlichen aus einer Empfangsoptik mit einem als Polarisator ausgebildeten holo graphischen Element, zwei Empfangsdetektoren und einer Aus werteeinheit besteht. Der eine Empfangsdetektor dient dabei in Verbindung mit dem holographischen Element zur Messung der Rollage des Geschosses. Der zweite Empfangsdetektor dient zur Bestimmung der Ablagemessung durch Bestimmung der Modulation sowie gegebenenfalls auch zur Messung des von der Laservor richtung übertragenen Zielabstandes.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungs beispielen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung des Funktionsprinzips der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2a-2e Impulsdiagramme zur Erläuterung der Modulation der Leitstrahlsegmente;

Fig. 3 schematisch eine Laservorrichtung zur Erzeugung modu lierter Leitstrahlsegmente und

Fig. 4 schematisch den Aufbau der im heckseitigen Teil eines Geschosses angeordneten Empfangsvorrichtung.

In Fig. 1 ist mit 1 schematisch eine Maschinenwaffe mit einem integrierten Feuerleitsystem zur Zieldatenerfassung und einer Laservorrichtung zur Erzeugung eines Leitstrahles angedeutet. Aus der Maschinenwaffe wurde eine Salve von fünf Geschossen 2-6 (Schwarm) auf ein sich in Pfeilrichtung 7 bewegendes Ziel 8 abgefeuert.

Die Laservorrichtung erzeugt einen Leitstrahl 9, der sich aus fünf Leitstrahlsegmenten 10-14 zusammensetzt, wobei in Fig. 1 die einzelnen Leitstrahlsegmente durch in die Betrachterebene geklappte Strahlquerschnitte (Kreise) dargestellt sind. Dabei umgeben die äußeren Leitstrahlsegmente 11-14 das zentrale Leitstrahlsegment 10.

Aufgrund der von dem Feuerleitsystem ermittelten Zieldaten wird der Leitstrahl 9 auf einen errechneten Kollisionspunkt 15 gerichtet und die Geschosse 2-6 entsprechend korrigiert. Dabei ist in Fig. 1 mit 16 die Flugrichtung des Schwarms vor der Korrektur aufgrund des am Ort 17 befindlichen Zieles und mit 18 die Mittelachse des Leitstrahles 9 und damit auch des zentralen Leitstrahlsegmentes bezeichnet. Der das Ziel 8 abtastende Strahl des Feuerleitsystems ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 19 versehen.

Zur Messung der Ablage der einzelnen Geschosse des Schwarms sind die Leitstrahlsegmente 11-14 unterschiedlich moduliert. Dieses ist in den Fig. 2a bis 2e schematisch dargestellt, wo bei mit I die Intensität und mit T die Zeit bezeichnet sind. Fig. 2a zeigt dabei den Intensitätsverlauf des Leitstrahlseg mentes 10 und die Fig. 2b-2e die entsprechenden Intensitäts verläufe der Segmente 11-14.

Das Leitstrahlsegment 10 deckt vorzugsweise flächenmäßig die Zielfläche für eine vorgegebene Zielentfernung (z. B. 4000 m) ab. Im Bereich der Korrektur (z. B. 1000 bis 2000 m) muß der Abstand der Mittelpunkte der äußeren Leitstrahlsegmente 11-14 zu dem Mittelpunkt des zentralen Leitstrahlsegmentes 10 der maximal möglichen Korrektur entsprechen.

Die in den Fig. 2a-2e gestrichelt eingezeichnete Impulsfolge 20 charakterisiert die mit Hilfe des Feuerleitsystems be stimmte Entfernung zwischen der Laservorrichtung 1 und dem Ziel 8, die zur Bestimmung des Zündzeitpunktes der Korrek turladung des jeweiligen Geschosses zusätzlich zur Winkelab lage und Rollwinkellage des Geschosses erforderlich ist. Diese Information ist in allen fünf Leitstrahlsegmenten 10-14 vorhanden.

In Fig. 3 ist schematisch eine Laservorrichtung 21 zur Erzeu gung der einzelnen Leitstrahlsegmente dargestellt, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen lediglich die Erzeugung der drei Segmente 10-12 (Fig. 1) wiedergegeben wurde. Im wesentlichen setzt sich die Laservorrichtung 21 aus dem eigentlichen Laser 22, einer der Zahl der äußeren Leitstrahlsegmente entspre chenden Anzahl von Strahlenteilern 23, 24, einer entsprechen den Anzahl von Modulatoren 25-27 sowie einer entsprechenden Anzahl von Umlenkspiegeln 28, 29 zusammen.

