-
Gebiet der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft Informationssammelsysteme für den militärischen Nachrichtendienst. Spezieller
betrifft die Erfindung ein personenbezogenes System zur Aufklärung auf
Basis von Abschüssen
durch ein Gewehr.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Das
Sammeln von Geheiminformation zu einem Kampfgebiet ist ein gut bekanntes
Problem im Stand der Technik. Einerseits ist Geheiminformation eine
wesentliche Komponente des Kampfgebiets; andererseits existieren
Hindernisse zum Erhalten derartiger Information. Die herkömmliche
Maßnahme zum
Sammeln von Information zu einem Kampfgebiet beinhaltet das Aussenden
einer Aufklärungseinheit.
Jedoch beinhaltet die Verwendung menschlicher Aufklärungsarbeit
nicht nur Gefahren für
die Mannschaft der Aufklärungseinheit,
sondern für
die gesamte Truppe, da die Aufklärungseinheit
vom Feind gefangen genommen werden und befragt werden kann. Außerdem existieren
Situationen, in denen eine lebende Person keinen körperlichen
Zugang zu einem Ort erlangen kann, an dem feindliche Aktivitäten vorliegen.
-
Es
ist zu beachten, dass der Begriff "Geheiminformation zu einem Kampfgebiet" nicht nur auf Armeeaktivitäten eingeschränkt ist,
sondern dass davon alle Arten von Situationen umfasst sind, bei
denen feindliche Aktivitäten
auftreten. Dazu gehören beispielsweise
Polizeiaktivitäten,
die gegen normale Kriminelle, Terroristen, Unterwanderer usw. gerichtet sind.
Demgemäß gilt jede
Bezugnahme auf Geheiminformation, Soldaten, Kampfgebiete usw. auch
mit den nötigen
Abänderungen
auch für
zivile Anwendungen.
-
Heutzutage
sind, einhergehend mit der Entwicklung der Technik, bessere, weniger
risikobehaftete Lösungen
zu diesem Punkt eingeführt.
Eine davon ist das ferngesteuerte Fahrzeug (RPV = Remotely Piloted
Vehicle), bei dem es sich um ein unbemanntes Fahrzeug (im Allgemeinen – jedoch
nicht ausschließlich – ein Luftfahrzeug)
handelt, das über eine
Kommunikationsstrecke von einem entfernten Ort aus gesteuert wird.
-
Andere
Entwicklungen auf diesem Gebiet beschäftigen sich mit Projektilen,
die eine Geheiminformation sammelnde Einrichtung enthalten und aus einem
Artillerierohr abgeschossen werden, wie es im
US-Patent 3,962,537 und im
US-Patent 5,467,681 offenbart
ist. Die Nachteile dieser Erfindungen liegen in der Größe und dem
angewendeten Fotografieverfahren. Wegen der Größe, gemäß diesen Patenten, wird das
Projektil aus einem Artillerierohr abgeschossen, was zu logistischen
Problemen wie der Koordination mit einer Geschützbatterie führt, und
demgemäß sind diese
Lösungen
auf der Ebene von Einzelpersonen ungeeignet, d. h. bei Situationen,
bei denen Einzelpersonen unmittelbare Geheiminformation benötigen, jedoch
nicht in Kontakt mit geeigneter Artillerieunterstützung stehen.
Betreffend das Fotografieverfahren wird die Kamera an einem Landefallschirm platziert,
und demgemäß wird ein
abgezirkeltes, von oben fotografiertes Gebiet überdeckt, was zu Zielproblemen
führt.
-
Das
US-Patent 6,056,237 (das
die Grundlage für
den unabhängigen
Anspruch 1 bildet) beschreibt ein tragbares System zum Sammeln von
Geheiminformation, das von einer Kartätschenvorrichtung abgeschossen
wird.
-
Alle
oben beschriebenen Verfahren haben bisher keine zufriedenstellende
Lösungen
beim Problem, Geheiminformation zu einem Kampfgebiet auf persönlicher
Ebene zu sammeln, gebracht.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein System zum
Sammeln von Geheiminformation zu einem Kampfgebiet zu schaffen,
die zur Verwendung durch einen einzelnen Soldaten, Polizisten und
dergleichen geeignet sind.
-
Es
ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein System
zum Sammeln von Geheiminformation zu einem Kampfgebiet zu schaffen, die
von einem durch eine Einzelperson unabhängig bedienten und transportierten
Gewehr abgeschossen werden können.
-
Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein System
zum Sammeln von Geheiminformation zu einem Kampfgebiet zu schaffen, deren
Betrieb einfacher als bei den Verfahren gemäß dem Stand der Technik ist.
