DE69515790T2

DE69515790T2 - Ein Radar mit synthetischer Apertur und Monopuls mit umgekehrtem Monopuls kombinierende Waffenlenkung

Info

Publication number: DE69515790T2
Application number: DE69515790T
Authority: DE
Inventors: Thomas A. Kennedy; Mark I. Landau; Howard Nussbaum
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 2000-11-09
Anticipated expiration: 2015-10-28
Also published as: JP2802052B2; CA2161044A1; CA2161044C; EP0709691B1; AU677529B2; AU3456595A; KR960014966A; DE69515790D1; US5473331A; JPH08210798A; ES2143575T3; KR100186819B1; EP0709691A1

Description

Die Erfindung betrifft ein SAR-Waffenleitsystem zum Leiten einer Waffe zu einem Ziel, mit einer Abschußplattform, einer Radareinrichtung mit synthetischer Apertur, wobei die Radareinrichtung an der Abschußplattform angeordnet ist, um von einem das Ziel umgebenden Gebiet eine Karte mittels der Radareinrichtung mit synthetischer Apertur zu erzeugen, um den Ort des Ziels zu bestimmen, und einer Waffe mit einem Waffenleitsystem, das auf Signale anspricht, die von der Radareinrichtung mit synthetischer Apertur bereitgestellt werden und die dazu dienen, das Waffenleitsystem so zu steuern, daß eine Flugbahn zu dem Ziel geflogen wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Leiten einer Waffe zu einem Ziel, mit den Schritten, eine Radareinrichtung mit synthetischer Apertur zu verwenden, um eine SAR-Karte eines Zielgebiets zu erzeugen und um ein darin vorhandenes Ziel zu bestimmen, und die Waffe auf das Ziel abzuschießen.
Ein solches SAR-Waffenleitsystem und ein solches Verfahren sind bekannt aus der EP-A-0 547 637.
Die vorliegende Erfindung betrifft generell Waffenleitsysteme und -verfahren und betrifft insbesondere ein System und ein Verfahren zum Leiten einer Waffe, die Monoimpuls- und inverse Monoimpuls-Leittechniken mittels einer Radareinrichtung mit synthetischer Apertur (SAR) verwenden.
Der die vorliegende Erfindung betreffende Stand der Technik umfaßt lasergeleitete Waffensysteme, Leitstrahl-Leittechniken und Leittechniken, bei denen von einer Abschußplattform eine Radar-Summenmusterausleuchtung eines Ziels bereitgestellt wird. Waffenanflüge mit Laserbestimmung/-leitung arbeiten nicht bei allen Wetterbedingungen, wodurch die betriebliche Wirksamkeit eingeschränkt wird. Ferner unterstützen herkömmliche Leitschemata nicht das Abliefern von mehrfachen Präzisionswaffen gegen einzelne und mehrfache Ziele. Dies schränkt deren betriebsmäßige Wirksamkeit weiter ein. Herkömmliche Systeme, die eine Ausleuchtungsleittechnik mit lediglich Summenmustern verwenden, haben Probleme dahingehend, daß sich der Sucher auf stärkere RF-Streusender in der Nähe des wahren Ziels aufschaltet und folglich das Ziel verfehlt.
Das aus der EP-A-0 547 637 bekannte System, das oben genannt wurde, verwendet das globale Positioniersystem (GPS). Das Zielen erfolgt vor dem Abschießen der Waffe. Die Waffe erfordert daher lediglich ein Navigations-Subsystem, das ebenfalls das GPS-Satellitensystem verwendet, um dasselbe Koordinatensystem bereitzustellen, das von der Abschußplattform verwendet wird. Die Genauigkeit dieses Systems hängt jedoch von der Genauigkeit des GPS-Systems ab.
Ferner offenbart die US-A-4,501,399 ein Leitsystem mit einer hybriden Monoimpuls/sequentiellen Schwenkleitstrahltechnik. Das Ziel wird erfaßt ("tracked") mit herkömmlichen Monoimpuls- Techniken, während die Waffe zur selben Zeit mit kodierten Daten versorgt wird, die einen Cluster bilden, um räumliche Auflösungsinformationen bereitzustellen. Die Waffe empfängt diese Information sequentiell, speichert die Information, bis die Sequenz abgeschlosssen ist, und verarbeitet die Information zu Leitzwecken. Mit anderen Worten wird das Ziel mit einem herkömmlichen Monoimpuls-Empfänger erfaßt, während die Leitdaten dem Flugkörper bereitgestellt werden mittels sequentieller Schwenktechniken ("sequential lobing").
