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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum
Erfassen einer Bedrohung, die auf ein festes oder mobiles Objekt
abgeschossen ist, insbesondere einer Munition deren Flugbahn nahe
an einem gepanzerten Fahrzeug liegt.
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Derzeit
ist eine große
Anzahl von Munitionen bekannt, ungelenkte Flugkörper oder andere Geschosse.
Es sind ebenfalls Techniken zum Ködern, zur Tarnung oder zur
Störung
bekannt, um sich gegen diese Munitionen zu schützen. Dennoch können diese
Techniken nicht verwendet werden, wenn die Munitionen einer Behandlung
zur Härtung
unterzogen wurden oder wenn diese Munitionen auf zu kurze Distanzen
abgeschossen werden, damit die Mittel zum Ködern, zur Tarnung oder zur
Störung
rechtzeitig ausgerichtet und eingesetzt werden können.
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Wenn
die Munition auf kurzer Distanz abgeschossen wird oder gegen Störung oder
Ködern
unempfindlich sind, kann eine Form des Schutzes darin bestehen,
dass die Munition physisch, durch mechanische Einwirkung zum Beispiel,
in der Nähe
des gepanzerten Fahrzeuges und genau vor dem Aufprall angegriffen
wird, indem gegen sie verletzende Elemente, wie Scheiben oder Stäbe, geschleudert
werden. Ziel dieses Angriffes ist es, die Durchschlags-Fähigkeit
der Munition derart zu vermindern, dass ihre restliche Wirkung durch
die Panzerung des Fahrzeuges absorbiert wird.
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Konkret
macht die Verwendung dieser Art des Schutzes die Berechnung des
Schnittpunktes zwischen dem Vektor des Gegenschlages, der vom Panzer
abgeschossen wird, und der Munition notwendig, wodurch es notwendig
ist, die Ankunft der Munition zu erfassen, sie als solche zu identifizieren und
mit Präzision
deren Flugbahn und Geschwindigkeit zu bestimmen, mit der Kenntnis,
dass:
- – die
Geschwindigkeit der Munition von 200 m/s bis 1000 m/s für Fernlenkgeschosse
und ungelenkte Flugkörper
und von 1000 m/s bis 2000 m/s für
Geschosse variieren kann,
- – der
Durchmesser der Munition von ungefähr 1 cm für Geschosse mit spitzer Bauart
bis mehr als 20 cm für
Fernlenkgeschosse reichen kann und
- – die
Länge der
Munition im Allgemeinen größer als
60 cm ist.
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Im
Allgemeinen ist die Behandlung von Bedrohungen, wie Lenkflugkörper, leichter
als die von kinetischen Projektilen auf Grund der Geschwindigkeit,
Annäherung
und Verwundbarkeit. Tatsächlich kann
bei den Lenkflugkörpern
der Aufprall eines oder mehrerer Splitter oder kleiner Projektile,
die vom gepanzerten Fahrzeug aus weggeschleudert werden, genügen, um
diese Lenkflugkörper
zu neutralisieren. Diese Art der Verteidigung vereinfacht die Erfassung ebenso
gut wie die Behandlung des Gegenschlages mit Splitterladungen, da
es nicht notwendig ist, die Flugbahn und den Einschlagpunkt mit
Präzision
zu kennen.
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Demgegenüber ist
die Behandlung von kinetischen Projektilen andererseits komplizierter
wegen ihrer hohen Geschwindigkeit und der Notwendigkeit, die Projektile
mit einer sehr großen
Energie anzugreifen, was die genaue Kenntnis der Flugbahn des Projektils
voraussetzt, da es von einem gepanzerten Fahrzeug aus nicht ermöglicht werden
kann, eine Masse mit großer
Geschwindigkeit auf eine Fläche oder
unter einem sehr großen
Winkel zu schleudern.