-
Es
ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein
System zum Sammeln von Geheiminformation zu einem Kampfgebiet mit Herstellkosten,
die beträchtlich
niedriger als Verfahren und Systeme gemäß dem Stand der Technik sind,
zu schaffen.
-
Es
ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein
System zum Sammeln von Geheiminformation zu einem Kampfgebiet zu schaffen,
die "über den
Berg" oder auf städtische
Objekte zielen können.
-
Andere
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden im Verlauf der Beschreibung
ersichtlich werden.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft ein Aufklärungssystem mit:
einem
Projektil mit einer Öffnung,
durch die Bilder eines Zielgebiets erfasst werden können;
einer
tragbaren Abschusseinrichtung, die mit einem Gewehr verbunden werden
kann, um das Projektil abzuschießen, damit es dem Zielgebiet
entlang über dieses
fliegt;
einer Bilderfassungseinrichtung im Projektil zum Erfassen
von Bildern des Zielgebiets durch die Öffnung hindurch;
einem
Sender im Projektil zum Senden der erfassten Bilder während seines
Flugs an eine Fernstation;
eine Einrichtung zum Stabilisieren
des Projektils und/oder der Bilderfassungseinrichtung während des Flugs
in einer ballistischen Flugbahn über
dem Zielgebiet; und
einer Fernstation mit einem Empfänger zum
Empfangen der vom Projektil gesendeten Bilder sowie einem Monitor
mit einem Display zum Anzeigen der empfangenen Bilder.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung besteht die Stabilisiereinrichtung aus Flügel, die
an der Rückseite
des Projektils angebracht sind. Gemäß einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung besteht die Stabilisiereinrichtung aus einer Kreiseleinrichtung,
die die Orientierung der Bilderfassungseinrichtung in Bezug auf das
Projektil und das Zielgebiet bestimmt.
-
Die
Bilderfassungseinrichtung kann von jedem beliebigen Typ sein, und
beispielsweise wird sie aus einer optischen Kamera, einer Infrarotkamera, einem
CCD und einem CMOS ausgewählt.
-
Die
Bilder werden vorzugsweise – jedoch ohne
dass eine Einschränkung
hierauf bestünde – unter
Verwendung von HF-Übertragung
an die Fernstation übertragen.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung verfügt
das Projektil über eine
auf seine Außenfläche aufgedruckte
Antenne, wobei die aerodynamische Kontur des Projektils erhalten
bleibt.
-
Es
ist möglich,
so vorzugehen, dass das Projektil über eine unabhängige Betriebseinrichtung
verfügt,
wobei dies jedoch nicht die bevorzugteste Betriebsart ist. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird jedoch das Projektil durch eine Patrone angetrieben,
die eine Ladung mit einer Menge enthält, die den ballistischen Eigenschaften des
Projektils und dem Abstand des Abschusspunkts zum Ziel entspricht.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die tragbare Abschusseinrichtung mit einer von
einer Person getragenen Waffe verbunden. Bei einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ist die tragbare Abschusseinrichtung unabhängig von
einer von einer Person getragenen Waffe.
-
Die
als Fernstation verwendete Rechenvorrichtung, die die durch das
Projektil gesendeten Bilder empfängt,
kann von jedem beliebigen geeigneten Typ sein. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Rechenvorrichtung aus Laptopcomputern, PDAs
und Pocket-PCs ausgewählt.
-
Gemäß noch einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung verfügt
die Bilderfassungseinrichtung über
zwei getrennte, beabstandete Linsen, um dadurch dreidimensionale
Bilder zu erzeugen. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden zwei getrennte Kameras dazu verwendet, das
Gesichtsfeld zu vergrößern, ohne
dass ein Nachteil einer verringerten Bildauflösung entstünde.
-
Dreidimensionale
Bilder können
auf eine Anzahl von dem Fachmann gut bekannten Arten erhalten werden,
beispielsweise unter Verwendung zweier getrennter Kameras, die so
positioniert sind, dass ein Stereobild erzeugt wird. Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das in der eben falls anhängigen
israelischen Patentanmeldung Nr. 150131 mit
dem Titel "Stereoscopic
Movie", das am 10.
Juni 2002 von derselben Anmelderin eingereicht wurde, beschriebene
Verfahren verwendet.
-
Wie
angegeben, ist es erforderlich, das Projektil so zu stabilisieren,
dass die Bilderfassungseinrichtung dem zu fotografierenden Gebiet
zugewandt ist. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung verfügt
die Einrichtung zum Stabilisieren des Projektils über einziehbare
Flossen und einen umlaufenden, oben angesetzten Flügel.
