DE2419467A1 - Verfahren und vorrichtung zur luftraumueberwachung und -vermessung - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Luftraumliberwachung und -Vermessung.
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Luftraumüberwachung und -Vermessung.
• Zurzeit ist die Tieffliegebekämpfung nur beschränkt möglich, sei es, daß die zur Verfugung stehende Zeit nicht ausreicht, um eine Abwehraktion erfolgreich durchzuführen, oder daß die Radargeräte, wenn iiberhaupt vorhanden, eine Ortung nur beschränkt ermöglichen, oder weil sie als aktive Geräte gemieden, gestört oder zerstört werden können. Auch sind die jetzt verwendeten Viesiervorrichtungen der leichten Fliegerabwehrwaffen zu bescheiden, um eine erfolgretche Durchführung der Aufgabe immer zu ermöglichen.
• Werner wird noch bei einem Gerät, das fdr die Tieffliegerbekämpfung eingesetzt ist, die Luftraumüberwachung und die Flugobjektvermessung mit ein - und demselben Gerät gleichzeitig vorgenommen.
• Die Erfindung hat also die Aufgabe, die Luftraumüberwachung und die Flugobjektvermessung gleichzeitig zu lösen, und so beizutragen, daß die Überraschung der Abwehrwaffe durch das Elugobjekt ausgeschlossen ist. Werner nuß die sofortige und langzeitliche Einsatzbereitschaft der Abwehrwaffe durch das Gerät sichergestellt sein, weil die zur Verfügung stehende Zeit bei der Tieffliegerbekämpfung extrem klein ist. Die Reaktionszeit des Abwehrsystems muß deshalb drastisch verkürzt werden.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Luftraum in Sektoren unterteilt wird, daß je Sektor eine abbildende Optik und ein oder mehrere vorzugeweise austauschbare otoempfänger vorgesehen werden, welch letztere mit verschiedenen Lichtwellenlängen arbeiten und so die Erzeugung eines optimalen Kontrastes zwischen Flugobjekt und Hintergrund ermöglichen und daß mit elektronischen Hilfsmitteln die die Flugobjekte betreffenden Daten erzeugt und einem Rechner zugeführt werden.
• Weitere Einzelheiten und IXrkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht und anhand von Diagrammen naher erläutert sind.
• In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine schenatische larstellung einer erfindungsgeinäBen Vorrichtung zur Luftraumüberwachung und -vermessung bei der Verfolgung eines Flugobjektes, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Flugabwehrsystems gemäß der Erfindung, Fig. 3 die Bestimmung des Seiten- und Höhenwinkels, und 4 Fig. 5 die Ortsbestimmung mit zwei Ortungsgeräten, Fig. 6 ein Schema des Ortungsgerätes, Fig. 7 ein Reemissionsdifferenz-Diagramm und Fig. 8 ein Diagramm des Streukoeffizienten in Funktion von den Wellenlängen.
• Bevor näher auf die allgemeinen theoretischen Grundlagen eingegangen wird, soll zunächst das Prinzip der erf indungsgemäßen Luftraumüberwachung und -Vermessung anhand der Fig. 1 erläutert werden.
• In Fig. 1 besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 aus einer Abbildungsoptik 2, die das Flugobjekt 3 bei 3" auf einer rotierenden Scheibe 4,4' abbildet. Die rotierende Scheibe 4 ist als Codescheibe ausgebildet, mit deren Hilfe mittels der von ihr gebildeten Tastverhältnisse zwischen unbelichtetem Zustand und Periode auf einem Sotoempfänger 9 der Röhenwinkel 7 (3-1-3') sowie zwischen Teilumfang und ganzem Umfang der Horizontalwinkel 6 (x-1-3) unter Zuhilfenahme einer Beleuchtung und der größeren Marke 5', die nur einmal auf den Umfang der Scheibe 4 vorkommt, gleichzeitig gemessen werden können. Das Bild 3" des Flugobjektes 3 auf der Scheibe 4 wird mit dem Zwischenobjektiv 8 auf dem Fotoempfänger 9 abgebildet. Durch ihn wird das optische Signal in ein digitales elektrisches Signal überführt. Die Elektronik 10 wertet die Kontrastverhältnisse aus und führt, wenn notwendig, die Kontrastdehnung für Horizont- und Kontrastkompression für Zenitbilder, sowie die Signalkonvertierung durch und liefert den Rechner 11 die Signale in der von ihm benötigten Form.
• Da dem Rechner 11 die räumlichen Positionen 12 der Geräte 1 und 1' bekannt sind, können nun mit Hilfe der vom Gerät 1 und 1' gleichzeitig gemessenen Horizontal- und Höhenwinkel 6,6' bzw. 7,7' die Koordinaten ton 3. sowie mit späteren Winkelpaaren 6,6' von t und 7,7 der Flugweg 13, sowie die Flugobjekt-Parameter errechnet werden.
• Unter Berücksichtigung der ballistischen Gegebenheiten von Waffe 14 und Geschoß 15, können von Rechner 11 die notwendigen Steuerbefehle der Waffe 14 und/oder dem (lenkbaren) Geschoß 15 zugeführt werden, damit das Blugobjekt 3 getroffen wird.