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zum Leiten einer Waffe bereitzustellen, die das Abgeben von mehrfachen Präzisionswaffen gegen einzelne und mehrfache Ziele unterstützen und bei allen Wetterbedingungen arbeiten. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zum Leiten einer Waffe bereitzustellen, die Monoimpuls- und inverse Monoimpuls- Leittechniken mittels SAR verwenden.
Die obigen Aufgaben werden von dem oben genannten SAR- Waffenleitsystem gelöst, wobei das SAR-Waffenleitsystem ein SAR-Waffenleitsystem mittels Radar mit Monoimpulsen und inversen Monoimpulsen ist, wobei die Radareinrichtung mit synthetischer Apparatur eine SAR-Monoimpulskarte des Gebietes erzeugt, das das Ziel umgibt, und eine inverse Monoimpulsausleuchtung sendet, die eine Sequenz von alternierenden Summenmustern und gleichzeitigen Azimuth- und Elevations-Differenzmuster umfaßt, die auf das Ziel zentriert sind, und wobei das Leitsystem der Waffe ein nicht-kohärenter Radarsucher ist, der auf Leitbefehle anspricht, die von der Abschußplattform gesendet werden, zum Empfangen von Reflexionen der alternierenden Summenmuster und kombinierten Azimuth- und Elevations-Differenzmuster von dem Ziel und zum Verwenden dieser Reflexionen, um die Azimuth- Differenzmusternull auf das Ziel zu erfassen und zu verfolgen, um eine optimale Flugbahn zu dem Ziel zu fliegen.
Die obigen Aufgaben werden ferner durch das eingangs genannte Verfahren zum Leiten einer Waffe zu einem Ziel gelöst, wobei die SAR-Karte eine SAR-Monoimpulskarte ist, wobei die Radareinrichtung mit synthetischer Apertur dazu verwendet wird, eine Leitimpulsfolge von verschachtelten Summenmustern und gleichzeitigen Azimuth- und Elevations-Differenzmustern auf das Ziel zu senden, wobei an einem Sucher- und Leitsystem an der Waffe ein reflektiertes verschachteltes Summenmuster und gleichzeitiges Azimuth- und Elevations-Differenzmuster von dem Ziel empfangen wird, wobei das Sucher- und Leitsystem auf eine konvergierende Null unter Verwendung des Summenmusters aufschaltet ("locks") und wobei nach dem Aufschalten auf die Null Steuerbefehle erzeugt werden, um die Waffe eine optimale Flugbahn zu dem Ziel fliegen zu lassen.
Um die obigen und weitere Aufgaben zu lösen, umfaßt die vorliegende Erfindung generell ein System und ein Verfahren, die für alle Wetterbedingungen ein präzises Leiten von herkömmlichen Luft-Boden-Waffen bereitstellen. Das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwenden eine kohärente Monoimpuls-Radareinrichtung, die auf einer Abschußplattform angeordnet ist, und eine nicht-kohärente passive (nur dem Empfang dienende) Radareinrichtung, die an der Waffe angeordnet ist.
Insbesondere ist das vorliegende System ein SAR-Waffenleitsystem mit Monoimpulsen und inversen Monoimpulsen zum Leiten einer Waffe zu einem Ziel. Die SAR-Monoimpulstechnik stellt eine dreidimensionale Bestimmung und -verfolgung des Ziels durch die Abschußplattform bereit. Die inverse Monoimpulstechnik stellt eine halb aktive Leitausleuchtung des Ziels bereit, die von der Waffe dazu verwendet wird, die Abfanggeometrie ("intercept geometry") hiervon zu bestimmen.
Das System umfaßt eine Abschußplattform und eine Radareinrichtung mit synthetischer Apertur mit einer Fähigkeit zum Empfang von gleichzeitigen Monoimpulsen, die angeordnet ist an der Abschußplattform und die eine SAR-Monoimpulskarte eines Gebietes erzeugt, das das Ziel umgibt. Die Radareinrichtung wird dazu verwendet, den Ort des Ziels zu bestimmen und die inverse Monoimpulsausleuchtung zu senden, die aus einer Sequenz von alternierenden Summenmustern und gleichzeitigen Azimuth- und Elevations-Differenzmustern besteht, die auf das Ziel zentriert sind. Das System umfaßt eine Waffe, die ein Leitsystem und einen kostengünstigen, nicht-kohärenten Radarsucher aufweist, der auf Leitbefehle anspricht, die von der Abschußplattform gesendet werden. Das Waffenleitsystem bzw. der Sucher empfängt Reflexionen der alternierenden Summenmuster und kombinierten Azimuth- und Elevations-Differenzmuster von dem Ziel und verwendet diese Reflexionen, um die Azimuth- und Elevations-Differenzmusternull auf das Ziel zu erfassen und zu verfolgen, um eine optimale Flugbahn zu dem Ziel zu fliegen.
