DE102004042144B4

DE102004042144B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Schußsimulation von direkt gerichteten Waffen mittels Laserlichts

Info

Publication number: DE102004042144B4
Application number: DE200410042144
Authority: DE
Inventors: Jan Dr.rer.nat. Marek; Wilfried Goda
Original assignee: RUAG COEL GmbH
Current assignee: Thales Simulation & Training De GmbH
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2024-09-01
Also published as: DE102004042144A1

Abstract

Verfahren zur Schußsimulation mit direkt gerichteten Waffen mittels Laserlicht, wobei die Waffe eine Laserlichtquelle umfaßt, von der Laserlicht im wesentlichen analog der Schußbahn eines mit der Waffe verschossenen realen Projektils auf wenigstens einen am Angriffsziel positionierten Retroreflektor bei simulierter Betätigung der Waffe gesendet wird, und wobei wenigstens ein Teil des am Retroreflektor reflektierten Laserlichts zu einem an der Waffe vorgesehenen Laserlichtempfänger reflektiert wird, woraus wenigstens die Entfernung zwischen Waffe und Ziel erfaßbar ist, umfassend die Verfahrensschritte:
a. der Laserstrahl wird zunächst analog der Schußbahn eines mit der Waffe verschossenen realen Projektils derart durch eine unterschiedliche Einzelsektoren umfassende Blenden einrichtung aufgeweitet gesendet, daß er am Zielort eine Strahldivergenz aufweist, daß wenigstens einer der Retroreflektoren des Ziels beleuchtet wird,
b. nachfolgend wird aus dem vom Retroreflektor reflektierten Laserstrahl am Ort der Laserlichtquelle in einer Steuereinheit aus ermittelten Daten, die wenigstens die gemessene Entfernung repräsentieren, die Position des den Zielort bildenden Retroreflektors...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schußsimulation mit direkt gerichteten Waffen mittels Laserlicht.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung ähnlicher Art sind bekannt ( EP 0 890 818 A2 ). Das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung sind darauf gerichtet, daß nur Laserlicht einer vorbestimmten Wellenlänge vom Ziel reflektiert bzw. akzeptiert wird. Prinzipbedingte Systemstörungen durch nicht separierbare Reflexe vieler Ziele und Verfälschungen von Meßergebnissen werden ausgeschlossen, wobei Zieltypen angreiferseitig erkannt werden.
Wichtige Abschnitte der militärischen Schieß- und Gefechtsausbildung erfolgen heutzutage in Gefechtsübungszentren. Soldaten und Gefechtsfahrzeuge sind mit Lichtschuß-Simulatoren für eine realistische und ungefährli che Simulation eines Waffeneinsatzes ausgerüstet. Bei einfachen Verfahren bzw. Vorrichtungen zur Schußsimulation wird lediglich mit Hilfe formierten Laserlichts eine Information parallel zur Rohrseelenachse einer Waffe zu an einem Ziel montierten Lichtsignalempfänger (Laserlichtdetektor/Sensor) gesendet, wobei dann durch diese, was ausreichende Richtgenauigkeit der Waffe voraussetzt, das Laserlicht dekodiert werden kann, und es wird ein Treffer zuerkannt. Bei komplexeren Schußsimulationsverfahren und -vorrichtungen kann aus den mittels dem Laserlicht gesendeten Informationen noch zusätzlich abgeleitet werden, ob die Waffe des Angreifers im Falle eines Treffers das Ziel vernichten kann, oder ob z. B. die Waffe in der Entfernung noch wirksam wäre.
Mit der Vorgabe, nur dann Einsatzerfolge des simulierten Waffeneinsatzes zuzulassen, wenn diese auch im realen Gefechtsgeschehen erzielt worden wären, werden zunehmend auch Verfahren und Vorrichtungen zur Schußsimulation mit weitergehenden Leistungsmerkmalen als vorangehend dargestellt gefordert. Hierbei werden u. a. auch die Qualität der Feuerleitung, die wirksame Waffenreichweite, die Zielentfernung, die Geschoßflugzeit, die Geschoßballistik, eine mögliche Verkantung der Waffe beim Schuß oder auch die Einflüsse von Ziel und Eigenbewegung auf das Schußergebnis berücksichtigt.
Eine weitere Forderung besteht darin, daß auch mittels der Schußsimulation differenzierte Beschädigungen des Ziels z. B. aufgrund der Entfernung zwischen Angreifer und Ziel, der Trefferlage auf dem Ziel, den Zieleigenschaften bzw. dem Eigenschutz, dem Munitionstyp und noch andere Parameter mit einbezogen werden sollen. Derartige Systeme setzen eine komplexe Sensorik und Datenerfassung u. a. mit Gyros und Inklinometern voraus, wobei die Ver messung der mit Reflektoren markierten Ziele dann mit leistungsfähigen Lasersystemen erfolgt.