• Das Gerät kann zum Arbeiten im sichtbaren, unsichtbaren and/oder zum wahlweisen Arbeiten in mehreren Spektralbereichen ausgerüstet sein. Durch Wahl des geeigneten Spektralbereiches kann ein optimaler Kontrast zwischen Hintergrund und Flugobjekt, sowie wenigstens angenähert der Reemissionskoeffizient erhalten werden.
• Die Funktionen der Teile 4,8 und 9 können zusammengefaßt auch von einem zweckgemäß gestalteten Potoempfänger ausgerbt werden.
• Für den Xag- und Nachtbetrieb sind gewisse Teile so einzurichten, daß sie automatisch, entsprechend den gemessenen äußeren Lichtverhältnissen auswechselbar sind. Unter Zuhilfenahme eines Kublsystems kann die Empfindlichkeit des oder der verwendeten Fotoempfänger 9 gesteigert werden.
• Die störende Sonnenstrahlung wird, wenn notwendig, in einer Bildebene des Objektives 2 durch eine mechanische Lichtfalle eliminiert. Die Übermittlungsvorrichtung 17 erlaubt eigenen Flugobjekten oder der eigenen Einsatzzentrale unter Berücksichtigung der elektronischen Absicherungen einen Teil des Luftraumüberwachungs- und Vermessungagerätes auszuschalten. So kann die Gefährdung eigener Flugobjekte verhindert werden. Mit ihr können auch die Daten von Flugobjekten 3 für die Erstellung von Luftlagen übermittelt werden.
• Nur die Größe des Rechners 11 beschränkt die Ansahl der in ihm gleichzeitig überwachbaren Flugobjekte, sowie auch die Rechenmethoden zur Ermittlung des Kollisionsortes.
• Das beschriebene Luftraumüberwachungs- und Vermessungsgerät erlaubt in einem Gerät gleichzeitig den Luftraum und die Bewegungen in ihm festzustellen und zu vermessen. Durch diese Zusammenfassung der Funktionen ist die Reaktionszeit des Gerätes sehr klein. Daher ist mit ihm die Bekämpfung auch von mehreren tieffliegenden Flugobjekten mit mehreren Waffen gleichzeitig möglich. Das Gerät kann auf ruhenden oder stabilisiert in fahrenden Fahrzeugen für die Steuerung von Rohr-, Raketen- und Lenkwaffen eingesetzt werden, wobei sein Einsatz auch von einer ausziehbaren Plattform aus erfolgen kann.
• Ba sollen nun die weiteren theoretischen Grundlagen der Erfindung näher betrachtet werden.
• Alle Untersuchungen über die Mbglichkeiten einer Leistungssteigerung der leichten Fliegerabwehr zeigen, daß die nur mit grundlegend neuen Maßnahmen gelingt, die von der überwiegenden Mehrzahl der Fachleute gebieterisch zur Leistungssteigerung der Fliegerabwehr gefordert wird. Hierbei müssen Ortunga- und Richtverfahren, schießtechnische und taktische Verfahren koordiniert werden, damit eine durchschlagende Verbesserung erreicht werden kann.
• 1) Bei den Ortungageräten und Richtverfahren unterscheidet man zwischen Visiergeräten und den vollständigen Peuerleitenlagen. Visiergeräte und vollständige Feuerleitanlagen müssen der gegebenen flberrasohung durch das Plugobjekt sowie der fliegerischen Sättigung Rechnung tragen.
• Unter fliegerischer Sättigung ist der Angriff mehrerer Flugobjekte zur gleichen Zeit am gleichen Ort in der Eöhe versetzt aus verschiedenen Richtungen zu verstehen.
• Sie führt zur Blockierung der Feuerleitung und des Waffeneinsatzes der Fliegerabwehr und mit ihrer Ausmanövrierung, meistens auch zu ihrer materiellen Vernichtung. Die spielende Bewältigung der fliegerischen Sättigung ist für ein künftiges Fliegerabwehrsystem entscheidend.
• 2) Bei den schießtechnischen Verfahren ist vor allem der Übergang zinn Folgeschießen notwendig, denn man muß dafür sorgen, daß jeder Schuß die gleiche Chance hat zu treffen.
• Dann, und nur dann, erhalten z.B. die sehr hohen Kadenzen moderner Rohrwaffen auch ihre völlige Berechtigung. Gelingt der übergang zum Folgeschießen, so ist die Wirkoamkeit von kleinkalibrigen Fliegerabwehrwaffen schon ganz erheblich verbessert.
• 3) Eine weitere Verbesserung kann erreicht werden, wenn dem Flugobjekt die überraschung genommen werden könnte und das Flugobjekt mit Feuerüberfallen und Überraschungen durch die Fliegerabwehr rechnen müsste. Ein solches System müsste also passiv arbeiten.
• Das erfindungsgemäße Verfahren führt auf allen drei genannten Gebieten eine Wende bei der Bekämpfung von Tieffliegerangriffen herbei.
• Das erfindungsgemäße Verfahren beruht im Prinzip auf der Auswertung des Kontrastes in zwei oder mehreren Ortungsgeraten OG und einem Zentralrechner R, der die Flugobjekt-Parameter bestimmt und die Werte fur die Waffensteuerung W liefert (Fig. 2).