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Es
ist daher notwendig, ein Mittel zum Erfassen der Bedrohung anzuordnen,
das in der Lage ist, sie mit einer extremen Zuverlässigkeit
zu identifizieren, um zu vermeiden, dass nicht falsche Alarme ungewollte
Gegenschläge
vom gepanzerten Fahrzeug aus auslösen, sie mit einer extremen
Präzision
in der Größenordnung
von einigen Zentimetern zu lokalisieren und eine Reaktionszeit zu
besitzen, die mit der nachträglichen
Behandlung der Bedrohung vereinbar ist.
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Ausgehend
von diesen Bedingungen sind bereits verschiedene Arten von Lösungen ins
Auge gefasst worden.
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Eine
bekannte Lösung
besteht darin, ein Zentimeter- oder Millimeter-Radar zu verwenden, aber
diese Lösung
stellt große
Nachteile dar, wie: Geringe Präzision
bei der Lokalisierung der Bedrohung und die Tatsache, dass dieses
Radar ein nicht getrenntes und teures aktives Element ist.
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Weitere
bekannte Lösungen
basieren auf Bildsensoren, die mit Bildverarbeitungen verknüpft sind,
aber diese Art von Lösung
führt dazu,
dass Sensoren eingesetzt werden, die dafür geeignet sind, bei Erfassungsfrequenzen
von einigen KHz zu arbeiten. Obwohl es derartige Sensoren bereits
im sichtbaren Spektralband oder in der Nähe von Infrarot gibt, sind sie
für eine
passive Verwendung wenig geeignet, da die Szenerie beleuchtet werden
muss.
FR-2570835-A1 beschreibt
eine Vorrichtung zur optischen Erfassung des Durchzugs eines beweglichen Körpers durch
eine Zone einer Fläche
und zur Lokalisierung des Punktes der Durchquerung der Fläche durch
den beweglichen Körper.
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Schließlich werden
in der Literatur auch Lösungen
vorgefunden, welche Mitteln Bedeutung beimessen, die Radar und Optronik
kombinieren, wobei diese Lösungen
jedoch zu besonders hohen Einsatzkosten führen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erfassen einer Bedrohung
zu entwickeln, das einerseits die vorgenannten Nachteile beseitigen
und andererseits durch ein zuverlässiges und kostengünstiges
System eingesetzt werden kann.
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Zu
diesem Zweck schlägt
die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen einer Bedrohung vor, insbesondere
einer Munition mit hohem Durchschlagsvermögen, die in geringem Abstand
zu einem gepanzerten Fahrzeug auf ein festes oder mobiles Objekt
abgeschossen ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist,
dass es darin besteht, dass:
- – vor einer
Objektzone wenigstens zwei Beobachtungsfelder derartig definiert
werden, dass die Bedrohung gezwungen ist, diese zwei Felder zu durchqueren,
bevor sie die Objektzone erreicht,
- – die
Eintritts- und Austrittspunkte der Bedrohung in jedem Beobachtungsfeld
und deren Koordinaten in Bezug auf ein Bezugssystem erfasst werden,
- – die
von der Bedrohung benötigten
Zeiten, um jedes Beobachtungsfeld zu durchqueren und um von einem
Beobachtungsfeld zum anderen zu gelangen, berechnet werden und
- – anhand
der Koordinaten der Eintritts- und Austrittspunkte einerseits und
der Zeiten der Durchquerung der Bedrohung andererseits wenigstens die
Geschwindigkeit und die Flugbahn der Bedrohung berechnet werden,
um es dem Objekt zu ermöglichen,
einen geeigneten Gegenschlag gegen die Bedrohung auszulösen.
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Ganz
allgemein besteht das Verfahren einerseits darin, dass jedes Beobachtungsfeld
anhand von Photozellen-Detektoren definiert wird, die in Linien
in einer im Wesentlichen senkrechten Ebene in Bezug auf das Objekt
angeordnet sind, und andererseits aus einer Optik, um zwei senkrechte
Ebenen zu definieren, die ein Dieder bilden und jedes Beobachtungsfeld
in der Form eines winkeligen Sektors begrenzt.
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Insbesondere
besteht das Verfahren darin, dass jede Diederfläche eines Beobachtungsfeldes anhand
eines Paares von Stäben
oder Matrizen von Photozellen-Detektoren definiert wird, wobei diese beiden
Paare von einander beabstandet angeordnet sind, damit die beiden
Beobachtungsfelder einander schneiden.