Solche leistungsfähigen, zielvermessenden Lichtschußsimulatoren sind bisher nur für Gefechtsfahrzeuge oder für Panzerabwehrflugkörper eingesetzt worden, da die dafür erforderlichen Meßsysteme bei diesen Waffensystemen größer gebaut werden können und dadurch die Größe, die Bewegungen und Eigenschaften der Waffe nicht beeinflußt werden. Die Anwendung ähnlicher Technik bei einfachen Infanteriewaffen wie bspw. Schnellfeuergewehren und Maschinengewehren wurde bisher aus Gründen der Bauform, des Gewichtes und des Energiebedarfes und der Gestehungskosten ausgeschlossen.
Aus der DE 100 50 691 A1 ist ein Verfahren zur Schußsimulation mit Lasern bekannt, wobei der Schuß mit einem ersten Laser simuliert wird, dessen Reflektionen von am Ziel angebrachten Retroreflektoren empfangen werden und zuletzt Daten mit einem weiteren Laserstrahl auf einen Sensor am Ziel gesendet werden. In diesem Dokument ist auch die Verwendung eines Laserstrahls mit zwei getrennten Lasern beschrieben, und zwar zur Erzeugung der beiden Laserstrahlen und nun den Strahlquerschnitt der Laser so auszulegen, daß die am Ziel vom ersten Laserstrahl beleuchtete Fläche signifikant größer ist als die vom zweiten Laserstrahl beleuchtete Fläche, so daß die zielseitigige Retroreflektoreinheit getroffen wird.
Aus dem Dokument gem. der DE 31 01 021 A1 ist eine Nachrichtenübertragungsstrecke zwischen einer ersten Station, die einen eine gebündelten Laserstrahl aussendenden Laser sowie einen Empfänger für Laserlicht aufweist, und einer zweiten Station, die den durch eine Eintrittsöffnung empfangenen Laserstrahl mittels einem modulierten Reflektor zurückendet. Die Eintrittsöffnung der zweiten Station weist dabei eine variable Blende auf.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schußsimulation mit direkt gerichteten Waffen der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich im Hinblick auf ihre Verfahrensführung und im Hinblick auf ihre vorrichtungsgemäße Realisierung für den Einsatz an Infanteriewaffen eignen und dennoch als messendes Simulationssystem (Verfahren, Vorrichtung) derart leistungsfähig sind, wie dieses bisher nur bei komplexen Systemen in bezug auf Verfahrensführung, mechanischer und elektrischer bzw. elektronischer Ausgestaltung, Energiebedarf und Bereitstellungskosten möglich war, wobei das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl bei komplexeren Waffen bzw. Waffensystemen eingesetzt werden können sollen als auch bei Infanteriewaffen.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Schußsimulation mit direkt gerichteten Waffen mittels Laserlicht, wobei die Waffe eine Laserlichtquelle umfaßt, von der Laserlicht im wesentlichen analog der Schußbahn eines mit der Waffe verschossenen realen Projektils auf wenigstens einen am Angriffsziel positionierten Retroreflektor bei simulierter Betätigung der Waffe gesendet wird, und wobei wenigstens ein Teil des am Retroreflektor reflektierten Laserlichts zu einem an der Waffe vorgesehenen Laserlichtempfänger reflektiert wird, woraus wenigstens die Entfernung zwischen Waffe und Ziel erfaßbar ist, umfassend die Verfahrensschritte:

a. der Laserstrahl wird zunächst analog der Schußbahn eines mit der Waffe verschossenen realen Projektils derart durch eine unter schiedliche Einzelsektoren umfassende Blendeneinrichtung aufgewertet gesendet, daß er am Zielort eine Strahldivergenz aufweist, daß wenigstens einer der Retroreflektoren des Ziels beleuchtet wird,
b. nachfolgend wird aus dem vom Retroreflektor reflektierten Laserstrahl am Ort der Laserlichtquelle in einer Steuereinheit aus ermittelten Daten, die wenigstens die gemessene Entfernung repräsentieren, die Position des den Zielort bildenden Retroreflektors durch Zuordnung von dessen Reflexion des Laserstrahls zu einem ausgewählten Sektor der Blendeneinrichtung ermittelt und die Strahldivergenz eines erneut auf das Ziel von der Laserlichtquelle auszusendenden Strahls verringert wird, wobei nachfolgend
c. Daten in dem gem. Merkmal b. in bezug auf die Strahldivergenz verringerten Laserstrahl auf wenigstens einen am Ziel angeordneten Sensor gesendet werden.

Auch können die gesendeten Daten weitere Informationen beinhalten, bspw. die Position des Retroreflektors bzw. der Retroreflektoren im Raum, die Lage der optischen bzw. Viererachse der Waffe oder sonstige Daten des ”schießenden” Systems.