-
Der
Sender kann die Bilder an eine oder mehrere Stabilisiereinrichtungen
senden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die
Bilder gemeinsam mit einem Auswählcode
gesendet, der ihren Empfang nur durch vorbestimmte Stationen ermöglicht.
-
Während in
dieser ganzen Beschreibung auf Bilderfassungseinrichtungen und Bildübertragungsvorgänge Bezug
genommen ist, ist es vom Fachmann zu beachten, dass zusätzlich zu
Kameras – oder
anstelle von solchen, andere Datenerfassungseinrichtungen verwendet
werden können.
Beispielsweise können
Sensoren, die das Vorliegen chemischer und/oder biologischer Substanzen
erfassen, gemeinsam mit einer Signalerzeugungseinrichtung vorhanden
sein, um an die Empfangsvorrichtung des Benutzers ein Signal zu
senden, das den Pegel oder das Fehlen derartiger erfasster chemischer
oder biologischer Substanzen repräsentiert. Andere Sensoren und
Anwendungen sind dem Fachmann leicht ersichtlich, und sie werden
hier der Kürze
halber nicht detailliert erörtert,
wobei es zu beachten ist, dass die Ausführungsform alle derartigen
alternativen oder entsprechenden Sensoren und Systeme umfassen soll.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die
obigen und andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden
durch die folgende veranschaulichende und nicht beschränkende,
detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen derselben unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
besser verständlich
werden.
-
1 veranschaulicht
schematisch den Flug eines Projektils eines von einem Gewehr abgeschossenen
Aufklärungssystems
(nachfolgend als RLRS = "Rifle- Launch-Reconnaissance-System" bezeichnet) gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
2 veranschaulicht
schematisch einen Soldaten, der ein Projektil als Teil eines RLRS
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung abschießt;
-
3 veranschaulicht
schematisch den Abschussmechanismus eines RLRS gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
4 veranschaulicht
schematisch einen Projektilteil eines RLRS gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
-
5 veranschaulicht
schematisch ein Blockdiagramm des Betriebs eines RLRS gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
6 veranschaulicht
schematisch die elektronischen Teile eines RLRS gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
7 veranschaulicht ein typisches Projektil gemäß einer
bevorzugten Aus– führungsform
der Erfindung, und zwar durch eine perspektivische Ansicht (7A)
und eine Seitenansicht (7B); und
-
8 ist
ein Kraftdiagramm zur Rollstabilisierung für das Projektil der 7.
-
Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
-
Der
Begriff "von einem
Gewehr abgeschossenes Aufklärungssystem" (RLRS) bezeichnet
hier ein System zum Sammeln von Geheiminformation, das durch eine
an einer tragbaren Waffe angebrachte Abschusseinrichtung abgeschossen
wird.
-
Fotografiertes Gebiet
-
Die 1 veranschaulicht
schematisch den Weg eines Projektils eines RLRS gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung. Beim Stand der Technik muss das Projektil, wegen
der Verwendung eines Fallschirms, auf solche Weise abgeschossen
werden, dass der Fallschirm über
dem Zielgebiet öffnet.
Gemäß der Erfindung
ist der Weg im Zielgebiet flach, und demgemäß ist das fotografierte Gebiet
ein Streifen entlang dem Weg des Projektils.
-
Gemäß der Erfindung
startet die am Projektil montierte Kamera, ab dem Abschusspunkt
zu fotografieren. Demgemäß ist das überdeckte
Gebiet 60 typischerweise ein Band mit einer Breite von 200–300 Metern
und einer Länge
von 500–1000
Metern. Durch Fotografieren ab dem Abschusspunkt wird ein einfacheres
Ausrichten auf ein spezielles Gebiet im Vergleich zum Stand der
Technik erzielt. Darüber
hinaus kann auch das Gebiet um den Abschusspunkt herum überdeckt
werden.
-
Da,
wie angegeben, Vorrichtungen gemäß der Erfindung
auf solche Weise arbeiten können, dass
die abgeschossene Kamera an einem absteigenden Fallschirm angebracht
ist, leiden derartige System aus dem Stand der Technik unter der
objektiven Schwierigkeit, auf das gewünschte Gebiet ausgerichtet
zu werden. Wie es dem Fachmann ersichtlich ist, löst die Erfindung
dieses Problem vollständig.
-
Mobilität
-
Die 2 veranschaulicht
schematisch einen Soldaten, der ein Projektil abschießt, das
einen Teil eines RLRS gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung bildet. Das Projektil 10 wird aus einer an
einem Gewehr 20 angebrachten Granatenabschusseinrichtung 30 abgeschossen.