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Das
Verfahren besteht ebenfalls darin, dass der Typ der Bedrohung identifiziert
wird, indem deren Länge
unter Berücksichtigung
unter anderem der Zeit, die für
die Bedrohung notwendig ist, um wenigstens ein Beobachtungsfeld
zu durchqueren, berechnet wird.
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Vorteilhafterweise
besteht das Verfahren darin, dass die Oberflächentemperatur der Bedrohung gemessen
wird, um sie mit größerer Genauigkeit
zu identifizieren, insbesondere wenn die Bedrohung ein Spitzgeschoss
ist, und zu diesem Zweck besteht das Verfahren darin, dass Stäbe mit Photozellen-Detektoren
verwendet werden, die auf verschiedene Wellenlängen im thermischen Infrarotbereich
empfindlich reagieren.
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Gegenstand
der Erfindung ist ebenfalls ein System zum Erfassen einer Bedrohung,
die auf ein festes oder mobiles Objekt abgeschossen ist, zur Durchführung des
zuvor definierten Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst:
- – Stäbe oder
Matrizen mit Photozellen-Detektoren, die mit einer optischen Vorrichtung
verknüpft sind,
um wenigstens zwei Beobachtungsfelder vor einer Objektzone zu definieren,
und
- – Mittel
zur analogen und numerischen Behandlung, die mit den gesagten Photozellen-Detektoren
verbunden sind, um die Ankunft einer Bedrohung, die die beiden Beobachtungsfelder
durchquert, anhand von den analogen Signalen, die von den Photozellen-Detektoren geliefert
werden, zu erfassen und wenigstens die Geschwindigkeit, die Flugbahn
und die Länge
der Bedrohung zu berechnen.
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Ganz
allgemein:
- – wird jedes Beobachtungsfeld
anhand eines Paares von zwei benachbarten Stäben von Photozellen-Detektoren,
die in einer in Bezug auf das Objekt im Wesentlichen senkrechten
Ebene angebracht sind, definiert und
- – werden
die beiden Stab-Paare mit Photozellen-Detektoren von dem Objekt
gehalten und sind voneinander beabstandet angeordnet, damit die beiden
Beobachtungsfelder, die sie definieren, einander schneiden.
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Das
System zur Durchführung
des Verfahrens weist insbesondere den Vorteil auf, dass es unkompliziert
ist und dazu eine hohe Zuverlässigkeit
bei der Behandlung von Bedrohungen aufweist, die dazu fähig sind,
das gepanzerte Fahrzeug anzugreifen und es dem Letzteren erlauben,
in der am besten geeigneten Art und Weise kontern zu können.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung erscheinen deutlicher
bei der Lektüre der
folgenden, ergänzenden
Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die einzig und allein als
Beispiel angegebenen beigefügten
Abbildungen folgt, in denen:
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1 und 2 die Projektionen zweier Beobachtungsfelder,
die vor dem Objekt definiert sind, jeweils in einer horizontalen
Ebene und in einer vertikalen Ebene gemäß einer ersten Ausführungsform
eines Systems zur Durchführung
des Verfahrens der Erfindung schematisch darstellen,
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3 in einer horizontalen
Ebene die Flugbahn einer Bedrohung schematisch darstellt, die die beiden
Beobachtungsfelder, wie sie in den 1 und 2 dargestellt sind, durchquert,
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4 eine Ansicht in einer
vertikalen Ebene der Beobachtungsfelder gemäß einer zweiten Ausführungsform
ist und
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5 und 6 die Projektionen zweier Beobachtungsfelder,
die um das Objekt herum definiert sind, jeweils in einer vertikalen
Ebene und in einer horizontalen Ebene gemäß einer dritten Ausführungsform
schematisch darstellen.
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Wie
es im Oberbegriff erwähnt
wird, ist ein gepanzertes Fahrzeug dagegen empfindlich, von einer
Bedrohung angegriffen zu werden, die in geringer Entfernung von
diesem Fahrzeug aus abgeschossen werden kann.
