DE3114000A1 - Schiesssimulations- und -uebungsverfahren fuer ballistische munition und bewegliche ziele - Google Patents

Description

Schießsimulations- und -übungsverfahren für ballistische

Munition und bewegliche Ziele

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Schießsimulations- und -übungsverfahren für ballistische Munition und bewegliche Ziele, bei von einer Waffe aus dem Lasermeßimpulse innerhalb eines auf eine Bezugslinie bezogenen Raumwinkels, ausgesendet und bei Auftreffe 5 auf ein Ziel von diesem reflektiert werden und aus der Laufzeit der reflektierten Laserimpulse und ihrer Lage im Raumwinkel die Entfernung des Ziels und seine Winkelablage von der Bezugslinie zum Zeitpunkt der Schußauslösung ermittelt werden, und bei dem die Ortsveränderung, die das Ziel während einer der Zielentfer-

10 nung entsprechenden Geschoßflugzeit durchführt, gemessen und mit der ermittelten Winkelablage verglichen wird und abhängig von diesem Vergleich eine Trefferanzeige gesteuert wird. Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Ein Verfahren und eine Einrichtung dieser Art sind

15 aus DE-AS 22 62 605 bekannt.

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Beim Schießen mit ballistischer (im Unterschied zu ferngelenkter) Munition muß der Schütze nicht nur das Ziel richtig anvisieren, sondern aufgrund von gemessenen und geschätzten Daten über Zielentfernung, Munitionsart etc. einen Aufsatzwinkel zwischen Waffenachse und Visierlinie einstellen, der die gekrümmte Geschoßflugbahn berücksichtigt. Wird auf bewegte Ziele geschossen, so muß außerdem die voraussichtliche Ortsveränderung des Ziels während der Geschoßflugzeit in Form eines Vorhaltwinkels berücksichtigt werden. Der Schuß geht fehl, wenn im Augenblick der Schußabgabe das Ziel nicht richtig anvisiert ist oder der Aufsatzwinkel oder der Vorhaltwinkel falsch gewählt sind.

Wird das Schießen mittels Laserstrahlen, die sich ja geradlinig ausbreiten, simuliert, so ist in der einfachsten Form mit entlang der Visierlinie ausgesendeten Laserstrahlen nur die Kontrolle des richtigen Anvisierens des Ziels möglich. Für eine ballistische korrekte Bewertung des simulierten Schusses ist aber zusätzlich eine Berücksichtigung des relativ zur Visierlinie eingestellten Aufsatz- und Vorhaltwinkels nötig. Gemäß US-PS 3 257 741 kann mann hierfür eine Vergleichsvorrichtung vorsehen, die die durch die Laserimpulszeit gemessene tatsächliche Zielentfernung mit der vom Schützen geschätzten und eingestellten Zielentfernung vergleicht. Bei einer anderen, aus FR-PS

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1 580 909 bekannten Einrichtung wird der Laserstrahl gegenüber der Waffenachse um einen dem Soll-Aufsatzwinkel entsprechenden Winkel abgelenkt, so daß er nur dann das anvisierte Ziel treffen kann, wenn der tatsächliche Aufsatzwinkel dem Soll-Aufsatzwinkel entspricht. Aus der gleichen Druckschrift ist es auch bekannt, den Laserstrahl ein Abtastmuster bezüglich der Visierlinie durchlaufen zu lassen, so daß durch Lage des am Ziel empfangenen Anteils der Laserstrahlung im Abtastmuster die Winkelablage des Ziels zur Visierlinie quantitativ ermittelt werden kann, so daß sie auch in Bezug zum Aufsatz- und Vorhaltwinkel gesetzt werden kann. Alle diese bekannten Systeme benutzen bei der Auswertung des simulierten Schusses zusätzliche, die Waffeneinstellung betreffende Daten, die über Eingabe- und Schnittstellen vom Waffensystem in die Sch'ußsimulationseinrichtung eingegeben werden müssen. Die Schußsimulations- und Auswerteeinrichtung muß daher hinsichtlich der zu übernehmenden Daten und der hierfür nötigen Schnittstellen an das jeweilige Waffensystem angepaßt sein und kann daher nicht beliebig für andere Waffensysteme universell verwendet werden. Eine exakte Berücksichtigung des Vorhaltes bei beweglichen Zielen, oder eine Berücksichtigung einer relativ zur Lotrechten verkanteten Waffenstellung ist mit den bekannten Einrichtungen ebenfalls nicht möglich.