-
Der
Hauptvorteil eines RLRS ist die Mobilität. Dies wird dadurch bewerkstelligt,
dass auf der Ebene eines einzelnen Soldaten eine Standardausrüstung implementiert
wird und zusätzliche
kleine Komponenten verwendet werden, die aktuell auf dem Markt verfügbar sind:
- – der
Abschussmechanismus ist eine Granatenabschusseinrichtung, die Teil
der Standardausrüstung
eines Soldaten ist;
- – die
Kamera und die Sendeeinrichtung werden an einem Projektil montiert.
So verfügt
das Projektil über
die Struktur und Größe eines
für den
Abschussmechanismus geeigneten Geschosses; und
- – der
Monitor ist ein geeigneter, in der Hand haltbarer Computer, wie
er auf dem Markt verfügbar ist,
wie ein Palm Pilot oder ein ähnlicher
PDA oder ein tragbarer Computer.
-
So
ist das gesamte System ausreichend klein dafür, durch einen einzelnen Soldaten
leicht transportierbar und verwendbar zu sein.
-
Abschussmechanismus
-
Die 3 veranschaulicht
schematisch den Abschussmechanismus eines RLRS gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung. Der Abschussmechanismus verfügt über die Abschusseinrichtung 30,
beispielsweise eine Abschusseinrichtung M-203, die für das M-16
ausgebildet ist, und das Gewehr, an dem die Abschusseinrichtung
montiert wird, beispielsweise eine M-16. Das abgeschossene Objekt
ist das Projektil 10, das die Fotografieausrüstung aufnimmt.
-
Das
Abschießen
eines Projektils, das Teil eines RLRS ist, erfolgt durch Einführen eines
Projektils in die Abschusseinrichtung des Gewehrs und anschließendes Abschießen des
Projektils zum/über das
Zielgebiet.
-
Das
Gewehr M-16 und die Granatenabschusseinrichtung bilden bei vielen
Armeen in der Welt die Standardausrüstung der Soldaten. Jedoch sei
darauf hingewiesen, dass am Markt verschiedene Granatenabschusseinrichtungen
existieren, die ohne Gewehr unabhängig bedient werden können. Eine derartige
Abschusseinrichtung kann selbstverständlich in Verbindung mit der
Erfindung verwendet werden, und dies soll durch die Erfindung erfasst
sein.
-
Projektil
-
Die 4 veranschaulicht
schematisch einen Projektilteil eines RLRS gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung. Der Zweck des Projektils besteht darin, eine Kamera,
beispielsweise das CCD 13 oder einen ungekühlten IR-Detektor, über ein
Zielgebiet zu bringen, um das gewünschte Gebiet zu fotografieren
und die aufgenommenen Bilder den dazu vorgesehenen Empfängern anzuzeigen,
beispielsweise dem Soldaten im Feld, dem Kommandanten usw. Die durch
das Projektil übertragenen
Bilder können
durch mehr als eine Empfangsvorrichtung empfangen werden, oder es
können,
falls erwünscht,
Privatcodes vorhanden sein, damit nur eine vorbestimmte Vorrichtung
die Bilder empfangen kann. Das Projektil kann verschiedene Flugbahnen einnehmen,
abhängig
von der Neigung der Kanone, aus der es abgeschossen wird. Jedoch
fliegt das Projektil typischerweise entlang einer nahezu parabelförmigen Bahn.
Demgemäß sollte
die Kamera zur Erde ausgerichtet sein. So muss das Projektil stabilisiert werden,
um ein Drehen zu verhindern, während
es sich über
dem Zielgebiet befindet.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass das Projektil die Abschusseinrichtung
so verlässt,
dass es sich nicht dreht. Dies erfolgt unter Verwendung eines unterkalibrierten
Gewichtsteiles und einer Drallverhinderungseinrichtung, wie sie
beispielsweise in Dynamics 2nd Edition (J.L.
Mariam und L.G. Kraige, John Wiley and Sons, 1987) beschrieben ist.
-
Das
Projektil verfügt über die
folgenden Untersysteme:
elektrooptische Untersysteme;
einen
Antriebsmechanismus;
einen Stabilisiermechanismus und
ein
Sendeuntersystem.
-
Elektrooptisches Untersystem
-
Der
Zweck des elektrooptischen Untersystems besteht im Fotografieren
des Zielgebiets und im Wandeln der Fotos in digitale Form, um sie
an eine Fernstation zu senden.
-
Die
Kamera ist das Element, das das Eingangssignal erfasst. Es kann
sich um eine Video- oder eine Stehbildkamera handeln, die Bilder
aufnimmt, oder um eine Infrarotkamera, die Wärme erfasst, oder irgendeine
andere geeignete Bildaufnahmevorrichtung.