Aus den letztgenannten Daten kann dann die Position, die Aktion und der Status jedes Gefechtsteilnehmers zentral erfaßt und direkt oder zeitlich versetzt ausgewertet werden, so daß der Erfolg oder Mißerfolg eines tatsächlichen Kampfgeschehens während des simulierten Kampfes, aber auch später bei einer Auswertung des Kampfgeschehens erkannt bzw. nachvollzogen werden kann.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt im wesentlichen darin, daß durch die Wahl der erfindungsgemäßen Verfahrensführung und eine daraus resultierende Steuerung der Verfahrensschritte eine einfache Ausgestaltung des Verfahrens ermöglicht wird, so daß die aufgabengemäß angestrebte Wirkung des Verfahrens gegenüber bisherigen, sehr viel komplexeren und aufwendigeren Systemen nicht zurücksteht.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß dieses in bezug auf alle vorangehend aufgeführten Verfahrensschritte mit großer Geschwindigkeit durchgeführt werden kann und quasi in Echtzeit die ermittelten Schußdaten an den Sensor übertragen und ausgewertet werden können, ohne daß das Ergebnis durch die Bewegungen des Schützen beeinflußt wird, z. B. durch einen Rückstoß der Waffe bei Verwendung von Übungsmunition.
Gem. einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist das Laserlicht, das zur Entfernungsmessung und zur Bestimmung des Zieltyps gesendet wird, eine andere Wellenlänge als das Laserlicht auf, das zur Übermittlung der Daten auf den zielseitigen Sensor gesendet wird. Obwohl es prinzipiell möglich ist, sowohl die Entfernung zwischen Waffe und Ziel als auch die Bestimmung des Typs des Ziels mit Laserlicht einer bestimmten Wellenlänge zu messen bzw. zu bestimmen, ist die vorgen. vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens, nämlich für die Entfernungsmessung und die Zieltyperkennung unterschiedliche Lichtwellenlängen zu verwenden, vorteilhaft, da, wie oben erwähnt, nur die Anwesenheit der anderen Wellenlänge schon eine Information darstellt, d. h. damit wird z. B. die Stelle eines Treffers markiert, denn der Laserstrahl hat nur eine der Entfernung angepaßte, definierte Divergenz.
Gem. einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens fungiert als Laserlichtquelle eine einzige Laserlichtquelle, z. B. Laserlicht, das eine taper-Faser durchstrahlt, von der eine Mehrzahl von Laserlichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge abgeleitet werden, die dann durch geeignete selektive Elemente wie z. B. Beugungsgitter, Prismen, Filter und dergl. getrennt werden können.
In diesem Falle bildet die Mehrzahl aller Laserlichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen der jeweiligen Laserstrahlen die Laserlichtquelle in ihrer Gesamtheit.
Vorteilhafterweise wird das Verfahren derart ausgeführt, daß die Laserleistung regelbar und/oder einstellbar ist, so daß eine gewollte Verminderung der Reichweite des Laserstrahls bzw. der Laserstrahlen erreicht werden kann. Eine Steuerung der Laserleistung kann unter Berücksichtigung der Ausdehnung der Laserlichtquelle für eine sichere Einhaltung von Grenzwerten für augensichere Lasersysteme auf einfache Weise sorgen.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Schußsimulation mit direkt gerichteten Waffen mittels Laserlicht, wobei die Waffe eine Laserlichtquelle umfaßt, von der Laserlicht im wesentlichen analog der Schußbahn eines mit der Waffe verschossenen realen Projektils auf wenigstens einen am Angriffsziel positionierten Retroreflektor bei simulierter Betätigung der Waffe gesendet wird, sowie einen La serlichtempfänger, der wenigstens einen Teil des vom Retroreflektor reflektierten Laserlichts empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahlrichtung der Laserlichtquelle auf das Ziel nachfolgend eine unterschiedliche Einzelsektoren umfassende Blendeneinrichtung derart positioniert ist, daß wenigstens das von der Laserlichtquelle gesendete Laserlicht, das die Schußbahn eines mit der Waffe verschossenen realen Projektils analog darstellt, die Blendeneinrichtung in einer ersten Blendenöffnung (große Blende) vor Auftreffen auf dem Ziel durchquert, wobei nach dem Empfang des reflektierten Laserlichts die Position des Retroreflektors im Raum durch Zuordnung von dessen reflektiertem Laserlicht zu einem ausgewählten Sektor der Blendeneinrichtung festgestellt wird und erneut ein Laserstrahl die Blendeneinrichtung in einer zweiten Blendenöffnung durchquerend auf das Ziel gesendet wird, und wobei die erste Blendenöffnung (große Blende) größer als die zweite Blendenöffnung ist.
Das hat den Vorteil, daß mit Hilfe der Steuerung der Blendeneinrichtung nur definierte Teile des Laserlichts, das von der Laserlichtquelle gesendet wird, das Ziel erreichen.