Ein Verfahren zum Leiten einer Waffe zu einem Ziel umfaßt die folgenden Schritte. Eine Radareinrichtung mit synthetischer Apertur an der Abschußplattform wird dazu verwendet, eine SAR- Monoimpulskarte eines Zielgebietes zu erzeugen und ein Ziel darin zu bestimmen. Die Waffe wird dann in Richtung auf das Ziel abgeschossen. Die Radareinrichtung der Abschußplattform wird ferner dazu verwendet, eine Leitimpulsfolge von verschachtelten Summenmustern und gleichzeitigen Azimuth- und Elevations-Differenzmustern zu dem Ziel zu senden. Die reflektierten verschachtelten Summenmuster und gleichzeitigen Azimuth- und Elevations-Differenzmuster von dem Ziel werden von dem Sucher- und Leitsystem an der Waffe empfangen. Das Summenmusterecho wird von der Waffe dazu verwendet, auf die konvergierende Null aufzuschalten bzw. sich darauf zu verriegeln, die von dem gleichzeitigen Azimuth- und Elevations-Differenzmuster erzeugt wird. Die Summenmusterechos werden von der Abschußplattform ferner dazu verwendet, um eine kontinuierliche Verfolgung des Ziels mittels der SAR-Monoimpulskarten bereitzustellen. Nach dem Aufschalten auf die Null werden Steuerbefehle erzeugt, um zu veranlassen, daß die Waffe eine optimale Flugbahn zu dem Ziel fliegt.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung sendet die Radareinrichtung an der Abschußplattform ein verschachteltes Summenmuster und gleichzeitiges Azimuth- und Elevations- Differenzmuster, um die Waffe mit einem dreidimensionalen, konvergierenden Nullsignal zu versorgen, das auf ein Ziel zentriert ist. Die Waffe verwendet das Nullsignal, um eine optimale Flugbahn zu dem Ziel zu bestimmen. Eine Boden-Zielerfassung wird am Anfang durchgeführt unter Verwendung einer SAR- Monoimpulskarte, die von der Radareinrichtung erzeugt wird, und die ein Bild des Zielgebietes als auch Monoimpuls-Winkelinformationen für jeden Pixel in der Szene bereitstellt, die das Ziel enthält. Folglich ist der bestimmte Zielort relativ zu der elektrischen Sichtlinie ("boresight") der Radarantenne der Abschußplattform sehr genau bekannt. Diese genaue Kenntnis des Ziels relativ zu der elektrischen Sichtlinie der Radarantenne stellt die Fähigkeit bereit, die konvergierende Null des gleichzeitigen Azimuth- und Elevations-Differenzmusters präzise auf das Ziel zu stellen. Die Faltung des simultanen Azimuth- und Elevations-Differenzmusters mit dem Summenmuster des Suchers ergibt den inversen Monoimpuls.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Waffenabgabe von Boden zu Luft mit hoher Präzision bei allen Wetterbedingungen, wobei die Abgabe so genau erfolgt wie Ansätze mit Bestimmung durch Laser, ohne eine Waffen-Datenverbindung zu erfordern. Ferner unterstützt die vorliegende Leittechnik das Abgeben von mehrfachen Präzisionswaffen gegen einzelne und mehrfache Ziele. Die Verwendung des inversen Monoimpulsansatzes der vorliegenden Erfindung eliminiert die Probleme betreffend Zielausleuchtungs- Leittechniken mit lediglich einem Summenmuster. Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Waffenabgabesystem und -verfahren bereit, das eine verbesserte betriebsmäßige Wirksamkeit besitzt.
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich leichter verstehen unter Bezugnahme auf die nachstehende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung, in der gleiche Bezugsziffern gleiche strukturelle Elemente bezeichnen, und in der
Fig. 1 ein SAR-Waffenleitsystem und -verfahren mit Monoimpulsen und inversen Monoimpulsen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine RF-Impulssendesequenz der Abschußplattform darstellt, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 3 eine Sub-Apertur-Implementierungstechnik darstellt, die dazu verwendet wird, um die Erzeugung von gleichzeitigen Azimuth- und Elevations-Differenzmustern gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu unterstützen;