-
Die
einfachste Art zum Transportieren und Anzeigen von durch die Kamera
aufgenommenen Bildern besteht im Wandeln des durch die Linse gesehenen
Bilds in ein digitales Format, das gesendet werden kann. Beispielsweise
kann dies durch ein CCD erfolgen, an dem das Bild der Linse reflektiert wird.
Selbstverständlich
existieren andere fotografische Einrichtungen wie Infrarotkameras,
die für
Bedingungen mit geringer Sicht geeignet sind.
-
Ein
CCD (Charge-Coupled Device) ist ein lichtempfindlicher integrierter
Schaltkreis, der die Daten für
ein Bild speichert und manchmal anzeigt. Jedes Pixel im Bild wird
in eine elektrische Ladung gewandelt, deren Intensität mit einer
Farbe im Farbspektrum in Beziehung steht. CCDs sind derzeit allgemein
in digitalen Stehbild- und Videokameras enthalten. Ein alternatives
geeigne tes Bauteil ist ein CMOS, wie er ebenfalls in vielen Vorrichtungen
zum Aufnehmen von Bildern verwendet wird. Wie es dem Fachmann ersichtlich
ist, ist der spezielle Typ der verwendeten Bildaufnahmevorrichtung
nicht kritisch, und bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann jede beliebige
geeignete Bildaufnahmevorrichtung verwendet werden, die in die für ein vorgegebenes Projektil
gewünschten
Dimensionen passt.
-
Die
Bildqualität
eines CCD hängt
von der Auflösung
desselben und der Farbtiefe ab – je
höher die
Auflösung
ist, desto besser ist die Bildqualität, und je tiefer die Farbtiefe
ist, desto besser ist die Bildqualität. Selbstverständlich ist
der Preis umso höher, je
höher die
Auflösung
und die Farbtiefe sind. Jedoch wird normalerweise kein CCD mit höherer Auflösung und
Farbtiefe, als es dem Bilddisplay entspricht, verwendet, solange
es nicht erwünscht
ist, die durch die tragbare Bildempfangseinrichtung empfangenen
Bilder später
auf einem Display höherer
Qualität
anzuzeigen.
-
Ein
anderes Merkmal eines CCD ist sein hoher Empfindlichkeitsgrad. Ein
gutes CCD kann in extrem schwachem Licht ein Bild erzeugen, und
seine Auflösung
wird nicht beeinträchtigt,
wenn die Beleuchtungsintensität
gering ist, wie dies bei herkömmlichen
Kameras der Fall ist.
-
Das
Signal kann entweder ein Videosignal oder ein Stehbildsignal sein.
-
Das
elektrooptische Untersystem, wie es in der 4 angegeben
ist, verfügt über ein
Miniatur-CCD 13 und eine entsprechende Linse 14.
Während
des Flugs des Projektils sollte die Blicklinie der Linse 14 zur
Erde ausgerichtet sein. Das Projektil verfügt über eine Öffnung 17, durch die
die Kamera Bilder aufnehmen kann. Um die aerodynamischen Merkmale
des Projektils aufrecht zu erhalten, könnte die Linse einen Teil der
Wand des Projektils bilden.
-
Eine
geeignete Bildaufnahmevorrichtung ist beispielsweise die kommerziell
erhältliche 4-mm-CCD-Farbkamera
PC87XS (von Supercircuits, USA), die durch eine winzige Batterie
betrieben werden kann, wie die Lithium/Mangandioxid-Batterie Duracell
Ultra CR2.
-
Antriebsmechanismus
-
Die
Antriebskraft sollte typischerweise einen Transport des Projektils über 500–1000 Meter
ermöglichen.
Da die Aerodynamik von Projektilen in der Technik gut bekannt ist,
wird sie hier der Kürze
halber nicht detailliert erörtert.
-
Stabilisiermechanismus
-
Der
Flug des Projektils sollte auf solche Weise stabilisiert werden,
dass die Linsen der Kamera zur Erde hin ausgerichtet sind. Wie es
dem Fachmann bekannt ist, kann die Stabilisierung beispielsweise
durch Flügel 11 erfolgen,
wie sie normalerweise am hinteren Teil eines Projektils platziert
werden. Der Fachmann weiß,
dass die Kamera durch eine Kreiseleinrichtung über der Erde ausgerichtet werden
kann.
-
Die
Stabilisierflügel
können
eingeklappt sein, während
das Projektil in die Abschusseinrichtung eingeführt ist, wobei sie nach dem
Abschuss öffnen. Auf
diese Weise ist der Durchmesser des Projektils an den Durchmesser
der Abschusseinrichtung angepasst.
