EP0727638B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bekämpfung verdeckt operierender Hubschrauber - Google Patents
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- F41G7/2273—Homing guidance systems characterised by the type of waves
- F41G7/2293—Homing guidance systems characterised by the type of waves using electromagnetic waves other than radio waves
Definitions
- the invention relates to a method and an apparatus with the aid of which operating under cover, appearing briefly and then covering again using enemy helicopters even after losing line of sight using a selectively designed on helicopter type recognition electro-optical seeker head can be effectively combated.
- Such devices are known in different embodiments.
- the patent specification DE 37 33 681 C1 can be mentioned as an example of this.
- the search head essentially consists of an entry optic in their Focal plane infrared-sensitive detector elements arranged in a rectangular matrix are. Each detector element can be read out individually, the resulting one Signal to be examined according to amplitude and frequency behavior.
- the observation axis of the seeker head is oriented vertically downwards, whereby it can be assumed that enemy helicopters, shadowing of the terrain using moving close to the ground.
- the search head is designed so that he helicopter due to its field of view design and its height above ground based on their characteristic radiation modulated by the rotor blade movement should be able to reliably recognize in a defined search area.
- the design of the seeker head on the vertical direction of observation limits the operational performance of a defense missile equipped with this sensor considerably, especially if it is "shoulder lockable" got to.
- the criteria for shoulder lockability are light weight (typically 12 kg), easy handling, high reliability and a favorable cost / benefit ratio.
- Sensors are used as follows.
- the observing shooter discovers an enemy Helicopter. He estimates the distance to the target and gives this value into the launch device of the missile. Since the sensor image field is limited, The success of the control measure depends on the reliability of this estimate crucially. It must also be ensured that the Predefined search ranges overlap.
- the missile is launched. Moved according to the distance data and the specified sensor image field the missile is in a predetermined trajectory and then at a height of typically to be braked 800 - 1200 m by a rear parachute.
- the missile longitudinal axis is oriented vertically after completion of the braking process, the target seeker looks down, the search phase begins.
- the falling speed must be adjusted by the parachute to the performance of the signal evaluation process become. If the target is detected, the parachute is disconnected. The remaining one Part of the missile containing the warhead must now proceed from the low falling speed, so far accelerated that the target itself can be reliably fought at maximum escape speed.
- the invention has for its object a user-friendly, effective Show method and a device for realizing the same with the reliable detection and control, especially of covertly operating Helicopters, d. H. without line of sight of the shooter to the target, without distance measurement, is guaranteed at low missile weight, being essential is that the search for a destination is parallel or even in the case of a flight profile in one plane can be done at a slight angle to the terrain.
- the operational task is shown schematically in FIG. One at the starting point Based on previous observations, the positioned shooter assumes that an enemy target is under cover behind a tree. In order to there is no direct line of sight between him and the target. Not here shoulder starting device shown in more detail is aligned approximately to the target, the missile launches at an elevation angle of typically 70 °. On at a height of typically 800m, the missile swings into a trajectory, which runs approximately parallel to the site.
- the search phase now begins, the details of which can be seen in FIG. 2. Due to the angular position of the stationary wedge K and the rotary wedge DK, the image field axis is aligned at an angle of typically 45 ° downwards.
- the detector matrix DM e.g. InSb detector matrix with 256 * 256 individual detectors
- the design of the lens system LS at a flight altitude of 800 m on the surface of the earth, a search strip with a width (perpendicular to the direction of flight) of up to 1200 is typically found m trained.
- the missile approaches how indicated in Fig. 3, the goal according to the steering law of proportional navigation.
- the rotary wedge rotates 180 ° around the longitudinal axis of the missile, so that the image field axis is now collinearly oriented to the missile axis. That starts the pursuit phase.
- the signal evaluation also serves SAW of lane formation. This improves the prediction of the target movement and hit accuracy.
- the measured values are one Position sensors (roll, pitch and yaw movements) in the signal evaluation used for image stabilization.
- the rotational and longitudinal movements of the missile can be detected quantitatively by sensors and by means of suitable Algorithms electronically stabilize the field of view on the ground, that the frequency detection of the helicopter within grid elements a laser coordinate system resting on the ground.
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit deren Hilfe
verdeckt operierende, kurzeitig auftauchende und anschließend wieder die Deckung
nutzende gegnerische Hubschrauber auch nach dem Verlust der Sichtverbindung
unter Verwendung eines selektiv auf Hubschrauber-Typenerkennung entwickelten
elektro-optischen Suchkopfes wirksam bekämpft werden können.
Solche Vorrichtungen sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Als
Beispiel hierfür kann die Patentschrift DE 37 33 681 C1 genannt werden. Bei der
bekannten Vorrichtung wird zur Hubschrauberdetektion ein sog. Infrarot-Suchkopf
verwendet. Der Suchkopf besteht im wesentlichen aus einer Eintrittsoptik in deren
Brennebene infrarot-empfindliche Detektorelemente in einer Rechtecksmatrix angeordnet
sind. Jedes Detektorelement kann individuell ausgelesen, das daraus resultierende
Signal nach Amplitude und Frequenzverhalten untersucht werden.