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Die Erfindung geht daher aus von der eingangs genannten, aus DE-AS 22 62 605 (entspr. US-PS 3 927 480) bekannten Verfahren, welches den Vorteil aufweist, daß alle Daten, die die Ausrichtung der Waffe zum Zeitpunkt der Schußauslösung relativ zu der vom Ziel am Ende der Geschoßflugzeit eingenommenen Position wiedergeben, von der Schußsimulationseinrichtung autonom gemessen und ermittelt werden, so daß keine Datenübernahem vom Waffensystem und daher auch keine Schnittstellen erforderlich sind. Eine nach diesem Verfahren arbeitende Einrichtung kann daher zur universellen Verwendung bei Waffensystemen beliebiger Art ausgestaltet werden.

Bei diesem bekannten Verfahren wird die vom Ziel während der Geschoßflugzeit ausgeführte Ortsveränderung dadurch gemessen, daß am Ende der Geschoßflugzeit ein weiterer Laserstrahl in den Raumwinkel ausgesendet und mit diesem die Entfernung und Ablage des Ziels erneut bestimmt wird. Dies ist aber nur dann möglich, wenn die Aussendeeinrichtung bzw. die Raumwinkel-Bezugslinie für den ersten und zweiten Laserimpuls exakt gleich sind. Daher muß entweder die Waffe während der simulierten Geschoßflugzeit unbewegt gehalten werden, was zu einem wirklichkeitsfremden Schießablauf führt, da in der Praxis sofort nach Schußauslösung die Waffe zwecks Orts-

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Veränderung oder zwecks Neuausrichtung auf ein Ziel bewegt wird, oder es muß nach Schußauslösung der Lasersender von der Waffe entkoppelt und z.B. mittels kreiselstabilisierter Plattform richtungskonstant gehalten werden, was einen zusätzlichen Aufwand erfordert. In Fällen, in denen noch während der Geschoßflugzeit die Waffe z.B. in Deckung gefahren oder um einen großen Betrag verstellt wird, ist dieses Verfahren überhaupt nicht verwendbar.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß der Laserimpuls jeweils einen großen Raumwinkel gleichzeitig ausleuchten muß, so daß er sehr intensiv sein muß und daher in geringerer Entfernung von der Waffe die Gefahr von Augenschädigungen mit sich bringt. Ferner erfolgt die Bestimmung der Zielablage durch einen auf die reflektierten 'Impulse ansprechenden richtungsempfindlichen Empfänger, wodurch die Meßgenauigkeit begrenzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine möglichst exakte meßtechnische Ermittlung der Beziehung zwischen der räumlichen Ausrichtung der Waffenachse zum Zeitpunkt der Schußauslösung und der tatsächlichen Zielposition am Ende der simulierten Geschoßflugzeit möglich ist, ohne daß während der Geschoßflugzeit
die Waffe oder der Laser sender auf das Ziel gerichtet
bleiben muß und ohne daß Schnittstellen zur Datenübernähme vom Waffensystem erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Zeitpunkt der Schußauslösung die zu diesem Zeitpunkt geltenden Werte der Zielentfernung und Zielablage und/oder daraus abgeleitete Werte bezüglich Geschoßflugzeit und Aufsatz- und Vorhaltwinkel durch Kodierung der Laserimpulse zum Ziel übertragen werden, und danach die Laserstrahlkommunikation zwischen Waffe und Ziel beendet

wird, und daß mit am Ziel vorgesehenen Einrichtungen die Einfallsrichtung der Laserimpulse und die auf diese Richtung bezogene Ortsveränderung des Ziels während der Geschoßflugzeit ermittelt und mit den durch die Laserimpulse übermittelten Werte verglichen werden.