-
Das
Entwerfen geeigneter Flügel
ist dem Fachmann gut bekannt, weswegen es hier nicht detailliert
beschrieben wird. Viele Veröffentlichungen beschäftigen sich
mit dem Design von Flügeln,
wie sie für
die Erfindung geeignet sind. Beispielsweise beschäftigen sich
K. R. Crowell und C. T. Crowe "Prediction
of the lift and moment an a slender cylinder-segment wing-body combination", Aeronautical Journal,
S. 295–298,
Juni 1973, und D. E. Swanson und C. T. Crowe, "Cylindrical Wing-Body Configurations
for Space-Limited Applications",
J. Spacecraft, Vol. 11, Nr. 1, S. 60–61, Januar 1974.
-
Typischer Betrieb eines RLRS
-
Die 5 veranschaulicht
schematisch ein Blockdiagramm des Betriebs eines RLRS gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung:
- – in 101, wird das
Projektil zu einem/über
ein Zielgebiet abgeschossen;
- – in 102 fotografiert
die Kamera im Inneren des Projektils, während sich dieses durch die
Luft bewegt;
- – in 103 erfasst
die Schaltungsanordnung im Projektil durch die Kamera fotografierte
Bilder und sendet sie durch einen HF(Hochfrequenz)-Sendevorgang;
- – in 104 erfolgt
die HF-Übertragung
durch die Luft;
- – in 105 wird
die HF-Sendeinformation durch eine Empfangseinrichtung seitens eines
Soldaten empfangen;
- – in 106 werden
die fotografierten Bilder auf dem Monitor des Soldaten angezeigt.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass es die Erfindung ermöglicht,
eine Anzahl vorhandener ausgeklügelter
Bildverarbeitungstechniken zu nutzen. Unter Verwendung zweier beabstandeter
Kameras können dreidimensionale
Bilder oder Filme geliefert werden. Außerdem ist es durch Verwenden
mehrerer sequenziell aufgenommener Fotos möglich, ein ein großes Gebiet überdeckendes
Bild zu erzeugen.
-
Übertragungsmechanismus
-
Die 6 veranschaulicht
schematisch die elektronischen Teile an einem RLRS gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung. Im Projektil 10 (4) wird
ein durch das CCD 13 über
die Linse 14 aufgenommenes Bild vom CCD 13 an
den HF-Sender 16 geliefert und dann durch einen HF-Sendevorgang
an den Handcomputer 70 gesendet.
-
Der
HF-Sender kann jeder beliebig geeignete Sender sein, beispielsweise
ein Minivideosender, Modell BA-1119 (hergestellt von B. A. Microwaves Ltd.,
Israel). Außerdem
kann selbstverständlich
jeder beliebige andere Sendetyp, wie durch optische Maßnahmen,
verwendet werden, und die Erfindung ist in keiner Weise auf irgendeinen
speziellen Sende- oder Sendertyp eingeschränkt.
-
Im
Handcomputer 70 wird die Sendeinformation durch den HF-Empfänger 72 über die
Antenne 76 empfangen. Vom HF-Empfänger kann das Bild durch das
Display 71 des Handcomputers 70 angezeigt werden
und im Speichermedium 73 abgespeichert werden, um später angezeigt
zu werden.
-
Da
die Antenne 76 und der HF-Empfänger keinen integralen Teil
eines typischen Handcomputers bilden, werden diese Komponenten zum
Computer hinzugefügt,
und sie werden durch geeignete Software in den Computermechanismus
eingebettet.
-
Die
Handempfangsvorrichtung kann von jedem beliebigen geeigneten Typ
sein. Derartige Vorrichtungen werden dauernd entwickelt, und daher soll
jede beliebige Vorrichtung, die für die Zwecke der Erfindung
verwendet werden kann, Teil der Erfindung sein. Beispielsweise können für die Zwecke
der Erfindung selbstverständlich
PDAs in Kombination mit Mobiltelefonen, oder Taschencomputer mit
Funksendefähigkeiten,
wie sie aktuell in weitem Umfang entwickelt werden, verwendet werden,
wenn sie einmal den Markt erreichen. Veranschaulichende und nicht beschränkende Beispiele
für geeignete
Empfangsvorrichtungen, wie sie sich aktuell auf dem Markt befinden,
sind der von Compaq hergestellte iPAQ H3970 Pocket PC sowie der
von Tadiran Ltd. (Israel) hergestellte Militär-PDA. Selbstverständlich kann
für die
Zwecke der Erfindung jeder beliebige geeignete tragbare Computer
verwendet werden, wie ein Laptopcomputer.