Fig. 4 eine Leitsystemsteuerung der Waffe nach dem Aufschalten auf die Null darstellt; und
Fig. 5 ein Flußdiagramm darstellt, das ein Verfahren gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung darstellt.
In den Zeichnungsfiguren stellt Fig. 1 ein SAR- Waffenleitsystem 10 und Fig. 5 ein entsprechendes Verfahren 20 mit Monoimpulsen und inversen Monoimpulsen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zum Leiten einer Waffe 13 zu einem Ziel 15 dar. Das System 10 umfaßt eine Radareinrichtung 12 mit synthetischer Apertur (SAR) mit einer Radarantenne (nicht gezeigt), die an einer Abschußplattform 11 oder einem Fahrzeug 11 angeordnet ist, das die Waffe 13 trägt. Die Waffe 13 enthält ein Leitsystem 14, wie beispielsweise einen passiven, nicht- kohärenten Radarsucher 14, der auf Leitbefehle anspricht, die von der Radareinrichtung 12 mit synthetischer Apertur gesendet werden.
Der SAR-Monoimpuls liefert dreidimensionale Zielortdaten relativ zu einer elektrischen Sichtlinie der SAR-Radarantenne. Dies wird erzielt, indem man an der Abschußplattform 11 eine SAR-Radareinrichtung 12 zum Kartographieren mit gleichzeitiger Monoimpuls-Empfangsfähigkeit verwendet. Die SAR-Radareinrichtung 12 zum Kartographieren sendet einen normalen SAR-Signalverlauf, empfängt jedoch zusätzlich zu den normalen Summendaten Azimuth- und Elevations-Monoimpulsdaten (Differenzdaten). Sowohl die Summendaten als auch die Azimuth- und Elevations- Monoimpulsdaten werden verarbeitet, um eine SAR-Karte zu bilden, die für jeden Kartenpixel relativ zu der elektrischen Sichtlinie der Radarantenne einen Elevationswinkel und einen Azimuthwinkel aufweist. Folglich sind für jedes bestimmte Ziel 15 die Entfernung, der Azimuth und die Elevation relativ zu der elektrischen Sichtlinie der Antenne bekannt. Die Kenntnis des Ortes des Ziels 15 relativ zu der elektrischen Sichtlinie der Radarantenne verhindert eine Fehlausrichtung der Leitausleuchtung relativ zu dem Ziel 15, da dieselbe Antenne dazu verwendet wird, um das Ziel 15 zu erfassen und zu bestimmen und um die Leitausleuchtung bereitzustellen. Der SAR-Monoimpuls wird durchgeführt, um das feststehende Ziel 15 zu erfassen und zu verfolgen, so daß die Null des von der inversen Monoimpulsausleuchtung erzeugten Nullmusters genau auf das Ziel 15 zentriert werden kann.
Der inverse Monoimpulsleitvorgang wird erzielt, indem man die Abschußplattform 11 eine Ausleuchtung des Ziels 15 bereit stellen läßt, die eine Impulsfolge mit alternierenden Summenmustern und gleichzeitigen (oder sequentiellen) Azimuth- und Elevations-Differenzmustern aufweist, die auf das Ziel 15 zentriert sind, und indem man die Waffe 13 die reflektierte Energie durch das Summenmuster ihres Suchers 14 empfangen läßt und die empfangenen Daten verarbeiten läßt, um Winkelmessungen zu bilden. Das Senden des gleichzeitigen Azimuth- und Elevations- Differenzmusters von der Abschußplattform 12 ergibt ein Nullmuster, das auf das Ziel 15 zentriert ist. Der Prozeß des Sendens der Summen- und Differenzmuster von der Abschußplattform 11 und des Empfangens des Summenmusters von dem Sucher 14 ergibt eine inverse Monoimpulsmessung, die verwendet wird, um die Azimuth- und Elevations-Winkel des Ziels 15 relativ zu der Antenne des Suchers abzuleiten. Diese Information wird dann von dem Leitsystem 14 der Waffe dazu verwendet, um die optimale Flugbahn zu bestimmen, um das Ziel 15 auszulöschen ("interdict"). Die Abschußplattform 11 kann die gesendeten Reflexionen dazu verwenden, um SAR-Monoimpulskarten zur Verfolgung von feststehenden Zielen zu bilden, oder um eine Verfolgung eines sich bewegenden Ziels durchzuführen. Folglich kann die inverse Monoimpuls- Leittechnik gegen feststehende oder gegen sich bewegende Ziele 15 verwendet werden.