• Das Ortungsgerät soll nun zunächst in Verbindung mit Fig. 1 und 9 am Bespiel der Photomultipler-Lösung erläutert werden, wil dieser Lösungsweg anschaulich ist. Technisch würde man wahrscheinlich einen Restlicht-Verstärker oder eine andere Lösung bevorzugen.
• Die Aufgabe des Objektives 2 besteht darin, von einer dreidimensionalen Vorlage PF (Flugobjekt 3) eine zweidimensionale Abbildung PF" auf der Ortungsscheibe 4 zu erzeugen.
• Das Bild des Flugobjektes PF auf der Ortungsscheibe 4 wird mit Hilfe eines Zwischenobjektives 8 auf dem Photoempfänger 9 abgebildet.
• Die Ortungsecheibe 4 moduliert durch die entaprechende Figurengestaltung (Fig. 3) das Verhältnis von der belichteten zur unbelichteten Zeit des Photoempfängers 9.
• Also unbelichtet = = Rb. (1) Periode T0 Daraus folgen: Rb = # (2) und 2#T2 = α (3) T00 Dadurch werden zwei Bestimmungselemente zur Berechnung der Flugparameter von PF erfaßt. Durch (2) wird der Kreiskegel mit dem Raumwinkel 180-# bestimmt. Das Flugobjekt PF liegt definitionsgemäß auf dem Mantel des Kreiskegels MBF. Durch (3) wird die Gerade, die Mantellinie Gpbestimmt, auf der das Flugobjekt definitionsgemäß liegt (Fig. 4).
• Mit diesen gemessenen und errechneten Größen von zwei oder mehreren Ortungsgeräten OG bestimmt der Rechner R unter Berücksichtigung der Ablagen der Ortungsgeräte OG trigonometrisch den Ort des Flugobjektes PF.
• Die Darstellung der Bestimmungselemente von zwei Ortungsgeräten zeigt Fig. 5.
• Die Bestimmung des Ortes von PF in Funktion der Zeit ermöglicht nun die weiteren Parameter von Pp, die zur Bekämpfung des Blugobjektes Pp notwendig sind, zu berechnen.
• Die Fig. 6 zeigt das Schena des passiv arbeitenden Ortungsgerätes, welches die Uberraschung des Ortungsgerätes durch das Flugobjekt ausschließt und die langzeitliche Einsatzbereitschaft sicherstellt. Der Einsatz der Waffen benötigt mit solchen Ortungsgeräten keinen Zielprozeß und weist damit gegenüber heutigen bekannten optischen Verfahren erhebliche Vorteile auf.
• In diesem Zusammenhang sind zunächst einige spezielle Probleme zu berücksichtigen. Diese speziellen Probleme seien in zwei Gruppen unterteilt: - Eine erste Gruppe, die die Mobilität und die Bedrohungsentscheidung umfaßt und sich verhältnismäßig einfach abhandeln läßt und eine - zweite Gruppe, die vertiefte Betrachtungen notwendig macht, da sie Rechnerfragen, Reichweite und Hintergrundsbedingungen umfaßt.
• 1) Die Mobilität des Svstems Sie hängt im wesentlichen von dem Bezung der Stellung und von Gerätegewichten, sowie von der Einrichtungszeit des Systems ab. Infolge der Miniaturisierung der Elektronik sind nur die Stronrversorgungsdrähte von Bedeutung. Über die übrigen Leitungen werden nur Daten übermittelt, und sie sind gewichtsmäíg sehr leicht und einfach hantierbar.
• Die Stromversorgungsdrähte sind aber auch dünn und beweglich, weil die Elektronik keine großen Leistungen verlangt und besitzen für die in Frage kommenden Längen ein Gewicht von etwa 3-5 kg. Dazu kommt noch das Gewicht der Dkahtrollen. Am aufwendigsten erscheint somit die Verkabelung des Systems. Demgegenüber darf man festhalten, daß in d Zeit, in der bei anderen Systemen die ie Luftbeobactungsvorposten aufgestellt werden, sich auch die Verkabelung durchführen läßt. Die Stromversorgung könnte infolge der er Miniaturisierung der Elektronik auch mit Batteriebetrieb sichergestellt werden. Auch die Datenübertragung könnte auf diesen kurzen Strecken elektrisch drahtlos oder sogar optisch erfolgen. Damit würde jede Verkabelung überhaupt entfallen. Allerdings dürften solche Lösungen finanziell wesentlich aufwendiger als die Verkabelung sein. Technisch ist sie aber denkbar und hätte auch praktisch einige Vorteile hinsichtlich der Warnung.
• Die Vermessung läßt sich ohne besondere optische Instrumente relativ einfach, rasch und genau durchführen. Wenn die Ortungsgeräte betriebsbereit sind, wird ein Spielzeugballon etwa in Mitte der Aufstellung gestartet. Allen Ortungsgeräten wird zur gleichen Zeit dieselbe Ortsfunktion eingegeben. Das System vermisst sich selbst, sofern das Software-Programm darauf vorbereitet ist. Damit sind die Ablagen der Stellung bekannt.
• Bei den Gewichten kann man folgende Reihenfolge auf stellen: Rechner, Ortungsgerät, Stromversorgung, Waffe.