Mittels der Blendeneinrichtung ist es vorteilhafterweise möglich, wenn sie weit geöffnet wird (große Blende), den Raum, der mit dem Laserlicht bestrahlt wird, in einem großen Winkelbereich zu erfassen bzw. zu bestrahlen, so daß, siehe das obige Verfahren, auch unter ungünstigen Bedingungen, d. h. bspw. einer minimalen Zielentfernung und einem maximal zulässigen Richtwert für die Erfüllung von Trefferkriterien, nur mindestens ein Retroreflektor am bzw. im Ziel beleuchtet wird. Bei dieser ersten Einstellung der Blendeneinrichtung weist der Laserstrahl eine große Strahldivergenz auf.
Nach dem Messen der Entfernung zwischen Waffe und Ziel kann dann, s. wiederum das obige Verfahren, zur Übertragung der errechneten Entfernungsdaten und der Daten, die den Zieltyp bestimmen, auch die Blendeneinrichtung derart verstellt werden, daß der Laserstrahl mit kleiner Strahldivergenz auf das Ziel, genauer auf den Sensor bzw. die Sensoren, der bzw. die am Ziel angeordnet ist bzw. sind, gesendet wird. Es kann gesagt werden, daß im einfachsten Fall, was sowohl für das obige Verfahren als auch für die Vorrichtung gilt, wenigstens auf der Basis der Messung der Entfernung zwischen Waffe und Ziel und der Identifizierung des Zieltyps die Einstellung der Blende für die Übertragung der Daten gewählt werden kann. Die gewählte Einstellung der Blende bestimmt mit den Daten des optischen Systems der Erfindung, im wesentlichen repräsentiert durch die Laserlichtquelle und den zusätzlichen optischen Komponenten, den Laserlichtkegel im Raum, d. h. den Lichtfleck am Ziel. In diesem Kegel erfolgt die Datenübertragung zum Ziel.
Gem. einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Blendeneinrichtung im wesentlichen in der Fokalebene einer als Systemlinse fungierenden Linse angeordnet. Die Blendeneinrichtung ist dabei derart ausgebildet, daß die Blende Bereiche des Laserstrahles öffnen und andere abdecken bzw. schließen kann, so daß auf diese Weise unter Berücksichtigung der ermittelten Meßdaten (Entfernung, Typ des Ziels) und der speziellen Daten des Sensors auf dem Ziel die räumliche Ausdehnung des Laserstrahls geformt werden kann.
Vorzugsweise ist die Blendeneinrichtung eine mechanische Blendeneinrichtung, mit der Stellzeiten im Bereich von ms erreichbar sind. So können z. B. im Falle mehrerer Blenden oder einer variablen Blende die einzelnen Elemente für den Laserstrahl bzw. die Laserstrahlen geöffnet oder geschlossen werden.
Wenn es auf eine sehr schnell funktionierende Vorrichtung zur Schußsimulation ankommt, d. h. in allerkürzester Zeit die Entfernungsmessung, die Identifizierung des Zieltyps und die Datenübertragung durchgeführt werden müssen, ist es vorteilhaft, die Vorrichtung derart auszubilden, daß die Blendeneinrichtung durch eine mikro-optische oder eine mikro-mechanische Blendeneinrichtung gebildet wird. Mittels einer derartigen mikro-optischen Blendeneinrichtung sind bspw. Stellzeiten im Bereich von μs möglich. Eine derartige Blendeneinrichtung gestattet die Aufteilung der gesamten Austrittsöffnung der Blende in der Nähe der Fokalebene der Systemlinse in einzelne Segmente, die schnell sequentiell oder parallel in definierten Gruppen geöffnet bzw. geschlossen werden können. Auf diese Weise kann die Lage des Retroreflektors am Ziel, d. h. seine Lage zur Visierachse, der Zieltyp und die Entfernung zum Ziel im μs-Bereich, erfaßt werden.
Die Aufteilung der Blende in einzelne Sektoren gestattet es, daß bspw. eine Entfernungsmessung in einem Sektor durchgeführt werden kann und bspw. die Erfassung des Typs des Ziels in einem anderen Sektor und die Übertragung der ermittelten Daten entsprechend der Entfernung und des Zieltyps auf den zielseitigen Sensor in noch einem anderen Sektor. Zudem kann durch die Zuordnung des vom Ziel reflektierten Laserlichts zum Blendensektor auch die Position des Retroreflektors im Raum festgestellt werden.