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Um
gegen diese Bedrohung einen geeigneten Gegenschlag auslösen zu können, ist
das gepanzerte Fahrzeug mit einem System ausgerüstet, das in der Lage ist,
die Ankunft der Bedrohung zu erfassen, sie als solche zu identifizieren,
deren Flugbahn und Geschwindigkeit mit Präzision zu bestimmen und, falls
möglich,
sie zu identifizieren.
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Gemäß der Erfindung
wird die Ankunft einer Bedrohung von einem Verfahren erfasst, das
darin besteht, dass ausgehend vom gepanzerten Fahrzeug und vor dessen
Zone Beobachtungsfelder derartig definiert werden, dass gemäß der in
den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform
die Bedrohung wenigstens zwei dieser Felder CH1 und CH2 notwendigerweise
durchqueren muss, bevor sie die Zone des gepanzerten Fahrzeuges
erreicht.
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Jeder
mit seiner Optik verknüpfte
Stab begrenzt eine Beobachtungsebene. Da die zwei Stäbe, die
ein Beobachtungsfeld begrenzen, sehr nahe liegen, können sie
als räumlich
verschmolzen angesehen werden. Unter diesen Bedingungen wird jedes Beobachtungsfeld
CH1 und CH2 von den zwei Seiten eines Dieders, der den zwei Beobachtungsebenen entspricht,
und von der gemeinsamen, durch die Stäbe gekennzeichneten Kante begrenzt.
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Jeder
Detektor des Stabes ist in der Lage, zu reagieren, sobald die Bedrohung
die Beobachtungsebene des einen oder des anderen Stabes durchquert.
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Die
beiden Stäbe
mit Photozellen-Detektoren, die mit zwei Seiten eines Dieders verknüpft sind, werden
im Bereich der gemeinsamen Kante des Dieders angeordnet, und die
beiden Stab-Paare
mit Photozellen-Detektoren werden von dem Objekt gehalten, sind
beide in einer in Bezug auf das Objekt im Wesentlichen senkrechten
Ebene gelegen und derartig angeordnet, dass die beiden Beobachtungsfelder
CH1 und CH2 einander schneiden.
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Die
beiden Beobachtungsfelder CH1 und CH2 sind schematisch in der Projektion
in einer horizontalen Ebene H (1)
und in einer vertikalen Ebene V (2)
dargestellt.
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Die
beiden Stäbe
b'1 und b1 mit Photozellen-Detektoren,
die mit dem Beobachtungsfeld CH1 verknüpft sind, liegen am Punkt B.
Der Stab b'1 ist
mit der Seite f'1
des Dieders verknüpft,
während
der Stab b1 mit der Seite f1 des Dieders verknüpft ist, wobei diese beiden
Seiten f'1 und f1
Winkel θ'1 und θ1 in Bezug
auf die horizontale Achse AX (1)
bilden. In analoger Weise liegen die beiden Stäbe b'2 und b2 mit Photozellen-Detektoren,
die mit dem Beobachtungsfeld CH2 verknüpft sind, am Punkt A.
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Die
beiden Seiten f'1
und f1 des Beobachtungsfeldes CH1 grenzen zwischen sich einen Winkel α1 in der
senkrechten Ebene V ab (2),
während
die beiden Seiten f'2
und f2 des Beobachtungsfeldes CH2 zwischen sich einen Winkel α2 in dieser senkrechten
Ebene V abgrenzen (2).
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Eine
Bedrohung M ist in Richtung des gepanzerten Fahrzeuges abgeschossen
worden. Es wird angenommen, dass die Bedrohung eine Flugbahn entsprechend
einer Richtung D aufweist, wobei diese Flugbahn an eine Gerade angeglichen
werden kann. Tatsächlich
kann es zugelassen werden, dass die Geschwindigkeit der Bedrohung
M in dem betrachteten Zeitintervall, das von nur wenigen Mikrosekunden bis
zu einigen Millisekunden variieren kann, im Wesentlichen konstant
ist und dass in diesem Zeitintervall das Fahrzeug, selbst wenn es
in Bewegung ist, als stationär
betrachtet werden kann.