• Da man ein solches System kaum mehr mit einer Einlingswaffe ausrüstet, wird die Mobilität so.oder so nur von der Waffe bestimmt.
• 2) Die Bedrohungsentscheidung Die Bedrohungsentscheidung wird durch das System, sobald sich das Flugobjekt demaskiert, durch die Parameter Flughbhe, Fluggeschwindigkeit, Entfernung und schließlich des Flugweges bestimmt.
• Mit diesen Parametern wird der Kollisionsort bestimmt.
• Die Beurteilung der Wichtigkeit dieser Größen hängt vor allem von der diesem System zugeordneten Waffe oder affen ab. kin muß also wissen, ob es sich um eine Rohrwaffe, Raketen mit oder ohne Annäherungszünder oder um Lenkwaffen handelt, die da nur innerhalb des Lenkbereiches kämpfen können. Diese Fakten werden der Software zugrundegelegt.
• Einige mitzuberücksichtigende Größen bei der Softwaxe-Entwicklung sind: Verbandsgröße 6 1 Flugobjekt Einsatzform Sättigung Max.mögl.Waffeneinwirkung 2000 ca. 250 m Informat ionsanfall gering Dauer der Aktualität der Informationen sec Zum Beispiel kann man zuerst das Ziel bekämpfen, dessen Kollisionspunkt am schnellsten außerhalb des Wirkung bereiches der Waffe zu liegen kommt. Oder man kann zuerst mit der Bekämpfung des Flugobjektes beginnen, fur das die minimale Nachführzeit des Waffensystems berechnet ist.
• Oder man will möglichst viele Flugobjekte in der zur Verfügung stehenden Zeit bekämpfen. Auf jeden Fall lassen sich diese Entscheidungen exakt zu einem Rechnerprogramm formulieren. Die Bedrohungsentscheidung kann schließlich auch aus einen Simulationsprozeß gewonnen und optimiert werden.
• Durch einen Modularaufbau den Rechners ist es auch möglich, die Bedrohungsentscheidung der Waffenveränderung anzupassen. So kann z.B. die gegenwärtige Verwendung von Rohrwaffen und die spätere Verwendung von Lenkwaffen vorgesehen werden. Eine Berücksichtigung der Waffenentwicklung und Zuteilung zum Ortungsgerät ist daher möglich. Aus den gewonnenen Informationen kann man schließen, daß der Rechner selbstverständlich ein Real-Time-System sein muß, der als schneller Prozessor mit einem relativ kleinen Memory arbeitet. Die Größe des echners hängt noch von der Flugobjekt-Verbandsgröße ab, die bei der Bekämpfung zu berücksichtigen ist.
• In die zweite Gruppe der speziellen Probleme gehört 3) die Frage der Reichweite.
• Sie ist schon viel komplexer und zwingt zur Betrachtung von Hintergrund und Ziel (Vorlage). Daraus folgt die Übertragung des Kontrastes, hauptsächlich in der Atmosphäre, Empfängerauflösungsvermögen, Datenmenge und Reaktionszeit sowie noch andere, aber gegenüber den genannten Themen von untergeordneter Bedeutung.
• Alle zu erfassenden Flugobjekte oder Spuren derselben seien als Ziel oder Vorlage bezeichnet. Andere Objekte, deren Äktivftät darin besteht, eine mögliche Erfassung zu verhindern, sind Störer. Alles was nicht in diese Kategorien gehört, sei mit Hintergrund (Himmel, Wolken, Wälder, Grasflächen, Berge, Schnee bezeichnet.
• Das Ziel (Informationsgehalt und zeitliche Veränderungen) kann nur dann mit optischen Mitteln festgestellt werden, wenn es sich vom Hintergrund bei einer oder mehreren Wellenlängen unterscheidet, d.h. wenn zwischen beiden, dem Ziel und dem Hintergrund ein gewisser minimaler Kontrast überschritten wird. Als Kontrast in engeren Sinn sei die Emissions- oder Reemissionsdifferenz zwischen Ziel und Hintergrund bei einer oder mehreren Wellenlängen verstanden. Dz erweiterten Sinn bedeutet aber Kontrast der unter Berücksichtigung von Absorption, Streuung, Turbulenz und Refraktion erfaßte Unterschied in Kenngrößen der vom Detektor aufgefangenen und verarbeiteten Strahlungsanteile, wie z.B. die Intensität in Funktion der Wellenlänge oder der Polarisation des Signales etc.
• Die Informationen sind Intensitätsdifferenzen vom Ziel gegenüber dem Hintergrund bei einer oder mehreren Wellenlängen. Im Bereich sehr geringer Intensitäten (Restlichtsysteme) wird infolge der Quant isierung der Strahlung eine untere Grenze für die Größe des aufgelösten Bildelementes vorgegeben, die auch ein idealer Empfänger nicht mehr unterbieten kann. Es müssen also die Rontrastuntersehieae in Funktion der Wellenlängen £ur die verschiedenen Hintergrtinde untersucht werden, wobei bekanntlich die Sicherheit der Identifikation mit zunehmender Kanalzahl sehr rasch ansteigt. Aus der Literatursichtung kann man schließen, daß vermutlich die Verarbeitung des Kontrastes bei nur einer Wellenlänge ausreicht. Die Ausweitung des vorgeschlagenen Ortungsgerätes auf zwei oder mehrere Wellenlängen ist leicht möglich. Der Kontrast ist vor den verschiedensten Himmeln und Kulissen gegenüber Metallen und Tarnfarben bei gestreutem Sonnenlicht zu untersuchen. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß zum Teil auch bei der Wahl von nur einer Wellenlänge ganz erheblicht Kontrastunterschiede bestehen. Die drei Kurven - a ftr Beton, b für Tarnfarbe, c für grüne Vegetation -zeigen die Reemissionsdifferenzen R in 46 in Abhängigkeit von der Wellenläge.