Die Beobachtungsachse des Suchkopfes ist vertikal nach unten ausgerichtet, wobei
davon ausgegangen werden kann, daß gegnerische Hubschrauber, Geländeabschattungen
nutzend, sich in Bodennähe bewegen. Der Suchkopf ist so ausgestaltet, daß
er aufgrund seiner Bildfeldauslegung und seiner Höhe über Grund Hubschrauber
anhand ihrer durch die Rotorblattbewegung charakteristisch modulierten Eigenstrahlung
in einem definierten Suchgebiet zuverlässig erkennen können soll.
Die Auslegung des Suchkopfes auf die vertikale Beobachtungsrichtung schränkt die
operationelle Leistungsfähigkeit eines mit diesem Sensor ausgestatteten Abwehrflugkörpers
erheblich ein, insbesondere wenn dieser "schulterverschießbar" sein
muß. Kriterien für die Schulterverschießbarkeit sind geringes Gewicht (typisch 12
kg), einfache Handhabung, hohe Zuverlässigkeit und ein günstiges Kosten/Nutzenverhältnis.
In Verbindung mit einem Flugkörper kann dieser vertikal nach unten ausgerichtete
Sensors wie folgt eingesetzt werden. Der beobachtende Schütze entdeckt einen gegnerischen
Hubschrauber. Er schätzt die Entfernung zum Ziel und gibt diesen Wert
in die Startvorrichtung des Flugkörpers ein. Da das Sensorbildfeld begrenzt ist,
hängt von der Zuverlässigkeit dieser Schätzung der Erfolg der Bekämpfungsmaßnahme
entscheidend ab. Ferner muß sichergestellt sein, daß sich die durch die
Schätzwerte vorgegebenen Suchbereiche überlappen. Der Flugkörper wird gestartet.
Entsprechend der Entfernungsdaten und des vorgegebenen Sensorbildfeldes bewegt
sich der Flugkörper auf einer vorgegebenen Flugbahn um dann auf einer Höhe von
typischerweise 800 - 1200 m durch einen Heckfallschirm abgebremst zu werden.
Die Flugkörperlängsachse ist nach Abschluß des Bremsvorganges vertikal orientiert,
der Zielsuchkopf blickt nach unten, die Suchphase beginnt. Die Fallgeschwindigkeit
muß durch den Fallschirm der Leistungsfähigkeit des Signalauswerteverfahrens angepaßt
werden. Ist das Ziel erfaßt, wird der Fallschirm abgetrennt. Der verbliebene
Teil des Flugkörpers, der den Gefechtkopf beinhaltet, muß nunmehr, ausgehend von
der geringen Fallgeschwindigkeit, soweit beschleunigt werden, daß das Ziel selbst
bei maximaler Fluchtgeschwindigkeit zuverlässig bekämpft werden kann.
Die Nachteile der bekannten Einrichtung hinsichtlich der Wirksamkeit eines
Waffensystems sind offenkundig:
- Falsche Entfernungsschätzung führt zu Fehlschuß, was nur durch einen zusätzlich eingesetzten Laserentfernungsmesser vermeidbar wäre.
- Die Suchphase erfolgt bei geringer Flugkörpergeschwindigkeit. In der daraus resultierenden Zeit kann das Ziel eine zusätzliche Distanz zurücklegen, deren Überwindung erhöhte Anforderungen an die Zielverfolgungsgeschwindigkeit des Flugkörpers stellt.
- Aufgrund der ungünstigen Energiebilanz durch zusätzliche Brems- und Beschleunigungsmanöver erhöhter Treibstoffbedarf, und daraus resultierend Gewichtszunahme, ungünstiges Kosten-/Nutzenverhältnis.
- Der Fallschirm erhöht Komplexität des Flugkörpers und damit dessen Ausfallquote, sowie die Herstellungskosten.