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Es
wird angenommen, dass die Bedrohung M nacheinander die beiden Beobachtungsfelder
CH2 und CH1 durchquert. Bei dieser in 3 in
der horizontalen Ebene H (3)
dargestellten Hypothese:
- – erfasst ein Detektor des
Stabes b'2 den Eintrittspunkt
der Bedrohung M in das Beobachtungsfeld CH2, wobei dieser auf eine
horizontale Ebene H projizierte Punkt einen Punkt M'2 ergibt, und
- – erfasst
ein Detektor des Stabes b2 den Austrittspunkt der Bedrohung M aus
dem Beobachtungsfeld, wobei dieser auf die horizontale Ebene H projizierte
Austrittspunkt einen Punkt M2 ergibt.
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In
einer ähnlichen
Weise können
der Eintrittspunkt M'1
und der Austrittspunkt M1 der Bedrohung M definiert werden, die
dann das Beobachtungsfeld CH1 durchquert.
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Es
können
so die Zeiten T22, T21 und T11 berechnet werden, welche die Bedrohung
M benötigt,
um jeweils das Feld CH2 zu durchqueren, um vom Feld CH2 zum Feld
CH1 zu gelangen und um das Feld CH1 zu durchqueren.
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In
der Kenntnis, dass die damit verknüpften Geschwindigkeiten V22,
V21 und V11 der Bedrohung M dieselben sind, können daraus die zwei folgenden Beziehungen
abgeleitet werden: T21 × M'2M2 = T22 × M2M1 (V22 = V21) T11 × M'2M2 = T22 × M'1M1 (V22 = V11).
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Diese
zwei Beziehungen führen
zu vier Gleichungen entsprechend der Projektionen auf den zwei Achsen
der horizontalen Ebene H. Außerdem
gehört. jeder
der vier Punkte M'2,
M2, M'1 und M1 zu
verschiedenen Geraden der horizontalen Ebene H, was vier zusätzliche
Gleichungen liefert. Es werden somit acht Gleichungen mit acht Unbekannten
vorgesehen, wobei diese Letzteren die zwei Koordinaten jedes Punktes
M'2, M2, M'1 und M1 in der horizontalen Ebene
H sind.
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Es
kann so die Geschwindigkeit der Bedrohung M in der horizontalen
Ebene H berechnet werden.
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Außerdem wird
die Koordinate entsprechend einer vertikalen Achse von jedem der
vier Punkte, wo die Bedrohung M die Beobachtungsfelder CH1 und CH2
kreuzt, anhand der Photozellen-Detektoren,
die reagiert haben und die für
den Standort der Bedrohung M repräsentativ sind, abgeleitet,
in der Kenntnis, dass die Auflösung
der Messung des Standortes gleich α/N ist, wo N die Anzahl der
in einem Stab enthaltenen Photozellen-Detektoren darstellt.
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Anhand
dieser Koordinaten entsprechend der vertikalen Achse, der Koordinaten
der Punkte M'2,
M2, M'1 und M1 in
der horizontalen Ebene H und der Messung der Zeiten T22, T21 und
T11 kann die Geschwindigkeit der Bedrohung M entsprechend der vertikalen
Achse berechnet werden.
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Die
räumliche
Flugbahn und Geschwindigkeit der Bedrohung M sind nun bekannt, und
es kann nun ein Gegenschlag vom Fahrzeug aus ausgelöst werden.
Dieser Gegenschlag, der zum Beispiel von einem System zum Wegschleudern
von verletzenden Elementen gebildet wird, wird ausgelöst, nachdem ein
Abfangpunkt und der zweckmäßige Zeitpunkt
für dieses
Auslösen
berechnet wurden.
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Ganz
allgemein ist es ebenfalls wünschenswert,
den Typ der Bedrohung M identifizieren zu können, insbesondere im Falle
eines Spitzgeschosses.