• Es ist sinnvoll, feinere Kontraste an der Randzone mit erhöhter Kontrastdichte gegenüber den Zenitzonen zu unterscheiden, d.h. das System mit Kontrastdehnung und Kontrastkompression auszulegen.
• Bekannterweise ergeben fünf Kontrast stufen ein optisch schon sehr befriedigendes Bild. Mehr als 10 Kontraststufen sind nur noch in seltenen Fällen etwas ergiebiger. Aus dieser aus der Literatur gewonnenen Erkenntnis sollte das erfindungsgemäße Verfahren mit fünf bis höchstens 10 Kontraststufen arbeiten.
• Beim Arbeiten mit mehreren Wellenlängen kann man wenigstens annähernd den Reflexionskoeffizienten bestimmen. Damit kann nan auch unter stark wechselnden Beleuchtungsverhältnissen die Identifikation von verschiedenen Materialien vornehmen. Diese Analyse stellt an die kurzzeitige Stabilität und Linearität der Elektronik gewisse Anforderungen.
• Die Kontrastverhältnisse des Zieles und ihre Transmission zum Empfänger hängen von der Atmosphäre ab. Man kann also bei diesem Verfahren nur unter Berücksichtigung des Wetters sinnvoll von der Reichweite reden, wobei es sich mehr die meteorologische Sicht als un die optische Sicht handelt. Eine Untersuchung der Wettersituation in der Bundesrepublik Deutschland zeigt, daß bei weniger als 2 ffi aller Wetterfälle eine Sicht von 2'000 m oder weniger, und daß bei weniger als 0,1 % aller Wettersituationen eine Sicht von 460 m oder weniger,vorhanden ist.
• Der Einfluß des Wetters auf den Kontrast wird durch den Streukoeffizienten der Atmosphäre bestimmt. In 98 ç aller Wettersituationen hat man einen Streukoeffizienten der weniger als 2 beträgt und in 0,1 % aller Fälle einen solchen der kleiner ist als 10. Der wahrnehmbare Kontrast ist gegeben durch die Formel CZ - CH Co = CH Dabei bedeutet CZ den Zielkontrast, 0H den Hintergrundkontrast und Co den wahrnehmbaren Kontrast.
• Der Streukoeffizient und das Wetter finden ihre Verknüpfung mit dem Kontrast in der Formel = e-#R, Co wobei Cx den durch den Sensor verarbeitbaren Kontrast, den Streukoeffizienten und R den Radius bedeutet.
• Die numerische Auswertung für aus der Literatur bekannte Mittelwerte (CV = 0,1 für Tarnfarbe, CH = 0,35 für die Kulissen und Cx = 0,02 für den verarbeitbaren Kontrast des Empfängers sowie # = 2 für den Streukoeffizienten, der in 98 % aller Wetterfälle kleiner ist, ergibt eine Reichweite von 1,8 km.
• Wie der Streukoeffizient # (km-1) von der Wellenlänge abhängt, kann aus Fig. 8 ersehen werden. Es beziehen sich Kurve a auf starken Nebel mit 2,3 g/m3 Kurve b auf einen Wolkenbruch mit 100 mm/h Kurve c auf Dunst Kurve d auf starken Regen mit 16 mm/h Kurve e auf leichten Nebel mit 0,032 g/m³ Kurve f auf leichten Regen mit 1 mm/h.
• Ferner ist bekannt, daß praktisch in allen Teilen der Erde bei Nacht das Wetter besser ist als bei Tag.
• Die in der Atmosphäre erzeugte Modulation ist in der Regel gegenüber derjenigen von der Vorlage sowohl räumlich wie auch zeitlich wesentlich niederfrequenter.
• Die astronomische und terrestrische Refraktion kann vernachlässigt werden. Die Dichteänderungen der Luft bewirken Brechungsindexänderungen. Dichteänderungen sind räumlich langperiodisch. Luftschlieren sind kurzperiodisch wirksam, jedoch viel langzeitlicher als unsere innere Reaktionszeit des Systems und führen deshalb nur zu einer bedeutungslosen Reduktion des Kontrastes und der Auflösung.
• Bei der Wahl des Sensors 9ür das System muß man neben den Eigenschaften wie Auflösungsvermögen und Transmission des Objektives bei einer oder mehreren Wellenlängen auch für die Fähigkeit zur wirkungsvollen Trennung des oder der Kontraste am Systemeingang besorgt sein. Der Empfänger kann die Strahlungsanteile vom Ziel oder vom Übertragungs weg nicht unterscheiden. Die Unterscheidung ist nui aufgrund des Informationsgehaltes möglich.