-
Wie
es dem Fachmann ersichtlich ist, bieten das System und die Vorrichtung
gemäß der Erfindung
einige wesentliche Vorteile:
- – das Projektil
ist zur Verwendung bei existierenden Waffen geeignet;
- – das
Projektil verlässt
die Waffe ohne Drall;
- – es
ist kein unabhängiges
Antriebssystem erforderlich;
- – es
erfolgt eine passive Stabilisierung gegen Rollen;
- – die
Bedienung kann durch einen einzelnen Bediener erfolgen;
- – für die Bedienung
ist kein umfangreiches Training erforderlich;
- – die
Bewegung des Bedieners wird nicht beeinträchtigt;
- – es
ist wegwerfbar und relativ billig;
- – es
verwendet Antennen, die in die Stabilisatoren eingebaut sind (gedruckte
Antennen);
- – es
sendet an herkömmliche
tragbare Rechenvorrichtungen;
- – es
kann dreidimensionale Bilder und Filme anzeigen;
- – es
kann unter Verwendung einer Anzahl aufeinanderfolgender Bilder ein
großes,
kombiniertes Bild liefern;
- – es
kann sich, aufgrund der Kenntnis der Flugbahn, einem Ort auf einer
Karte annähern;
- – es
kann ein CCD, ein CMOS, ein IR-Bauteil oder ähnliche Bildaufnahmevorrichtungen
transportieren.
-
Beispiele eines typischen
RLRS
-
Nun
wird ein typisches RLRS unter Bezugnahme auf die 7A und 7B veranschaulicht. Die
nachfolgend detailliert angegebenen verschiedenen Abmessungen sind
nur zur Veranschaulichung angegeben, und sie sollen in keiner Weise
als die Erfindung beschränkend
verwendet werden. Wie es dem Fachmann ersichtlich ist, werden tatsächliche Abmessungen
und Parameter in jedem Fall abhängig von
der verwendeten Abschusseinrichtung und der erforderlichen Funktion
des Projektils bestimmt.
-
Die
physikalischen Spezifikationen bei diesem Beispiel sind die folgenden:
L
= 155 mm (Gesamtlänge
der Vorrichtung)
Dmax = 38 mm (Maximaldurchmesser)
Dbase
= 10 mm (Basisdurchmesser)
m = 150 g (Gewicht)
XCG = 69
mm ab der Nase (Lage des Schwerpunkts)
-
Das
Projektil dieses Beispiels ist in eingeklappter Konfiguration von
der standardmäßigen Granatenabschusseinrichtung
M-203 (für
ein Gewehr M-16) abschießbar.
Die Rakete wird unter einer Neigung von ungefähr 30 Grad entlang einer nahezu parabelförmigen Bahn
abgeschossen. Die Flugbahn ist nicht ballistisch, da eine Hubkraft
von 0,5–1 "mg" wünschenswert
ist, um zu gewährleisten,
dass sich die vertikale Symmetrieebene in der vertikalen Richtung
befindet.
-
Das
Folgende sind die gewünschten
Betriebsspezifikationen:
Anfangsgeschwindigkeit von 100 m/s
Bereich
von 1000 m
Aufrechterhalten der vertikalen Ausrichtung (die
Kameras zeigen nach unten – minimale
Roll- und Nickschwingungen)
Maximalempfindlichkeit auf Seitenwind – 30 m Maximalabdrift
bei einem Querwind von 13 m/s
-
Aerodynamische Konfiguration
-
Die
aerodynamische Konfiguration für
dieses Beispiel ist in der 7B dargestellt
(der Flügel
ist eine Computermodellrepräsentation
des tatsächlich bogenförmigen Flügels). Die
Konfiguration besteht aus Folgendem:
- – einem
Rumpf mit spitzbogiger Nase und einem bootsförmigem Rumpf
- – kreisbogenförmigen Flügeln, die
oben am Körper
angebracht sind. Im eingeklappten Zustand stimmen die Einklappflächen mit
dem Körper überein;
- – drei
Heckflossen (Y-Anordnung unter Winkeln von 75, 180 und 285 Grad)
schwenken nach hinten. Flossen klappen nach vorne in den Rumpf.
-
Die
Konfiguration vor dem Abschuss, wobei alle Flächen eingeklappt sind, entspricht
alleine der Konfiguration des Rumpfs.
-
Der
oben angesetzte Flügel
hat den Zweck, der Konfiguration einen effektiven Angriffswinkel
zu geben, um so für
die spezifizierte Hubkraft zu sorgen. Darüber hinaus gewährleistet
der oben angesetzte Flügel,
dass das Druckzentrum in der lateralen (Nick-) Ebene über dem
Schwerpunkt liegt. Dies führt,
gemeinsam mit der Hubkraft zu einem Rückstellmoment (Schwerkraft-getrieben),
das so wirkt, dass es jede Rollbewegung, die sich entwickeln könnte, verringert.