Wie oben schon im Zusammenhang mit der vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens angedeutet, kann die Laserlichtquelle derart beschaffen sein, daß sie eine Mehrzahl unterschiedlichen Laserlichts unterschiedlicher Wellenlänge erzeugt. Das kann bspw. durch Filter ausgeführt werden, die im Strahlengang des Laserlichts angeordnet sind und somit nur Laserlicht jeweils vorbestimmbarer Wellenlänge passieren lassen, bspw. in dem Fall, daß eine breitbandige primäre Laserlichtquelle verwendet wird, aus der die gewünschten unterschiedlichen Wellenlängen gefiltert werden, bspw. mittels wellenlängenselektiver Elemente, bspw. Multilayerspiegel. Es ist aber auch vorzugsweise möglich, die Laserlichtquelle durch eine Mehrzahl einzelner Laserlichtquellen auszubilden, bspw. durch die Verwendung mehrerer unterschiedlicher Halbleiterlaser, die Laserlicht unterschiedlicher Wellenlänge bzw. unterschiedlicher Wellenlängen emittieren können.
Um das Laserlicht, ob nun aus unterschiedlichen Laserlichtquellen kommend oder aus einer Laserlichtquelle abgeleitet kommend, auf die oben schon erwähnten Sektoren der Blendeneinrichtung zu leiten, ist es vorteilhaft, die Laserlichtquelle derart auszubilden, daß Spiegelelemente zur Ablenkung des Laserlichts in die vorbestimmten Sektoren des Raumes bzw. der Blende vorgesehen sind, wobei auf die Aufgabe, die Funktion und die Vorteile der Sektoren schon oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dessen vorteilhaften Weiterbildungen hingewiesen worden ist.
Schließlich ist es vorteilhaft, neben der Blendeneinrichtung in der Fokalebene des zu sendenden Laserlichts eine Homogenisierungsoptik, d. h. ein laserlichtdurchlässiges Flächenelement, vorzusehen, das Streueigenschaften hat. Diese Homogenisierungsoptik kann faktisch Teil der Blendeneinrichtung sein und ist derart ausgebildet, daß in der Fokalebene angeordnet dadurch das Laserlicht, auch wenn dieses unterschiedliche Wellenlängen aufweist, jeweils homogen verteilt wird.
Die Erfindung wird nun nachfolgend unter Bezugnahme auf die nachfolgenden schematischen Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispieles eingehend beschrieben.
Darin zeigen:
1 in perspektivischer Darstellung den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Schußsimulation mittels Laserlichts,
2 den Strahlengang des Laserlichts von der Laserlichtquelle, die die Waffe repräsentiert, zu einem Ziel, wobei der Laserstrahl zum einen mit großer Strahldivergenz und zum anderen mit kleiner Strahldivergenz dargestellt ist, zur Darstellung des Laserlichtkegels bei der Entfernungsmessung zwischen Waffe und Ziel und zur Bestimmung des Zieltyps und des Laserlichtkegels und ggf. zum Senden der erfaßten Daten im Hinblick auf die Entfernung, der Kenndaten des schießenden Systems usw. zum Sensor auf das Ziel,
3 eine Detaildarstellung der Laserlichtstrahlen, wie sie durch die Öffnungen durch ein mikro-mechanisches Blendenarray hindurchtreten können,
4 eine Darstellung einer Ausführungsform einer realen Vorrichtung gem. der Erfindung, wie sie an einer Infanteriewaffe zur dortigen Befestigung vorgesehen ist.
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen, die die wesentlichen Bestandteile der Vorrichtung 10 zur Schußsimulation mit direkt gerichteten Waffen 11 mittels Laserlichts 12 darstellt. Die Vorrichtung 10 gem. 1 stellt im wesentlichen zunächst einen Sender dar und wird auf einer Waffe 11 positioniert, die bspw. eine Infanteriewaffe in Form eines Schnellfeuergewehres oder eines Maschinengewehres ist, vgl. auch 3. Die Vorrichtung 10 umfaßt dabei im wesentlichen eine Laserlichtquelle 14, die hier aus drei einzelnen Laserlichtquellen 140, 141, 142 gebildet wird. Die Laserlichtquellen 140, 141, 142 wirken mit einem Laserstrahlformer 25 zusammen, der das Laserlicht 12, der erleichterten Anschauung wegen als Laserlichtachse dargestellt, geeignet formiert, homogenisiert und in die Nähe der Fokalebene einer Linse 24, die eine Systemlinse darstellt, geleitet. Mittels eines Strahlformers (optischer Integrator), der sich aus verschiedenen optischen Elementen zusammensetzen kann, werden die Laserlichtstrahlen durchmischt und dann auf die Austrittsebene in der Nähe der Fokalebene 22 der Systemlinse 24 projiziert. Die Ablenkung des Laserlichts 12 kann mit Spiegelelementen 143 erfolgen, was im einzelnen noch im Zusammenhang mit der Darstellung gem. 2 beschrieben wird. Die Laserlichtquelle 14 kann gleichzeitig auch einen Laserlichtempfänger 19 bilden, d. h. die Laserlichtquelle 14, die zusammen mit der Systemlinse 24 den Laserlichtsender darstellt, und der Laserlichtempfänger 19 können in dieser Kombination miteinander einen Transceiver bilden. Es ist aber auch möglich, die Laserlichtquelle 14 getrennt von dem Laserlichtempfänger 19 auszubilden. In der Darstellung der Figuren ist aus Einfachheitsgründen die Laserlichtquelle 14 gleichzeitig auch der Laserlichtempfänger 19.