Während des Betriebs des SAR-Waffenleitsystems 10 mit Monoimpulsen und inversen Monoimpulsen, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, erzeugt die Radareinrichtung 12 mit synthetischer Apertur an der Abschußplattform 11 eine SAR-Monoimpulskarte (eine SAR- Karte mit Azimuth- und Elevations-Monoimpuls für jeden Pixel) eines Gebietes um das Ziel 15 (das Zielgebiet 15). Das Ziel 15 in der SAR-Karte wird entweder (automatisch) von dem System 10 oder (manuell) von einer Bedienperson bestimmt. Elevations- und Azimuth-Monoimpulsdaten und Entfernungsdaten des Ziels 15 werden dazu verwendet, um einen Zielanhaltspunkt ("targeting cue") zu bestimmen, der einen inversen Monoimpuls-Leitvorgang gemäß der vorliegenden Erfindung bereitstellt. Um Zielfehler aufgrund von Drifts des Navigationssystems der Abschußplattform 11 zu verringern, können zusätzliche SAR-Monoimpulskarten erstellt werden, während die Abschußplattform 11 sich dem Ziel 15 nähert, während entweder eine automatische oder eine von einer Bedienperson unterstützte Verfolgung des Ziels 15 durchgeführt wird. Eine einzelne Radareinrichtung 12 wird dazu verwendet, um das Ziel 15 zu kartographieren, zu bestimmen und zu verfolgen, um eine halb aktive Ausleuchtung des Ziels 15 durchzuführen. Folglich sind Fehlausrichtungsfehler eliminiert, die normalerweise mit der Anhaltspunktbildung ("cueing") einhergehen.
Nach dem Lösen der Waffe 13 von der Abschußplattform 11 sendet die Abschußplattform 11 eine Sequenz von alternierenden Summenmustern und gleichzeitigen Azimuth- und Elevations- Differenzmustern, zentriert auf das Ziel 15, um einen inversen Monoimpuls-Leitvorgang durchzuführen. Die alternierenden Summenmuster und gleichzeitigen Azimuth- und Elevations-Differenzmuster sind in Fig. 2 gezeigt. Insbesondere stellt Fig. 2 eine RF-Impulssendefolge dar, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Verschachtelte Summenmuster und gleichzeitige Azimuth- und Elevations-Differenzmuster werden von der Radareinrichtung 12 an der Abschußplattform 12 auf das Ziel 15 gesendet. Die Summenimpulsfolge wird dazu verwendet, um die Waffe 13 dabei zu unterstützen, die Azimuth- und Elevations- Differenzmusternull zu erfassen und zu verfolgen, und wird von der Abschußplattform 11 dazu verwendet, SAR-Monoimpulskarten zu bilden, um eine geregelte Verfolgung des Ziels 15 während der Leitausleuchtung zu unterstützen.
Die Azimuth- und Elevations-Differenzmuster werden gleichzeitig gesendet mit der Mitte (0) von jedem Differenzmuster, das auf das Ziel 15 gestellt wird. Dies erzeugt ein Muster, das das Ziel 15 umgibt, wobei das Ziel 15 in der Mitte der Null liegt. Eine Technik zum Erzeugen der Null erfolgt über ein gleichzeitiges Azimuth- und Elevations-Differenzmustersenden, was erzielt wird durch Teilen der Apertur der Radarantenne in vier Quadranten und indem man zwischen jeweiligen benachbarten Quadranten während des RF-Sendens eine 90º-Phasenverschiebung einrichtet, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
Insbesondere stellt Fig. 3 eine Sub-Aperturimplementierung der vorliegenden Erfindung dar, die eine Erzeugung von gleichzeitigen Azimuth- und Elevations-Differenzmustern (Nullmustern) unterstützt. Die Antennenquadrantdefinition und die relative Phasendefinition zwischen den Quadranten sind in Fig. 3 gezeigt. Die relative Phase von 90º zwischen benachbarten Quadranten erzeugt ein dreidimensionales Nullmuster. Der Array wird in Quadranten unterteilt und jeder Quadrant ist bezüglich seines benachbarten Quadranten um 90º außer Phase. Das sich ergebende Sendemuster besitzt in seiner Mitte eine dreidimensionale Null. Diese Null wird von der Radareinrichtung 12 an der Abschußplattform 12 auf das Ziel 15 gestellt.
Ein passiver nicht-kohärenter Radarsucher 14 an der Waffe 13 empfängt Reflexionen der alternierenden Summenmuster und kombinierten Azimuth- und Elevations-Differenzmusterausleuchtung des Ziels 15.
Der Sucher 14 verwendet diese Information, um den Winkelort des Ziels 15 relativ zu der Waffe 13 zu bestimmen. Das Leitsystem 14 an der Waffe 13 verwendet Zielwinkelinformation, um geeignete Steuerflächenauslenkungen zu bestimmen, um hervorzurufen, daß die Waffe 13 eine optimale Flugbahn auf das Ziel 15 fliegt. Fig. 4 stellt eine Leitsystemsteuerung der Waffe 13 nach dem Aufschalten auf die Null relativ zu der Null in dem Differenzmuster dar.