Ferner kann bei einer gewünschten Impulskorrektur rotierender Geschosse (z. B. drallstabilisierten Geschossen) ein hologra phisches Element 30 vorgesehen werden, welches das Leit strahlsegment 10 zusätzlich phasenmoduliert. Durch dieses Verfahren ist in Verbindung mit einem weiteren holographi schen Element in der Empfangsvorrichtung des jeweiligen Geschosses eine absolute Winkelbestimmung (Rollagebestimmung) möglich.

Eine entsprechende Empfangsvorrichtung 31 eines Geschosses ist in Fig. 4 dargestellt. Sie wird nach außen hin durch eine Schutzkappe, die nach Verlassen des Rohres abgetrennt wird, oder eine optisch durchlässige Abdeckplatte 32 geschützt und besteht im wesentlichen aus einer Linse 33, dem weiteren holographischen Element 34, welches randseitig mit dem Geschoßboden 35 verbunden und gleichzeitig als Polarisator ausgebildet ist, sowie zwei Empfangsdetektoren 36, 37 und einer Auswerteelektronik 38.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Empfangsvorrichtung beschrieben:

Nach dem Abschuß wird beispielsweise bis zu einer Entfernung von ca. 1000 m die Rollage des jeweiligen Geschosses mit Hil fe des holographischen Elementes 34 und des Empfangsdetektors 37 bestimmt. Anschließend kann dann die Rollage des Flugkör pers durch Extrapolation unter Heranziehung der Intensitäts änderungen durch Verwendung eines Polarisationsfilters (welches bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls durch das holographische Element 34 gebildet wird) in dem jeweiligen Geschoß ermittelt werden.

Bei Erreichen eines vorgegebenen Entfernungsbereiches von z. B. 1000 bis 2000 m wird durch die Auswerteelektronik 38 in dem jeweiligen Geschoß der Empfangsdetektor 36 zur Bestimmung der Ablage aktiviert. Aufgrund der Modulation der empfangenen Signale ermittelt die Auswerteelektronik 38, in welchem Leit strahlsegment 10-14 sich das jeweilige Geschoß befindet. Be findet es sich im Leitstrahlsegment 10, wird keine Korrektur ausgelöst. Befindet es sich in einem der Leitstrahlsegmente 11-14, dann wird aufgrund der Modulation die Richtung ermit telt, in welcher eine Geschoßkorrektur erfolgen muß.

Da in dem vorgegebenen Entfernungsbereich die maximale Korrektur dem Abstand der Mittelpunkte der jeweils äußeren Leitstrahlsegmente 11-14 zu dem zentralen Leitstrahlsegment 10 entspricht und der Richtungswinkel der Korrektur im jeweiligen äußeren Leitstrahlsegment 11-14 konstant ist (in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in jedem Quadranten 45°), liegt die Geschoßachse nach der Korrektur immer innerhalb des Leitstrahlsegmentes 10 (d. h. jeder Punkt der äußeren Kreisfläche wird parallelverschoben auf die innere Kreisfläche 10 (Fig. 1). Mit Hilfe der Auswerteelektronik 38 wird mit diesen Informationen der optimale Auslösezeitpunkt für die Korrekturladung ermittelt.

Bezugszeichenliste

1 Maschinenwaffe, Feuerleitsystem, Laser vorrichtung
2-6 Geschosse einer Salve (Schwarms)
7 Bewegungsrichtung des Zieles
8 Ziel
9 Leitstrahl, Laserleitstrahl
10-14 Leitstrahlsegmente
15 Kollisionspunkt
16 Flugrichtung des Schwarms
17 Zielort
18 Mittelachse des Leitstrahls
19 Abtaststrahl des Feuerleitsystems
20 Impulsfolge
21 Laservorrichtung
22 Laser
23, 24 Strahlteiler
25-27 Modulatoren
28, 29 Umlenkspiegel
30 holographisches Element
31 Empfangsvorrichtung
32 Abdeckplatten
33 Linse
34 holographisches Element
35 Geschoßboden
36, 37 Empfangsdetektoren
38 Auswerteelektronik