• Die Kontrastverminderung kann auch aus der unmittelbaren Umgebung des Detektors erfolgen. Die Umgebungsstrahlung tritt besonders bei Systemen, die im langwelligen Teil des Spektrums arbeiten, nachteilig in Erscheinung. Gewisse Auswirkungen können durch konstruktive Maßnahmen verkleinert werden.
• Zum Abschluß der Bemerkungen über den Einfluß des Wetters auf das Ortungsgerät soll noch erwähnt werden, daß Photomultiplierröhren bei Beleuchtungsstärken ab etwa 10 Lux, d.h. bis nahe der bürgerlichen Dämmerung arberten können, so daß praktisch die Photomultipl,ierlösung den Einsatz des Waffensystems während der ganzen Zeit der Tieffliegeraktivität sicherstellt.
• 4) Die Reichweite Die Reichweite bestimmt sich einerseits (unabhängig) aus wetter und Kontrast und andererseits (abhängig) aus Auflösung, Reaktionszeit und Waffe.
• Als Reaktionszeit soll die Zeit von der Demaskierung des Flugobjektes bis der Kollisionskörper die kürzeste Distanz zum Flugobjekt erreicht hat, verstanden werden.
• Sie zerfällt in eine innere und eine äußere Reaktionszeit.
• tR = ti + tä Die innere Reaktionszeit ti ist die Zeit, die zwischen Demaskierung des Flugobjektes und dem Abschuß des Kollisionskörpers vergeht. Die äußere Reaktionszeit tä ist die Zeit, die als Zeit zwischen dem Abschuß des Kollisionskörpers und der Erreichung der kürzesten Distanz zwischen Kollisionskörper und Flugobjekt vergeht, zu verstehen.
• 3ei einer angenommenen Rechenzeit 7on 20 ms und einer Feineinstellzeit einer Rohrwaffe von 250 ms ergibt sich nach der Demaskierung des Flugobjektes und fünfmaliger Abtastung und Korrektur ein Abschuß nach etwa 480 ms.
• Die Zeiten gibt auch die folgende Tabelle wieder Kollisionsentfernung (m) 250 800 1500 innere Reaktionszeit ti 0,5 0,5 0,5 äußere Reaktionszeit tä -0w3 1,0 1,9 (Zeiten in Sekunden) tR 0,8 1,5 2,4 Berücksichtigt man die Reaktionszeit, so sieht man, daß das System den Feuerkampf ab Entfernungen von 250 m mit Erfolg führen kann. Das ist mit keinem anderen Waffensystem möglich Fiir 250 m Entfernung findet man eine Wetterwahrscheinlichkeit von größer als 9g,9 5' aller Wetterfälle. Der Streukoeffizient liegt etwa bei 10. Das heißt, daß das System, wenn man ein dynamisches Verhalten der Reichweite duldet, praktisch wetterunabhängig ist.
• Aus der Literatur ist bekannt, daß die Treffererwartung mit sinkender Reaktionszeit sehr stark ansteigt.
• Mit diesen Angaben kann man jetzt die Waffe, die Rohrzahl sowie ihr divergentes Schiessen festlegen.
• Es gibt dienstliche Vorschriften, die verlangen, daß der erste Kollisionsort (Flugobjekt-Geschoß der 20 mm Waffe bei 1500 m liegen soll. Aus der Literatur geht jedoch hervor, daß diese Entfernung wenigstens für benannte Rohrwaffen und ohne automatisches Peuerleitgerät viel zu groß ist. Unter Berücksichtigung vieler Schießauswertungen liegt sie übereinstimmend nur bei ca. 800 m.
• Der erfindungsgemäße Vorschlag stellt ein automatisches Feuerleitgerät dar. Daher soll gemäß der vorstehenden Tabelle mit 1500m Kollisionsentfernung gerechnet werden.
• Das Flugobjekt demaskiert sich deshalb in einer Entfernung von 2,2 km (2,4 sec. 300 m . s 1 = 720 m + 1500 m).
• Nun kann man die notwendigen Informationskonversionen berechnen.
• Die Formel lautet: NI = FK . fA . nc(4) FF Dabei sei FK die Fläche der Halbkugel (von R = 2,2 km), die Abtastfrequenz (10 HZ), nc die Anzahl der Kontraststufen (5) und FF die Fläche des Flugobjektes ( 5 m2).
• Für diese Annahmen erhält man 3,2 . 107 . 10 . 5 = 3,2 . 108 (5) 5 Informationen.
• Ein handelsüblicher AC-Wandler tätigt eine Konversion in 12,5 ns bzw. 8 . 107 Konversionen in der Sekunde. Da Jedes Objektiv mit etwa 1000 Öffnungswinkel einen AC-Wandler versorgt, werden somit 4 . 8 . 107 = 3,2 . 108 Inf/sec (6) im Ortungsgerät konvertiert. Schnellere AC-Wandler, so steht es auf dem Datenblatt, sind auf Wunsch erhältlich.