Die Verwendung der kombinierten Summenmuster und gleichzeitigen Azimuth- und Elevations-Differenzmusterausleuchtung des Ziels 15 eliminiert Probleme, die mit Leitschemata einhergehen, die nur eine Summenausleuchtung des Ziels 15 verwenden. Probleme, die mit Leitvorgängen mit lediglich Summenmusterausleuchtung einhergehen, umfassen, daß der Sucher 14 auf einen stärkeren RF-Streusender aufschaltet, der sich in der Nähe des Ziels 15 befindet. Bei dem System 10 und dem Verfahren 20 der vorliegenden Erfindung wird die Summenmusterausleuchtung von der Waffe 13 dazu verwendet, um einen groben Leitvorgang zu dem Ort des Ziels 15 bereitzustellen, so daß die Waffe 13 die korrekte gleichzeitige Azimuth- und Elevations-Differenzmuster Null erfaßt, um die genaue Leitinformation zu erzeugen.
Das vorliegende Radar-Waffenleitsystem 10 und -verfahren 20 stellt präzise Waffenleitvorgänge bei jeden Wetterbedingungen gegen Schiffe und bodengestützte Ziele 15 bereit, wobei die Wirksamkeit sich der Genauigkeit von lasergeleiteten Waffenleitsystemen bei klarem Wetter annähert. Die Vorzüge der Allwettertauglichkeit und des Zielanflugs der vorliegenden Erfindung stellen einen deutlichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Leitschemata dar, die nicht bei allen Wetterbedingungen arbei ten können, wie lasergeleitete Waffensysteme und Leitschemata, die keine Leitvorgänge vom "Zielanflugtyp" ("homing") bereitstellen, wie Leitstrahlen und Systeme mit Regelung auf eine Sichtlinie. Die vorliegende Erfindung weist einen deutlichen Vorteil auf gegenüber Nicht-Zielanflug-Leitsystemen ("non- homing guidance systems"), da sie nicht erfordert, daß die Waffe 13 entlang einer Sichtlinie zwischen der Abschußplattform 11 und dem Ziel 15 fliegt. Folglich kann die vorliegende Erfindung mit nicht angetriebenen (Gleit-)Waffen 13 verwendet werden, da sie Waffenflugbahnen vom ballistischen Typ ermöglicht. Ferner kann die vorliegende Erfindung verwendet werden unter Verwendung eines nicht-kohärenten Radarwaffensuchers 14, der die Kosten von Waffe 13 und Sucher 14 reduziert und keine ausgeklügelte zeitliche Synchronisierung zwischen der Abschußplattform 11 und der Waffe 13 erfordert.
Die kombinierte Monoimpuls- und inverse Monoimpuls-SAR- Leittechnik gemäß der vorliegenden Erfindung unterstützt die Abgabe von mehreren Waffen gegen ein einzelnes Ziel 15 oder mehrfache Ziele 15 innerhalb des Zielerfassungsfensters (Abgabekorb) der Waffe. Die Abgabe von mehreren Waffen gegen ein einzelnes Ziel 15 ist erreichbar, da, im Gegensatz zu Lasern, das Radarsignal durch Feuer oder Rauch, wie sie mit einem ersten Waffenaufprall einhergehen, nicht signifikant zerstreut oder gedämpft wird. Die Waffenabgabe auf mehrere Ziele wird erreicht, indem man jeder Waffe 13 seine eigene Frequenz zuweist und indem man die inverse Monoimpuls-Leitausleuchtung für jedes Ziel 15 zeitlich aufteilt. Die vorliegende Erfindung stellt folglich ein präzises Allwetter-Waffenleitsystem 10 und -verfahren 20 bereit, die eine signifikante Verbesserung gegenüber Leitstrahlen-Leittechniken, Zielleittechniken mit lediglich Summenmusterausleuchtung durch die Plattform 11 und lasergeleiteten Waffentechniken darstellt.
Zum Zwecke der Vollständigkeit und unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 5 wird ein Verfahren 20 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Schritte des Verfahrens 20 sind folgende. Die Abschußplattform 11 erstellt eine SAR-Monoimpulskarte und eine Bedienperson (oder das System 10) bestimmt ein Ziel 15 (Schritt 21). Optional können zusätzliche Karten erstellt werden, um das Ziel 15 zu verfolgen und um Zielfehler aufgrund von Navigationsfehlern zu entfernen (Schritt 22). Die Abschußplattform 11 schießt die Waffe 13 in das Zielerfassungsfenster der Waffe 13 ab (Schritt 23). Die Radareinrichtung 12 an der