In Strahlrichtung 20 der Laserlichtquelle 14, d. h. im Strahlengang des Laserlichts 12 zu einem Ziel 16 nachfolgend, ist eine Blendeneinrichtung 21 angeordnet. Die Blendeneinrichtung 21 ist im wesentlichen im Bereich der Fokalebene 22 der Systemlinse 24 vorgesehen. Unmittelbar vor dem Bereich der Blendeneinrichtung 21 ist als Austrittsfläche des Strahlformers 25 eine Streuflächeneinheit 27 vorgesehen, und zwar derart, daß einige Bereiche dieser vom Laserlicht 12 beleuchteten Fläche mit Hilfe der Blendeneinrichtung 21 geöffnet bzw. verschlossen werden können.
In Strahlrichtung 20 des Laserstrahls 12 der Blendeneinrichtung 21 bzw. der Streuflächeneinheit 27 nachfolgend ist die schon erwähnte Systemlinse 24 angeordnet, die den Sendeteil der Vorrichtung 10 im wesentlichen abschließt. Von der Linse 24 der Vorrichtung 10 aus wird dann das Ziel 16 mit Laserlicht 12 beaufschlagt. Eine Steuereinheit 23 wirkt mit der Laserlichtquelle 14 bzw. den Laserlichtquellen 140, 141, 142, dem Laserstrahlformer 25 sowie der Blendeneinrichtung 21 und ggf. auch mit dem Laserlichtempfänger 19 geeignet zusammen, wobei hier lediglich auf die Steuerung im Zusammenhang mit dem wei ter unten noch im einzelnen beschriebenen Verfahrensablauf zum Betrieb der Vorrichtung 10 eingegangen wird.
Hervorzuheben ist, daß die Blendeneinrichtung 21 bspw. aus zwei grundsätzlich unterschiedlich aufgebauten Blendensystemen realisiert werden kann. So kann die Blendeneinrichtung 21 eine mechanische Blendeneinrichtung sein, die Stellzeiten im Bereich von ms zuläßt, die Blendeneinrichtung kann aber auch einen mikro-mechanischen bzw. mikro-optischen Aufbau haben, mit dem Stellzeiten im Bereich von μs möglich sind. Welche Art der Blendeneinrichtung gewählt wird, hängt von der für den jeweiligen Einsatzzweck der Vorrichtung 10 notwendigen Geschwindigkeit der Zielerfassung, Entfernungsmessung zwischen Waffe 11 und Ziel 16 und der Datenübertragung der erfaßten und ggf. berechneten Daten von der Laserlichtquelle 14 zum am Ziel 16 positionierten Laserlichtdetektor oder -sensor 26 ab.
Mittels der im Hinblick auf ihren Aufbau vorangehend skizzierten Vorrichtung 10 ist das Verfahren zur Schußsimulation mit direkt gerichteten Waffen 11, in 1, symbolisch mit der Klammer dargestellt, ausführbar. Das Ziel 16, das ”beschossen” werden soll, weist wenigstens einen sogen. Retroreflektor 17 auf, der das Laserlicht 12, das auf ihn auftrifft, zu dem an der Waffe 11 vorgesehenen Laserlichtempfänger 19 reflektiert.
Das Verfahren zur Schußsimulation läuft nun derart ab, daß zunächst ein
Laserstrahl 12, im Laserstrahlformer 25, im Zusammenwirken mit der Steuereinheit 23, derart aufgeweitet gesendet wird, vgl. dazu insbesondere auch 2, daß er am Ziel 16 eine derart große Strahldivergenz aufweist, daß we nigstens einer der dort angeordneten Retroreflektoren 17 des Ziels 16 beleuchtet wird.
Der Retroreflektor 17 kann dabei derart ausgelegt sein, daß er z. B. durch vorgesetzte Filter nur Laserlicht 12 einer vorbestimmten Wellenlänge λ_n reflektieren kann. Das reflektierte Laserlicht 12 mit der Wellenlänge λ_n wird dann in Laserlichtempfänger 19 bspw. mittels einer dort angeordneten Fotodiode detektiert. Aus der Laufzeitmessung des Laserlichts 12 wird dann in der Steuereinheit 23 die Entfernung E zwischen der Laserlichtquelle 14 und dem Ziel 16 und der Typ des Zieles ermittelt.
Nachfolgend wird, basierend auf der Entfernungsmessung, Feststellung des Zieltyps und evtl. der Position der Retroreflektoren 17 im Meßfeld, entschieden, welche Daten zum Ziel 16 gesendet werden.