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Anhand
der Signale, welche von den Photozellen-Detektoren geliefert werden,
die durch den Durchgang der Bedrohung M sensibilisiert werden, kann
die Länge
dieser Bedrohung abgeleitet werden, was jedoch nicht ausreichend
ist, um sie auf präzise Weise
zu identifizieren.
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Ein
Mittel zur Identifikation besteht darin, dass die Temperatur der
Oberfläche
der Bedrohung M gemessen werden kann, die im Falle eines Spitzgeschosses
mehrere hundert Grad erreichen kann.
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Zu
diesem Zweck werden die beiden Paare von Photozellen-Detektoren ausgewählt, um
in zwei unterschiedlichen Wellenlängen-Bändern
zu arbeiten, was es erlaubt, auf die wahre Temperatur der Bedrohung
M zurückzugreifen,
wobei zum Beispiel das eine der beiden Bänder von 3 bis 5 μm und das
andere von 3 bis 12 μm
reicht.
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Vorzugsweise
wird ein Kompromiss bei der Wahl dieser Wellenlängen-Bänder gewählt, um mehrere Typen von Bedrohungen
zu identifizieren.
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Ganz
allgemein kann der entsprechende Winkel oder jedes Beobachtungsfeld
jeder Diederseite ausgewählt
werden, um so fein wie möglich
zu sein, um die Genauigkeit der Erfassung zu verbessern. Dennoch
ist diese Feinheit nicht unerlässlich, da
es möglich
ist, sich einzig und allein auf die Anfänge der Erfassung durch die
Diederseite zu stützen, um
die zuvor beschriebenen Berechnungen durchzuführen. Konkret ist die einzige
zu beachtende Bedingung, dass die von der Bedrohung ausgestrahlte
Energie größer als
die Grundenergie ist, die von den Photozellen-Detektoren aufgenommen wird.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform,
die in 4 in einer vertikalen
Ebene schematisch dargestellt ist, wird ein Beobachtungsfeld CH3
hinzugefügt,
das zum Beispiel vom Dach des Fahrzeuges ausgeht und zum Boden hin
gerichtet ist und die zwei Beobachtungsfelder CH1 und CH2 schneidet.
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In
diesem Fall steigt die Zahl der Unbekannten (M0 und M'0), aber basierend
wie zuvor auf dem Prinzip, dass die Geschwindigkeit der Munition
als konstant angenommen wird, erweitert sich das System um eine
ausreichende große
Anzahl von Gleichungen, damit die räumliche Flugbahn (und nicht mehr
nur in einer Projektionsebene) vollkommen identifiziert werden kann.
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Mit
dieser Ausführungsform
wird die Messung des Standortes der Punkte, an denen die Bedrohung
M die Beobachtungsfelder CH1 und CH2 kreuzt, überflüssig. So wird die Anzahl der
Photozellen-Detektoren
pro Stab nicht mehr durch die Soll-Auflösung in einer vertikalen Ebene
sondern durch die Erlangung eines ausreichenden Verhältnisses
von Signal/Rauschen in dem betrachteten Feld diktiert.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform,
die schematisch in den 5 und 6 dargestellt ist, werden
drei Beobachtungsfelder CH1, CH2 und CH3 verwendet, die konische
Formen besitzen (die das Fahrzeug umgeben), wie in 5 gezeigt wird, und die in einer horizontalen
Ebene H konzentrische Kreise C'3-C3,
C'2-C2 und C'1-C1 bilden, die sich schneiden.
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In
diesem Beispiel wird wenigstens eine Geschwindigkeit und die Flugbahn
der Bedrohung M bestimmt, indem die Reihenfolge, in der die Felder
CH1, CH2 und CH3 gekreuzt werden, und die gemessenen Zeiten zwischen
jeder Feld-Kreuzung erfasst werden. Dennoch sind die Gleichungen,
die sich daraus ergeben, nicht linear und somit schwieriger zu lösen als
in den vorhergehenden Ausführungsformen.
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Ganz
allgemein handelt es sich bei den Photozellen-Detektoren zum Beispiel
um photovoltaische Typen, die analoge Signale liefern.