Hierdurch wird hauptsächlich der Vorteil erzielt, daß vom Moment der Schußauslösung an ein Richtungsbezug zwischen Waffe und Ziel nicht mehr aufrechterhalten werden muß, so daß die Waffe sofort weiterbewegt und/oder auf ein Ziel neu gerichtet werden kann. Hinsichtlich der Messung aller für den Bezug Waffe-Ziel wichtigen * Daten ist die Schußsimulationseinrichtung autonom und benutzt keine Schnittstellen zum Waffensystem.

In bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Aussendung der Laserimpulse und die Ermittlung von Zielentfernung und Zielablage bzw. der daraus abgeleiteten Werte innerhalb eines der Schußauslösung vorangehenden Zeitraums kontinuierlich wiederholt und die Werte laufend gespeichert, und im Zeitpunkt der Schußauslösung werden die jeweils letztgespeicherten Werte zum Ziel übertragen.

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Hierdurch wird der wesentliche Vorteil erzielt, daß für die Ermittlung der für die Zielentfernung und Zielablage erforderlichen Daten und/oder für die Gewinnung daraus abgeleiteter Daten ausreichend Zeit zur Verfügung steht, was der Genauigkeit der entsprechenden Messungen zugutekommt. Insbesondere ist es dabei in vorteilhafter Weise möglich, die Laserimpulse innerhalb des Raumwinkels in einem ständig wiederholten Abtastmuster auszusenden und die Zielablage aus der Lage der reflektierten Laserimpulse im Abtastmuster zu bestimmen .

Es ist zwar an sich bekannt, die Ablage eines Ziels von einer Visierlinie mittels eines vom Laserstrahl durchlaufenden Abtastmusters zu erfassen, wobei die Divergenz des Abtastmusters aber nur den in der Praxis vorkommenden Visierfehlern entspricht. Beim erfindungsgemäßen*Verfahren muß die Divergenz des Abtastmusters wesentlich größer sein, nämlich mindestens so groß wie die maximal in der Praxis vorkommenden Aufsatz- und Vorhaltwinkel der Waffe. Zum Durchlaufen eines so großen Abtastmusters würde eine im wesentlichen auf den Zeitpunkt der Schußauslösung begrenzte kurze Zeitspanne nicht ausreichen. Die erfirjdnngsgemäße Maßnahme, einen größeren, der Schußauslösung vorangehenden Zeitraum zur kontinuierlichen Messung zu nutzen, beseitigt diese Schwierigkeit.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Verkantung der Waffe gegenüber der Lotrechten laufend gemessen und die ermittelten Werte der Zielablage in auf die Lotrechte bezogene Werte des wirksamen Aufsatz- und Vorhaltwinkels umgerechnet werden und diese Werte gespeichert und bei Schußauslösung zum Ziel übertragen werden. Damit wird es möglich, die in der Praxis sehr wichtige Berücksichtigung einer von der Lotrechten abweichenden Stellung der Waffe (z.B. eines Panzers) und des mit ihr gekoppelten Lasersenders durchzuführen, ohne daß man auf spezielle waffenseitige Einrichtungen wie z.B. ein kreiselstabilisiertes Visier od.dgl. zurückgreifen und Schnittstellen zwischen diesen und der Schußsimulationseinrichtung vorsehen muß.

Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem mit der Waffe gekoppelten Lasersender zum Aussenden von Laserimpulsen in einem Raumwinkel, zielseitigen Retroreflektoren, einem waffenseitigen Empfänger für reflektierte Laserimpulse mit Auswertemitteln zum Messen ihrer Laufzeit und ihrer Richtung bezüglich der Waffenachse, eine Kodiereinrichtung zum Aufprägen einer diese bzw. davon abgeleitete Daten wiedergebende Kodierung auf die

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Laserimpulse, und einem oder mehreren zielseitigen Sensoren mit angeschlossener Auswerteeinrichtung zum Vergleich der kodierten Daten mit am Lnde einer die Zielentfernung entsprechenden Geschoßflugzeit vorliegenden Zielpositionsdaten und zur entsprechenden Ansteuerung einer Trefferanzeige. Eine solche, aus DE-AS 22 62 605 bekannte Einrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch folgende Merkmale : Der Lasersender weist eine Steuereinrichtung auf zum Ändern der Aussendeeinrichtung der Laserimpulse derart, daß diese im Raumwinkel ein Abtastmuster wiederholt durchlaufen; an die Auswertemittel des waffenseitigen Empfängers ist eine Speichereinrichtung zum Speichern der jeweils letztgültigen Werte der Zielentfernung und -ablage bzw. daraus abgeleiteter Werte angeschlossen, und die Kodiereinrichtung ist durch den Speicher steuerbar; der oder die am Ziel vorgesehenen Sensoren sind mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Einfallsrichtung der Laserimpulse verbunden; am Ziel sind Meßeinrichtungen zum Feststellen der Fahrtgeschwindigkeit des Ziels und der Fahrtrichtung relativ zur ermittelten Einfallsrichtung vorgesehen; die zielseitige Auswerteeinrichtung ermittelt aus der auf die Einfallsrichtung bezogenen Fahrtgeschwindigkeit des Ziels die die Zielentfernung und -ablage am Ende der Geschoßflugzeit wiedergebenden Daten.

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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen 7 bis 21 angegeben.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die Beziehung zwischen Waffe und Ziel bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 2 ist ein Blockschema der waffenseitig vorgesehenen Einrichtungen.

Fig. 3 erläutert die Berücksichtigung der Verkantung der Waffe und der Ortsveränderung des Ziels.

Fig. 4 zeigt schematisch ein Panzerfahrzeug mit den zielseitigen Einrichtungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild der zielseitig vorgesehenen Einrichtungen.

Fig. 6 ist ein Schema des Funktions- und Programmablaufs der waffenseitigen Einrichtung.

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Fig. 7 ist ein Schema des Funktions- und Programmablaufs der zielseitigen Einrichtung.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Panzerfahrzeug 10, in dessen Geschützrohr bei 12 eine noch zu beschreibende Einrichtung angeordnet ist, die im wesentlichen aus einem Lasersender mit Ablenkvorrichtung, einem Empfänger und einer Auswerteeinrichtung besteht. Innerhalb eines auf die Rohrseelenachse 14 der Waffe bezogenen Raumwinkelsektors 16, der in Höhen- und Seitenrichtung eines bestimmte Divergenz hat, wird ein impulskodierter Laserstrahl 18 derart ausgesendet und abgelenkt, daß er den in Fig. 1 rechts dargestellten Raumwinkelsektor 16 in Form eines Abtastmusters 20 z.B. in Form horizontaler Zeilen regelmäßig überstreicht. Bezugslinie für das Abtastmuster ist die Verlängerung der Rohrseelenachse 14, und die Divergenz des Raumwinkelsektors 16 hat in Höhenrichtung einen Betrag D1, der mindestens so groß ist wie der größte in der Praxis vorkommende Aufsatz- oder Überhöhungswinkel der Waffe, während in der Seitenrichtung der Raumwinkelsektor 16 nach jeder Seite hin eine Divergenz D2 haben muß, die mindestens so groß ist wie der maximal in der Praxis vorkommende Vorhaltwinkel der Waffe beim Schießen auf bewegte Ziele.