In dem Fall, daß die Reichweite der Waffe 11 überschritten wird, brauchen z. B. keine Daten gesendet zu werden.
Die Übertragung erfolgt mit einer sehr viel geringeren Strahldivergenz 13 als der, welche bei der Entfernungsmessung des Ziels und der Bestimmung des Zieltyps verwendet würde.
Ob wenigstens die Daten des ”schießenden Systems” (Schützennummer, Waffentyp usw.) oder auch die Entfernung E, die Position der Retroreflektoren 17 zur Visierachse der Waffe 11 usw. gesendet werden, hängt von der Definition bzw. den Anforderungen des Gesamtsystems ab, bspw. davon, ob das ”schießende System” in ein Übungszentrum eingebunden ist oder nicht.
Der Sensor 26 ist dabei derart ausgelegt, daß er Laserlicht 13 aller vorgebbaren Wellenlängen detektieren kann oder daß er, z. B. durch vorgeschaltete Filter, nur Laserlicht 13 der Wellenlänge λ_n detektieren kann.
Es sei darauf hingewiesen, daß immer dann, wenn in der vorangegangenen Beschreibung von Laserlicht 12 oder Laserlicht 13 gesprochen worden war, immer auch gepulstes Laserlicht 12, 13 gemeint sein kann.
Wie oben schon angedeutet, kann die Messung der Entfernung E zwischen Waffe 11 und Ziel 16 in unterschiedliche Einzelsektoren der Blendeneinrichtung 21 durchgeführt werden. Durch Zuordnung der Reflektion des am Retroreflektor 17 reflektierten Laserlichts 12 zum ausgewählten Sektor kann direkt auch die Position des Retroreflektors 17 im Raum auf einfache Weise festgestellt werden.
Mittels der vorbeschriebenen Verfahrensschritte i. V. m. der vorbeschriebenen Vorrichtung 10 können auf einfache Weise unter Berücksichtigung der Eigenschaften der simulierten, angreifenden Waffe 11
eine Messung der Zielentfernung,
eine Identifizierung des Zieltyps unter Berücksichtigung der Größe des Ziels und
eine selektive Datenübertragung
vorgenommen werden.
Ist das Ziel 16 mit mehreren, systematisch verteilten Lichtempfängern 26 ausgerüstet, kann mittels des Verfahrens und der Vorrichtung 10 der Treffpunkt des simulierten Projektils ermittelt werden. Dazu kann die Divergenz des Laserlichts 12 soweit reduziert werden, daß nur Teilbereiche des Zieles 16 beleuchtet werden, wobei dann die beleuchteten Sensoren 26 den Zielpunkt repräsentieren.
Die Laserlichtquelle 14 kann dabei gem. der Erfindung so ausgelegt werden, daß die wirksame Quellgröße und evtl. auch die Lage der Laserlichtquelle 14 gesteuert geändert werden können. Durch die Öffnung von verschiedenen Segmenten und Segmentgruppierungen, vgl. 3, wird eine Verlagerung des Laserstrahls 31, 32 zur Visierachse, d. h. zur optischen Achse des Laserlichtsenders bewirkt. Die Größe der Blendeneinrichtung 21 erlaubt auf diese Weise die Berücksichtigung der Superelevation und des Vorhaltes. Das kann bei Bedarf auch durch eine Verschiebung der gesamten Laserlichtquelle 14 zur optischen Achse des durch den Laserlichtsender und -empfänger gebildeten Transceivers geschehen, wodurch allerdings zwangsläufig die Systemgröße vergrößert wird.