Die möglichen
Gründe
für eine derartige
Rollbewegung können
die folgenden sein: Seitenwind, Gierwinkel und die Geschwindigkeit
sowie durch den Abschuss hervorgerufene Bedingungen.
-
Die
Heckflächen
sind so bemessen und an den speziellen Umfangswinkeln positioniert,
dass statische aerodynamische Stabilität sowohl in der Nick- als auch
der Gierebene gewährleistet
ist. Die vertikale Bodenflosse wirkt auch dahingehend, der Rollbewegung
entgegen zu wirken, zu der es durch den oben angesetzten Flügel kommt,
wenn sich die Konfiguration unter einem Gierwinkel befindet oder Seitenwind
unterliegt. Das Paar der geneigten Flossen kann auch (durch Montieren
mit einem negativen Deltawinkel) dazu verwendet werden, den Angriffswinkel
zu erhöhen,
falls dies erforderlich sein sollte. Diese Konfiguration ist aerodynamisch
sowohl hinsichtlich der Nick- als auch der Gierebene ausgeglichen,
wobei statische Stabilitätstoleranzen
von –0,31)
und –0,1D
vorliegen. Die statische Stabilität in der Nickebene ist wesentlich,
um eine stabile Flugbahn zu gewährleisten.
Der aktuelle Wert ist ausreichend groß, um Herstelltoleranzen zu
berücksichtigen,
ohne jedoch übermäßig groß zu sein.
Für eine größere Stabilität existiert
kein deutlicher Grund, da das Druckzentrum aufgrund des engen Bereichs
der Mach-Zahlen (0,2 < M < 0,3) nicht variiert.
Eine größere Stabilitätstoleranz
hätte größere Flossen
zur Folge, mit entsprechenden Nachteilen beim Gewicht, dem Antriebsvermögen und
der Packungsgröße.
-
Innerhalb
der Gierebene ist aus ähnlichen Gründen, wie
sie oben angegeben sind, eine kleine statische Stabilität wünschenswert.
Die Stabilität
Null (eine Rakete behält
ihren ursprünglichen
Inertialwinkel bei, wenn sie Sei tenwind unterliegt) kann den Vorteil
haben, dass der gewünschte
Kamerawinkel erhalten bleibt, jedoch kann der sich ergebende Seitenschlupfwinkel
zu Rollen und damit einer größeren seitlichen
Abweichung führen.
Ein Hauptvorteil der Stabilitätstoleranz
Null in der Gierebene besteht jedoch darin, dass verhindert wird,
dass eine angetriebene Konfiguration in den Wind zeigt und demgemäß die seitliche
Abweichung erhöht
wird. Da die Konfiguration nicht angetrieben ist, ist es bevorzugt,
für eine kleine
Toleranz der statischen Stabilität
zu sorgen.
-
Innerhalb
der Lateralebene ist davon auszugehen, dass das Druckzentrum ungefähr 4 mm über der
Rumpfachse liegt. Anders gesagt, erfährt die Konfiguration ein Rollmoment
Null um diesen Ort, wenn sie einem Seitenschlupf (Querwind) unterliegt. Zusätzlich zu
den aerodynamischen Parametern, die so wirken, dass sie zur Rollbewegung
führen
oder diese dämpfen,
wirkt die Schwerkraft indirekt so, dass sie einer Drehung entgegenwirkt,
um so die vertikale Ausrichtung aufrecht zu erhalten. Die Bedingung
dafür,
dass dieses Rückstellmoment
existiert, ist das Vorliegen einer endlichen Komponente der aerodynamischen
Kraft in der Richtung entgegengesetzt zur Schwerkraft sowie ein
Versatz zwischen dem Schwerpunkt und dem Druckzentrum in der vertikalen
Symmetrieebene.
-
In
der 8 ist eine Kraftvektordarstellung des Rückstellmoments
gezeigt. Das um den Schwerpunkt wirkende Rückstellmoment ist wie folgt
gegeben: Mx = (h sinΦ)(h cosψ) – (F cosΦ)(F sinψ)mit
- h
- = |ZCP·ZCG|
- F
- = resultierende aerodynamische
Gesamtkraft normal zur Achse; Fz + Fy
- Φ
- = Rollwinkel des Körpers
- ψ
- = Winkel zwischen
der Kraft F und der Richtung der Schwerkraft
-
So
kann ein typisches RLRS, wie es oben beschrieben ist, die folgenden
Teile aufweisen:
- – Abschusseinrichtung, beispielsweise
die Granatenabschusseinrichtung M-203;
- – Sendeantenne,
die vorzugsweise eine gedruckte Antenne ist;
- – HF-Sender;
- – Bildaufnahmevorrichtung,
beispielsweise ein CCD;
- – Linsen;
- – Handcomputer;
- – HF-Empfänger.