Claims

1. Verfahren zur Flugbahnkorrektur von Geschossen mit Hilfe eines Leitstrahles, wobei in einem der Abfeuereinrich tung zugeordneten Feuerleitsystem laufend Zieldaten, wie Geschwindigkeit, Entfernung und Bewegungsrichtung, er faßt und zu der den Leitstrahl erzeugenden Laservorrich tung übertragen werden, und wobei die Geschosse jeweils eine den Leitstrahl empfangende Empfangsvorrichtung ent halten, gekennzeichnet durch die Merkmale:

a) der Leitstrahl wird auf den aufgrund der Zieldaten errechneten Kollisionspunkt gerichtet;
b) der Leitstrahl wird in mindestens fünf Teilstrahlen (Leitstrahlsegmente) aufgeteilt, die um ein zentra les auf den Kollisionspunkt ausgerichtetes Leit strahlsegment herum angeordnet sind;
c) Jedes Leitstrahlsegment wird unterschiedlich modu liert;
d) mit Hilfe der Empfangsvorrichtung ermittelt das je weilige Geschoß aus der Modulation des Leitstrahl segmentes, in dem es sich gerade befindet, die für die Korrektur erforderliche Winkellage in bezug auf den Kollisionspunkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsvorrichtung des Geschosses die Winkellage durch Auswertung der Modulation nur in einem vorgege benen Korrekturbereich ermittelt und danach die Korrek tur auslöst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das zentrale Leitstrahlsegment derart gewählt wird, daß es flächenmäßig eine vorgegebene Zielfläche für eine vorgegebene Zielentfernung abdeckt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Mittelpunkte der einzelnen äußeren Leitstrahlsegmente zum Mittelpunkt des zentralen Leitstrahlsegmentes derart gewählt wird, daß er der maximal möglichen Korrektur entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturbereich des Geschosses durch ein Zeitglied in einen definierten Entfernungsbereich, z. B. zwischen 1000 und 2000 m gelegt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Leitstrahlsegment phasenmoduliert wird und daß mit Hilfe eines entspre chenden Demodulators in dem jeweiligen Geschoß dessen jeweilige Rollage ermittelt wird.

7. Vorrichtung zur Flugbahnkorrektur von Geschossen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer der Abschußvorrichtung (1) der Geschos se zugeordneten Laservorrichtung (21) zur Erzeugung eines Leitstrahles (9), mit einem das Ziel (8) verfolgenden Feuerleitsystem (1) und mit einer in dem jeweiligen Geschoß angeordneten Empfangsvorrichtung (31), die zur Veränderung der Flugbahn des Geschosses mit einer entsprechenden Korrektureinrichtung ( ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Laservorrichtung (21) mittels entsprechender Signale des Feuerleitsystems (1) derart bewegbar ist, daß der Leitstrahl (9) kontinuier lich das Ziel (8) verfolgt, daß der Leitstrahl (9) sich aus mindestens fünf um ein zentrales Leitstrahlsegment (10) herum angeordneten Leitstrahlsegmenten (11-14) zu sammensetzt, und daß in der Laservorrichtung (21) Modu latoren (25-27) vorgesehen sind, die jedem Leitstrahl segment (10-14) eine unterschiedliche Modulation aufprä gen, so daß die Empfangsvorrichtung (31) des jeweiligen Geschosses dem Leitstrahl (9) die für die Korrektur erforderlichen Daten entnehmen kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Laservorrichtung (21) aus einem Laser (22) und einer der Anzahl der Leitstrahlsegmente entsprechenden Anzahl von Strahlenteilern (23, 24) besteht, daß auf der dem Laser (22) abgewandten Seite der Strahlenteiler (23, 24) zur Modulation der Leitstrahlsegmente Modulatoren (25-27) angeordnet sind, und daß Umlenkspiegel (28, 29) vor gesehen sind, mittels der die äußeren modulierten Leit strahlsegmente (11-14) derart ausrichtbar sind, daß in einer vorgebbaren Entfernung der Abstand der Mittelpunk te der äußeren Leitstrahlsegmente (11-14) von dem Mit telpunkt des zentralen Leitstrahlsegmentes (10) der maximal möglichen Korrektur entspricht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich net, daß zur Flugbahnkorrektur von rotierenden Geschos sen die Laservorrichtung (21) zusätzlich einen Modulator (30) zur Modulation des zentralen Leitstrahlsegmentes (10) aufweist, wobei die Modulation dieses Leitstrahl segmentes (10) zur Rollagebestimmung des jeweiligen Geschosses herangezogen wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation des zentralen Leitstrahlsegmentes (10) mit Hilfe eines optischen Elementes, insbesondere eines holographischen optischen Elementes (30) erfolgt, wobei in der Empfangsvorrichtung (31) des jeweiligen Geschosses ein entsprechendes holographisches Element (34) angeordnet ist, welches mit dem Geschoß verbunden ist.