• Vergleicht man (,5) und (6) miteinander, so sieht man, daß die Konversion der Datenmenge kein speziell schneller Konverter benötigt. Dieses Ergebnis wurde mit einer Flugobjektfläche von nur 5 m2 errechnet. Daraus darf man schließen, daß die Datenmenge in der gewünschten Reichweite verarbeitet wird. Eine größere Reichweite ist somit weder von der Trefferwartung erwünscht, noch von der Waffe her notwendig. Hinsichtlich dieser angenommenen Reichweite wird die Waffe ausgelastet, wenn nicht sogar überfordert.
• Sollte eine größere Reichweite oder höhere Abtastfrequenz doch wünschbar sein, so würde das den Einsatz von schnelleren AC-Wandlern und/oder die vermehrte Unterteilung der "Himmelshalbkugel" notwendig machen (bei FF = 5 m²). Die Rechnung zeigt, aus welchen Gründen auch immer eine noch größere Reichweite als die angenommene gefordert wird, daß die heutige Technologie diese Forderung zu befriedigen vermag.
• Werner sei bemerkt, daß die Elektronik eine von der Flugobjekt-Entfernung abhängige Abtastfrequenz ermöglicht.
• Bei kleinen Entfernungen, z.B. bei schlechten atmosphärischen Bedingungen, kann die Abtastfrequenz vergrößert und so die innere Reaktionszeit bedeutend verkleinert werden. Bei größeren Entfernungen kann die Abtastfrequenz verkleinert werden, wobei die innere Reaktionszeit gemessen an der äußeren Reaktionszeit Jedoch nur unwesentlich vergrößert wird.
• Die Reichweite hängt schließlich auch noch von der Auflösung der Objektive ab. Nimmt man die Entfernung von 2200 m und eine Brennweite des Objektives von 20 mm sowie eine Flugobjektfläche von 5 m² an, so benötigt man ein Objektiv, das am Rand 46 Linien/mm auflöst. Objektive mit einer solchen Auflösung und einem Öffnungswinkel von 120° sind bekannt und werden seit Jahren z.3. in der Aerotriangulation verwendet.
• Es sei auch noch erwähnt, daß bei feststellbaren Treffern am Flugobjekt die Waffe durch menschliches Eingreifen blockiert werden kann, damit nicht unnötigerweise Munition verschoßen wird.
• Als Notbetrieb oder aus finanziellen Gründen bei der Verwendung von Lenkwaffen ist die wenigstens angenäherte Vermessung der Plug'objekt-Parameter auch mit nur einem Ortungsgerät möglich. Unter Zuhilfenahme einer Meßlatte kann für einen nicht unterteilten Fotoempfänger die Entfernung wenigstens unter bestimmten Annahmen £2r den Rechner ermittelt werden.
• Unter Berücksichtigung der Objektivdaten und des Fotostromes kann die Entfernung wenigstens angenähert bestimmt werden.
• Beim unterteilten Foto empfänger stehen die belichteten Elementarzellen in einem exakten Verhältnis zur Entfernung des Flugobjektes. Dieses Verhältnis wird nur durch die nicht bekannte Größe und Pluglage des Flugobjektes gestört. Immerhin dürfte für Lenkwaffen die Entfernungsermittlung unter bestimmten Annahmen über die Größe des Flugobjektes ihren Einsatz gewährleisten.
• Zu erwähnen ist bezüglich der Abtastfrequenz noch, daß diese bei kleinen Entfernungen,z.B. 500 m,etwa 50 Hz und großen Entfernungen, z.B. 3000 m,etwa noch 6 Hz betragen kann. Die Software-Entwicklung des Rechners muß diese Signalverarbeitungsforderung berücksichtigen.
• Es zeigt sich somit: Alle Flugobjekt-Parameter werden infolge der kurzen Abtastzeit als aktuelle und gemessene Werte beim Schießen berücksichtigt.
• Fast jedes länger als die innere Reaktionszeit dauernde Eindringen in den Wirkungsbereich des Systems führt zum Einsatz des Waffensystems.
• Das System benötigt keinen Zielprozeß eines Menschen, der im Geflecht als empfindlichster Prozeß nur zu leicht den Schießerfolg der leichten Pliegerabwehr in Frage stellt und auch ausbildungsmäßig sehr große Anforderungen und Besonderheiten nach sich zieht.
• Da kein menschliches Verzögerungsglied eingebaut ist und die Luftraumüberraschung und Feuerleitung in ein und demselben Gerät zusammenfällt, ist eine so kleine Reaktionszeit gewährleistet, daß die erfolgreiche Bekämpfung auch der tiefstfliegenden Flugobjekte sichergestellt ist.
• Die kleine Reaktionszeit ermöglicht der leichten Fliegerabwehr auch bei extrem tiefen Flughöhen den Feuerkampf zu führen. Sonit bringt es eine Vervielfachung ihres Einsatzes und ihre bedeutende Aufwertung.
• Als passives System erlaubt es die überfallartige Feuereröffnung gegen das Flugobjekt, weil eben keine vorausgehende Warnung des Flugobjektes erfolgt.
• Infolge des Feuerüberfalles auf das Flugobjekt darf erwartet werden, daß die Fliegerabwehr-Hypothesen weitgehend erfüllt sind und daß auch deshalb eine besonders hohe Trefferwartung gegeben ist.
• Das dynamische Verhältnis von Reaktionszeit und Reichweite sichert infolge der extrem kleinen Reaktionszeit den Feuerüberfall auch bei schlechten meteorologischen Verhältnissen.