Abschußplattform 11 sendet eine Leitimpulsfolge aus verschachtelten Summenmustern und gleichzeitigen und Azimuth- und Elevations-Differenzmustern (Schritt 24). Vier gleichzeitige Strahlen, einer aus jedem Quadranten, werden gesendet, um verschachtelte Summenmuster und gleichzeitige Azimuth- und Elevations-Differenzmuster zu bilden. Das Senden des Summenmusters wird dazu verwendet, um zu gewährleisten, daß der Sucher 14 an der Waffe 13 die dreidimensionale Null erfaßt, und wird von der Abschußplattform 11 dazu verwendet, um eine geregelte ("closed loop") Verfolgung des Ziels 15 während der Leitausleuchtung bereitzustellen. Die gleichzeitigen Azimuth- (Quadrant 3 - Quadrant 4) und Elevations-(Quadrant 1 - Quadrant 2)-Differenzmuster werden gesendet, wobei die Null von jedem Differenzmuster auf das Ziel 15 gestellt wird, was das dreidimensionale Nullmuster ergibt. Benachbarte Quadranten haben eine relative Phasenverschiebung von 90º, um eine Entkopplung von benachbarten Quadranten bereitzustellen. Der Radarsucher 14 an der Waffe 13 empfängt reflektierte Ausleuchtung mittels des Summenmusters des Suchers (Schritt 25) und schaltet auf die konvergierende Null auf (Schritt 26). Nach der Aufschaltung auf die Null sendet das Leitsystem 14 an der Waffe 13 Steuerbefehle an ein Flugsteuersystem der Waffe 13, um zu veranlassen, daß die Waffe eine optimale Flugbahn zu dem Ziel 15 fliegt (Schritt 27).
Es ist ein neues und verbessertes System und Verfahren zum Leiten einer Waffe beschrieben worden, die Monoimpuls- und inverse Monoimpuls-SAR-Leittechniken verwenden.
Zusammenfassend werden ein System 10 und ein Verfahren 20 bereitgestellt zum präzisen Leiten von herkömmlichen Luft- Boden-Waffen bei allen Wetterbedingungen. Das System 10 und das Verfahren 20 verwenden eine kohärente Monoimpuls-Radareinrichtung 12, die an einer Abschußplattform 11 angeordnet ist, und eine nicht-kohärente passive (nur empfangende) Radareinrichtung 14, die an der Waffe 13 angeordnet ist. Die Radareinrichtung 12 mit synthetischer Apertur erzeugt eine SAR-Monoimpulskarte eines Gebietes um das Ziel 15 herum. Die Radareinrichtung 12 wird dazu verwendet, den Ort des Ziels 15 zu bestimmen und eine Sequenz von alternierenden Summenmustern und gleichzeitigen Azimuth- und Elevations-Differenzmustern, zentriert auf das Ziel 15, zu senden. Die Waffe 13 enthält ein Leitsystem und einen Sucher 14, die auf Leitbefehle ansprechen, die von der Radareinrichtung 12 mit synthetischer Apertur gesendet werden. Das Leitsystem und der Sucher 14 an der Waffe 13 empfangen Reflexionen des alternierenden Summenmusters und des kombinierten Azimuth- und Elevations-Differenzmusters von dem Ziel 15 und der Summenimpuls wird von der Waffe 13 dazu verwendet, die Azimuth- und Elevations-Differenzmusternull auf das Ziel 15 zu er fassen und zu verfolgen, um eine optimale Flugbahn zu dem Ziel 15 zu fliegen. Ein Verfahren zum Leiten einer Waffe 13 zu einem Ziel 15 umfaßt die folgenden Schritte: Eine Radareinrichtung 12 mit synthetischer Apertur wird dazu verwendet, eine SAR-Monoimpulskarte eines Zielgebietes zu erzeugen (21) und ein Ziel 15 darin zu bestimmen. Die Waffe 13 wird dann abgeschossen (23), und zwar in Richtung auf das Ziel 15. Die Radareinrichtung 12 wird dazu verwendet, eine Leitimpulsfolge von verschachtelten Summenmustern und gleichzeitigen Azimuth- und Elevations-Differenzmustern auf das Ziel 15 zu senden. Das reflektierte verschachtelte Summenmuster und gleichzeitige Azimuth- und Elevations-Differenzmuster von dem Ziel 15 wird an dem Sucher und Führungssystem 14 an der Waffe 13 empfangen (25). Das Summenmuster wird von der Waffe 13 dazu verwendet, auf die konvergierende Null aufzuschalten (26), und wird von der Abschußplattform 11 dazu verwendet, eine geregelte Verfolgung des Ziels 15 während der Leitausleuchtung bereitzustellen. Nach dem Aufschalten der Waffe auf die Null werden Steuerbefehle erzeugt (27), um die Waffe 13 eine optimale Flugbahn auf das Ziel 15 fliegen zu lassen.