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Wenn der das Abtastmuster 20 durchlaufende Laserstrahl 18 auf ein im Raumwinkelsektor 16 befindliches Ziel 22 trifft, das mit noch zu beschreibenden Einrichtungen einschließlich mindestens eines Retroreflektprs ausgerüstet ist, so wird der Laserstrahl 18 in sich selbst reflektiert und der rücklaufende Laserstrahl 18' erreicht bei 12 den waffenseitig vorgesehenen Empfänger. Aus der Laufzeit des reflektierten Laserlichtes kann die Zielentfernüng, und aus seiner Beziehung zum Abtastmuster 20 die Winkelablage χ und y in Seiten- und Höhenrichtung von den durch die Verlängerung der Waffenachse gezogenen horizontalen und vertikalen Bezugslinien bestimmt werden.

In Fig. 2 sind mindestens die von der strichpunktierten Linie 24 eingeschlossenen Teile im Waffenrohr bei angeordnet. Der Lasersender besteht aus einer Reihe von z.B. fünf Lasersendeelementen, insbesondere Laserdioden 26, die durch ein Steuergerät 28 ansteuerbar sind, einer bei 30 angedeuteten fokussierenden Optik, und einem Paar von gegenläufig um die optische Achse 14 (die mit der Rohrseelenachse 14 gemäß Fig. 1 zusammenfällt) rotierenden Keilprismen 32 für die vertikale Ablenkung des Laserstrahls. Die gesamte Einrichtung erzeugt den Laserstrahl 18, der durch sequenzielles Ansteuern der Laserdioden 26 horizontal und durch die rotierenden Keilprismen 32 vertikal

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derart abgelenkt wird, daß er das in Fig. 1 gezeigte Ablenkmuster 20 innerhalb des RaumwinkeIsektors 16 durchläuft. Mittels des Steuergerätes 28 kann außer der dem Abtastmuster entsprechenden sequenziellen Ansteuerung Ansteuerung der Laserdioden 26 auch eine impulskodierte Ansteuerung der einzelnen Laserdioden 26 zwecks Aufprägen einer Information auf den Laserstrahl 18 gesteuert werden.

Im Strahlengang der Optik 30 befindet sich ferner ein Strahlteiler 34, mit dem empfangenes, nämlich von einem Ziel 22 (Fig. 1) reflektiertes Licht auf ein Empfängerelement 36 gelenkt werden kann.

An den Empfänger 36 ist eine Einrichtung 38 zur Bestimmung der Laufzeit des vom Ziel reflektierten Laserlichts und damit zur Bestimmung der Zielentfernung angeschlossen. Außerdem ist an den Empfänger 36 eine Einrichtung 40 zur Bestimmung der horizontalen Winkelablage χ des Ziels aufgrund der Zuordnung des reflektierten Laserlichts zur jeweils angesteuerten Laserdiode 26 angeschlossen. Die beiden Einrichtungen 38 und 40 geben ihre Daten in einen Rechner 42 ein. Der Rechner 42 hat auch Steuerfunktion, in dem er über einen Scanner-Kodierer 44 das Steuergerät 28 und damit die Zeitpunkte der Ansteuerung der Laserdioden 26 und in passender Synchronisierung

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damit auch den Drehantrieb der Keilprismen 32 steuert. Ererhält auch über 46 eine ständige Meldung über die momentane Position der Keilprismen 32 und damit die ver-

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tikale Referenz des Abtastmusters. Hieraus kann der Rechner 42 die vertikale Winkelablage y des Ziels 22 gegenüber der Rohrseelenachse 18 ermitteln.