- Ohne eine zusätzliche Vorrichtung zur elektronischen oder mechanischen Bildstabilisierung im Suchkopf können die Pendelbewegungen am Fallschirm während der Suchphase nicht ausgeglichen werden, so daß die Frequenz der Hubschrauberstrahlung in der Realität - so wie in DE 37 33 681 C1 angegeben - gar nicht erkannt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bedienerfreundliches, wirksames
Verfahren und eine Einrichtung zur Realisierung desselben aufzuzeigen, mit dem
die zuverlässige Erkennung und Bekämpfung insbesondere von verdeckt operierenden
Hubschraubern, d. h. ohne Sichtverbindung des Schützen zum Ziel, ohne Entfernungsmessung,
bei niedrigem Flugkörpergewicht gewährleistet ist, wobei wesentlich
ist, daß die Zielsuche auch bei einem Flugprofil in einer Ebene parallel oder
unter einem geringen Neigungswinkel zum Gelände erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. In
den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in
der nachfolgenden Beschreibung wird wird anhand eines Bekämpfungsszenarios ein
Ausführungsbeispiel erläutert und in den Figuren der Zeichnung, die auch als Ergänzung
der Beschreibung anzusehen sind, skizziert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren Fig. 1 bis Fig. 3 erläutert. Es
zeigen
- Fig. 1
- in schematischer Darstellung die operationelle Aufgabe gemäß der Erfindung,
- Fig. 2
- in schematischer Darstellung die Suchphase gemäß der Erfindung, und
- Fig. 3
- in schematischer Darstellung die Zielverfolgungsphase gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 ist die operationelle Aufgabe schematisch dargestellt. Ein am Startpunkt
positionierter Schütze geht aufgrund vorangegangener Beobachtungen davon aus,
daß sich ein gegnerisches Zielobjekt hinter einem Baum in Deckung befindet. Damit
besteht zwischen ihm und dem Ziel keine direkte Sichtverbindung. Die hier nicht
näher dargestellte Schulter-Startvorrichtung wird ungefähr zum Ziel ausgerichtet,
der Flugkörper startet unter einem Elevationswinkel von typischerweise 70°. Auf
einer Höhe von typischerweise 800m schwenkt der Flugkörper in eine Flugbahn ein,
die ungefähr parallel zum Gelände verläuft.
Nunmehr beginnt die Suchphase, deren Details aus Fig. 2 ersichtlich werden. Die
Bildfeldachse wird aufgrund der Winkelstellung des stationären Keiles K und des
Drehkeiles DK unter einem Winkel von typischerweise 45° nach unten ausgerichtet.
Durch die Wahl der Detektormatrix DM(z. B. InSb-Detektormatrix mit 256*256
Einzeldetektoren) und der Auslegung des Linsensystems LS wird bei einer Flughöhe
von 800 m auf der Erdoberfläch typischerweise ein Suchstreifen der Breite
(senkrecht zur Flugrichtung) von bis zu 1200 m ausgebildet.
Wird ein Ziel aufgrund seiner durch die Rortorblattbewegungen in eindeutiger Weise
modulierten Infrarot-Eigenstrahlung entdeckt, so nähert sich der Flugkörper, wie
in Fig. 3 angedeutet, dem Ziel nach dem Lenkgesetz der Proportionalnavigation.
Gleichzeitig dreht sich der Drehkeil um 180° um die Flugkörper-Längsachse, so daß
die Bildfeldachse nunmehr kollinear zur Flugkörperachse orientiert ist. Damit beginnt
die Zielverfolgungsphase.
Neben der Zielsuche und eindeutigen Zielerkennung dient die Signalauswertung
SAW der Spurbildung. Dadurch verbessert sich die Prädiktion der Zielbewegung
und die Treffergenauigkeit. Desweiteren werden die Meßwerte eines
Lagesensors (Roll-, Nick- und Gierbewegungen) in der Signalauswertung
zur Bildstabilisierung verwendet. Dabei werden die Dreh- und Längsbewegungen
des Flugkörpers durch Sensoren quantitativ erfaßt werden und mittels geeigneter
Algorithmen das Sehfeld am Boden auf elektronischem Wege so stabilisiert,
daß die Frequenzerkennung der Hubschrauber innerhalb von Rasterelementen
eines am Boden ruhenden Laserkoordinatensystems erfolgt.
Claims (4)
- Verfahren zum lückenlosen Erfassen, Identifizieren und zuverlässigen Bekämpfen verdeckt operierender Hubschrauber mit einem Flugkörper mit integriertem Zielsuchkopf, wobei die durch die Rotorblattbewegung modulierte Eigenstrahlung des Hubschraubers zur Zielerkennung genutzt wird,
dadurch gekennzeichnet,daß der den Zielsuchkopf beinhaltende Flugkörper während der Suchphase eine zur Erdoberfläche in etwa parallele Flugbahn ausführt,daß die Bildfeldachse während der Suchphase mit einem geeigneten Winkel schräg nach unten weist und während der Zielverfolgung kollinear zur Flugkörperachse verläuft,daß die Suche typischerweise in einem Streifen von bis zu 1200 m Breite erfolgt,daß die Dreh- und Längsbewegungen des Flugkörpers durch Sensoren quantitativ erfaßt werden unddaß Meßwerte aus den Sensoren nach einer Signalauswertung (SAW) für eine elektronische Bildstabilisierung des Sehfeldes am Boden verwendet werden, so daß aus dem über eine Mindestzeit ruhenden Bild die Erkennung eines Hubschraubers mittels der empfangenen Rotorblattfrequenz erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildfeld des Zielsuchkopfes nach erfolgter Zielerkennung durch kollineare Ausrichtung von Bildfeldachse und Flugkörperachse an das Ziel adaptiert wird.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildfeldadaption des Infrarot-Zielsuchkopfes beim Übergang von der Suchphase zur Zielverfolgungsphase durch einen optisch wirksamen Drehkeil (DK) erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem zeitlichen Ablauf der Zielbewegung (Spurbildung) in der Endphase der Zielverfolgung der optimale Auftreffbereich des Flugkörpers im Ziel berechnet wird.
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