Claims

1. SAR-Waffenleitsystem mittels Radar mit synthetischer Apertur (SAR) zum Leiten einer Waffe (13) zu einem Ziel (15), mit:

einer Abschußplattform (11);

einer Radareinrichtung (12) mit synthetischer Apertur, wobei die Radareinrichtung (12) an der Abschußplattform (11) angeordnet ist, um von einem das Ziel (15) umgebenden Gebiet eine Karte mittels der Radareinrichtung mit synthetischer Apertur zu erzeugen, um den Ort des Ziels (15) zu bestimmen; und

einer Waffe (13) mit einem Waffenleitsystem (14), das auf Signale anspricht, die von der Radareinrichtung (12) mit synthetischer Apertur bereitgestellt werden und die dazu dienen, das Waffenleitsystem so zu steuern, daß eine Flugbahn zu dem Ziel (15) geflogen wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

das SAR-Waffenleitsystem ein SAR-Waffenleitsystem mittels Radar mit Monoimpulsen und inversen Monoimpulsen ist;

die Radareinrichtung (12) mit synthetischer Apertur eine SAR-Monoimpulskarte des Gebietes erzeugt, das das Ziel umgibt, und eine inverse Monoimpulsausleuchtung sendet, die eine Sequenz von alternierenden Summenmustern und gleichzeitigen Azimut- und Elevations-Differenzmustern umfaßt, die auf das Ziel (15) zentriert sind; und

das Leitsystem (14) der Waffe (13) ein nicht-kohärenter Radarsucher (14) ist, der auf Leitbefehle anspricht, die von der Abschlußplattform (11) gesendet werden, zum Empfangen von Reflexionen der alternierenden Summenmuster und kombinierten Azimut- und Elevations-Differenzmuster von dem Ziel (15) und zum Verwenden dieser Reflexionen, um die Azimut- und Elevati ons-Differenzmusternull auf das Ziel (15) zu erfassen und zu verfolgen, um eine optimale Flugbahn zu dem Ziel (15) zu fliegen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitsystem (14) einen passiven nicht-kohärenten Radarsucher (14) aufweist.

3. System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Radareinrichtung (12) die gleichzeitigen Azimut- und Elevations-Differenzmuster erzeugt durch Aufteilen der Apertur der Radarantenne in vier Quadranten und durch Einstellen von 90º-Phasenverschiebungen zwischen jeweiligen benachbarten Quadranten während des Sendens.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Phase von 90º zwischen benachbarten Quadranten ein dreidimensionales Nullmuster erzeugt.

5. Verfahren zum Leiten einer Waffe (13) zu einem Ziel (15), mit den Schritten:

Verwenden einer Radareinrichtung (12) mit synthetischer Apertur zum Erzeugen (21) einer SAR-Karte eines Zielgebietes, und Bestimmen eines darin vorhandenen Ziels (15);

Abschießen (23) der Waffe (13) auf das Ziel (15);

gekennzeichnet durch

die Tatsache, daß die SAR-Karte eine SAR-Monoimpulskarte ist;

das Verwenden der Radareinrichtung (12) mit synthetischer Apertur zum Senden einer Leitimpulsfolge von verschachtelten Summenmustern und gleichzeitigen Azimut- und Elevations- Differenzmustern auf das Ziel (15);

Empfangen (25) von reflektierten verschachtelten Summenmustern und gleichzeitigen Azimut- und Elevations-Differenzmustern von dem Ziel (15) an einem Sucher- und Leitsystem (14) an der Waffe (15);

Aufschalten (26) auf eine konvergierende Null unter Verwendung des Summenmusters; und

Erzeugen von Steuerbefehlen (27) nach dem Aufschalten auf die Null, um herbeizuführen, daß die Waffe (13) eine optimale Flugbahn zu dem Ziel (15) fliegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner gekennzeichnet durch den Schritt, das Ziel (15) mittels der SAR-Monoimpulskarten kontinuierlich zu verfolgen, die von der Radareinrichtung (12) mit synthetischer Apertur erzeugt werden, und zwar unter Verwendung der Echos der Summenmuster.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, ferner gekennzeichnet durch den Schritt, zusätzliche Karten (22) zu erstellen, um das Ziel (15) zu verfolgen und Zielfehler aufgrund von Navigationsfehlern auszuräumen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vier gleichzeitige Strahlen gesendet werden, und zwar jeweils einer von einem Quadranten, um das verschachtelte Summenmuster und das gleichzeitige Azimut- und Elevations-Differenzmuster zu bilden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Summenmuster dazu verwendet wird, um zu gewährleisten, daß der Sucher (14) eine dreidimensionale Null erfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitigen Azimut- und Elevations-Differenzmuster gesendet werden, wobei eine Null von jedem Differenzmuster auf das Ziel (15) gestellt wird, um das dreidimensionale Nullmuster bereitzustellen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Quadranten eine relative Phasenverschiebung von 90º aufweisen, um eine Entkopplung benachbarter Quadranten bereitzustellen.