• Das System kann bei geeigneter Wahl des Photoempfängers praktisch wirklich allwettertauglich gemacht werden.
• Ein Angriff des Flugobjektes aus der Sonne manövriert das System nicht aus. Er verkürzt höchstens die Reichwerte, ohne jedoch den Feuerkampf zu gefährden.
• Wenn das System mit der entsprechenden Anzahl Waffen ausgerüstet ist, läßt sich der l'Sättigungsabwehrkampf" führen.
• Das System weist eine ausgesprochen langzeitliche Ernsatzbereitschaft auf.
• Infolge Kleinheit und passiver Art ist das System gut tarnbar.
• Das System darf als fliegerhart bezeichnet werden, da es nur äußerst aufwendig gestört oder außer Aktion gesetzt werden kann.
• Es entsteht kein Koordinations- und Übermittlungsproblem mit Luftbeobachtungs-Vorposten.
• Alle technischen Probleme, die zurzeit sichtbar sind, lassen sich mit den heutigen käuflichen Elementen oder Bauteilen lösen. Daher darf man hohe Betriebssicherheit und Billigkeit erwarten.
• Die Rechnungen zeigen, daß die Datenkonversionen auch für besonders große Reichweiten mit käuflichen AC-Wandlern und der vermehrten Unterteilung der Halbkugel (mehr Sektoren) sowie mit der entfernungsabhängigen Abtastfrequenz leicht bewerkstelligt werden kann.
• Die bald eintretende Mannschaftsverknappung wird dazu zwingen, die noch zur Verfügung stehenden Personalbestände der 20 mm Rohrwaffe wirkungavoller einzusetzen.
• Es bieten sich viele Lösungen zur Realisierung an. Dadurch entsteht für die Konstruktion ein breites Feld, das kostengüstige Lösungen ermöglicht und zu großen Kostenreduktionen führt.
• Auf die Kostenfrage sei nicht näher eingegangen. Es steht jedoch fest, welche Annahmen man auch immer macht, daß selbst bei extrem hohen Systemkosten immer noch eine bedeutend bessere Kostenwirksamkeit entsteht als bei der heutigen 20 mm Fliegerabwehr, da die Trefferwartung um Größenordnungen ansteigt und die Aufwendungen fUr die Buftraumüberwachung entfallen sowie ihre durchführbaren Einsätse um Faktoren erhöht werden.
• Schließlich bietet die gleiche Idee und weitgehend auch die gleiche Technologie die Möglichkeit zur Entwicklung einer Gerätefamilie an. Als Glieder dieser Gerätefamilie seien genannt: - Annäherungszünder - Lenkwaffensteuerung - Luftlagebeobachtungs- und Meldegerät - Fahrendes Fliegerabwehrsystem, das teilweise stabilisiert auf Panzern oder gepanzerten Fahrzeugen einsatzbereit zur Verfügung steht.
• Es ist einleuchtend und kann nicht genug hervorgehoben werden, welche logistischen Vereinfachungen und Einsparungen in der Entwicklung durch die Aufstellung einer Geratefamilie entstehen.
• Alle drei eingangs erwähnten grundlegenden Problemkreise werden durch den dargelegten Vorschlag entscheidend verbessert. Es darf erwartet werden, daß das vorgeschlagene system eine schon lange erhoffte Wendung bei der ieffliegerbekämpfung herbeizuführen in der Lage ist.

Claims (11)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Luftraumüberwachung und -Vermessung, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftraum in Sektoren unterteilt wird, daß je Sektor eine abbildende Optik und ein oder mehrere vorzugsweise austauschbare Fotoemfänger vorgesehen werden, welch letztere mit versebiedenen Lichtwellenlängen arbeiten und so die Erzeugung eines optimalen Kontrastes zwischen Flugobjekt und Hintergrund ermöglichen und daß mit elektronischen Hilfsmitteln die die Flugobjekte betreffenden Daten erzeugt und einem Rechner zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abbildungsebene eine umlaufende mit aodiermarkierungen versehene Scheibe (4) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsebene elektronisch abgetastet wird, bei einer bevorzugten Abtastfrequenz von etwa 50 Hz bei Entfernungen des Flugobjektes von weniger als 1000m und etwa 6 Hz bei Entfernungen von 3000m und mehr.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Sektoren zugeordneten Ortungsgeräte mit einem in der Mitte ihrer Auf stellung sufgelassenen (Spielzeug)-Ballon vermessen werden nachdem zuvor allen Ortungsgeräten zur gleichen Zeit dieselbe Ortsfunktion eingegeben wurde.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines optimalen Kontrastes mit vorzugsweise fünf Kontraststufen gearbeitet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen den Sektoren zugeordneten Bauteile auf einer verstellbaren Plattform räumlich getrennt angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Fotoempfänger Restlichtverstärker vorgesehen sind.

8, Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine abbildende Optik mit extrem großer Öffnung vorgesehen ist, deren Verzeichnung optisch und/ oder elektronisch korrigiert wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die abbildende Optik aus einem oder mehreren rotierenden Objektiven besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie horizontal und azimutal stabilisiert ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner ein Real-Time-Rechner ist.