10: Vorrichtung
11: Waffe
12: Laserlicht/Laserstrahl mit großer Strahldivergenz
13: Laserlicht/Laserstrahl mit kleiner Strahldivergenz
14: Laserlichtquelle
140: Laserlichtquelle
141: Laserlichtquelle
142: Laserlichtquelle
143: Spiegelelement
15: Schußbahn (idealisiert)
16: Angriffsziel/Ziel
17: Retroreflektor
18: reflektiertes Laserlicht
19: Laserlichtempfänger
20: Strahlrichtung
21: Blendeneinrichtung
22: Fokalebene
23: Steuereinheit
24: Linse
25: Laserstrahlformer
26: Laserlichtdetektor/Sensor
27: Streuflächeneinheit
31: Laserstrahl aus einem Segment eines Blendenarrays
32: Laserstrahl aus einem Segment eines Blendenarrays
E: Entfernung

Claims

Verfahren zur Schußsimulation mit direkt gerichteten Waffen mittels Laserlicht, wobei die Waffe eine Laserlichtquelle umfaßt, von der Laserlicht im wesentlichen analog der Schußbahn eines mit der Waffe verschossenen realen Projektils auf wenigstens einen am Angriffsziel positionierten Retroreflektor bei simulierter Betätigung der Waffe gesendet wird, und wobei wenigstens ein Teil des am Retroreflektor reflektierten Laserlichts zu einem an der Waffe vorgesehenen Laserlichtempfänger reflektiert wird, woraus wenigstens die Entfernung zwischen Waffe und Ziel erfaßbar ist, umfassend die Verfahrensschritte: a. der Laserstrahl wird zunächst analog der Schußbahn eines mit der Waffe verschossenen realen Projektils derart durch eine unterschiedliche Einzelsektoren umfassende Blenden einrichtung aufgeweitet gesendet, daß er am Zielort eine Strahldivergenz aufweist, daß wenigstens einer der Retroreflektoren des Ziels beleuchtet wird, b. nachfolgend wird aus dem vom Retroreflektor reflektierten Laserstrahl am Ort der Laserlichtquelle in einer Steuereinheit aus ermittelten Daten, die wenigstens die gemessene Entfernung repräsentieren, die Position des den Zielort bildenden Retroreflektors durch Zuordnung von dessen Reflexion des Laserstrahls zu einem ausgewählten Sektor der Blendeneinrichtung ermittelt und die Strahldivergenz eines erneut auf das Ziel von der Laserlichtquelle auszusendenden Strahls verringert wird, wobei nachfolgend c. Daten in dem gem. Merkmal b. in bezug auf die Strahldivergenz verringerten Laserstrahl auf wenigstens einen am Ziel angeordneten Sensor gesendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht, das zur Entfernungsmessung und zur Bestimmung des Zieltyps gesendet wird, eine gleiche oder eine andere Wellenlänge als das Laserlicht aufweist, das zur Übermittlung der Daten auf den zielseitigen Sensor gesendet wird.
Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Laserlichtquelle eine einzige Laserlichtquelle fungiert, von der eine Mehrzahl von Laserlichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge abgeleitet werden.
Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Laserlichtquellen mit unterschiedlicher Wellenlänge der jeweiligen Laserstrahlen die Laserlichtquelle bildet.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserleistung regelbar und/oder einstellbar ist.
Vorrichtung (10) zur Schußsimulation mit direkt gerichteten Waffen (11) mittels Laserlicht (12), wobei die Waffe (11) eine Laserlichtquelle (14) umfaßt, von der Laserlicht (12) im wesentlichen analog der Schußbahn (15) eines mit der Waffe (11) verschossenen realen Projektils auf wenigstens einen am Angriffsziel (16) positionierten Retroreflektor (17) bei simulierter Betätigung der Waffe (11) gesendet wird, sowie einen Laserlichtempfänger (19), der wenigstens einen Teil des vom Retroreflektor (17) reflektierten Laserlichts (18) empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahlrichtung (20) der Laserlichtquelle (14) auf das Ziel (16) nachfolgend eine unterschiedliche Einzelsektoren umfassende Blendeneinrichtung (21) derart positioniert ist, daß wenigstens das von der Laserlichtquelle (14) gesendete Laserlicht (12), das die Schußbahn (15) eines mit der Waffe (11) verschossenen realen Projektils analog darstellt, die Blendeneinrichtung (21) in einer ersten Blendenöffnung (große Blende) vor Auftreffen auf dem Ziel (16) durchquert, wobei nach dem Empfang des reflektierten Laserlichts (18) die Position des Retroreflektors (17) im Raum durch Zuordnung von dessen reflektiertem Laserlicht zu einem ausgewählten Sektor der Blendeneinrichtung festgestellt wird und erneut ein Laserstrahl die Blendeneinrichtung (21) in einer zweiten Blendenöffnung durchquerend auf das Ziel (16) gesendet wird, und wobei die erste Blendenöffnung (große Blende) größer als die zweite Blendenöffnung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendeneinrichtung (21) im wesentlichen in der Fokalebene (22) der Linse (24) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendeneinrichtung (21) eine mechanische Blendeneinrichtung (21) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendeneinrichtung (21) durch eine mikro-optische und/oder eine mikro-mechanische Blendeneinrichtung (21) gebildet wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle (14) derart beschaffen ist, daß sie eine Mehrzahl unterschiedlichen Laserlichts (12) unterschiedlicher Wellenlängen erzeugt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle (14) durch eine Mehrzahl einzelner Laserlichtquellen (140, 141, 142) gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquellen (140, 141, 142) Laserlicht unterschiedlicher Wellenlänge erzeugen.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle (14) wenigstens ein Spiegelelement (143) zur Ablenkung des Laserstrahls (12) in vorbestimmte Sektoren des Raumes aufweist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Laserstrahlformers (25) die Blendeneinrichtung (21) im wesentlichen in der Fokalebene (22) der Linse (24) das Laserlicht (12) unterschiedlicher Wellenlänge homogen verteilt.