An den Rechner 42 ist ein Speicher 48 angeschlossen, in welchem Daten über die verwendete Munitionsart, den Munitionsvorrat und andere, dem jeweiligen Schießvorgang zugrunde zu legende Daten gespeichert sind. Es ist vorteilhaft, die Eingabe in den Speicher 48 so zu gestalten, daß der Inhalt des Speichers 48 vom jeweils auszubildenden Schützen nicht willkürlich geändert werden kann. Dies kann z.B. in der Weise geschehen, daß der Ausbilder ein Lasersendegerät hat, mit welchem er in spezieller Weise kodierte Laserimpulse aussendet, die über den Empfänger und einen Dekoder 50 die entsprechende Information in den Speicher 48 gelangen lassen. In weiteren an den Rechner angeschlossenen Speichern 52, 54 (die selbstverständlich mit dem Speicher 48 auch baulich vereinigt sein können) sind tabellarische Daten gespeichert, mit denen anhand der gemessenen Entfernung E der für diese Zielentfernung notwendige Aufsatz- oder Überhöhungswinkel A der Waffe und die bei dieser Zielentfernung sich ergebende Geschoß-

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flugzeit t niedergelegt sind. Durch Abgriff dieser Daten aus den Speichern 52, 54 und der Munitionsartdaten aus dem Speicher 48 kann der Rechner Geschoßflugzeit und Soll-Aufsatzwinkel berechnen.

Die mit der insoweit beschriebenen Einrichtung meßbare Winkelablage χ, y des Ziels gibt nur dann den tatsächlichen vertikalen Aufsatzwinkel und horizontalen Vorhaltwinkel wieder, wenn die Waffe 10 exakt zur Lotrechten ausgerichtet ist. Falls z.B. in unebenem Gelände eine Verkantung der Waffe 10 eintritt, so ist auch das im Raumwinkel 16 durchlaufende Abtastmuster 20 gegenüber der Lotrechten verkantet, wie in Fig. 3 dargestellt. AU den Rechner 42 ist ein Verkantungsmeßgerät 56 angeschlossen, welches den Verkantungswinkel oC der Waffe gegenüber der Lotrechten mißt. Derartige Verkantungsmeßgeräte, die z.B. mit einem Schwerkraftpendel oder mit einem kreiselstabilisierten Bezugselement arbeiten, sind bekannt und im Handel erhältlich und brauchen daher hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden. Unter Berücksichtigung des Verkantungswinkels cC kann der Rechner 42 die auf das Abtastmuster 20 bezogene Winkelablage χ', y* gemäß Fig. 3 in die tatsächlichen horizontalen und vertikalen Winkelabweichungen x, y umrechnen, die den tatsächlich für das Geschoß wirksamen Aufsatz- und Vorhaltwinkel darstellen.

Der Rechner 42 ermittelt die Differenz zwischen dem tat-

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sächlichen Aufsatzwinkel und dem dem Speicher 42 entnommenen, der Zielentfernung entsprechenden Soll-Aufsatzwinkel. Die vom Rechner 42 laufend ermittelten Daten werden in einem weiteren Speicher bzw. Speicherteil 58 laufend gespeichert bzw. aktualisiert. Eine Schußauslösungstaste 60 für den simulierten Schuß ist an den Rechner 42 angeschlossen. Ihre Auslösung bewirkt, daß die jeweils letztgespeicherten Werte aus dem Speicher 58 vom Rechner 42 über den Scanner-Kodierer 44 zur Steuereinheit 28 gegeben werden, so daß sie in Form einer dem Laserstrahl 18 aufgeprägten Impulskodierung zum Ziel ausgesendet werden.

Die vorstehend beschriebenen waffenseitigen Einrichtungen würden für sich allein nur für die Schußsimulation und Ablagebestimmung bei ortsfesten Zielen geeignet sein. Zum üben des Schießens auf bewegte Ziele muß die während der Geschoßflugzeit eintretende Ortsveränderung des Ziels berücksichtigt werden. Dies geschieht erfindungsgemäß ausschließlich mit zielseitig vorgesehenen Einrichtungen.

Fig. 3 zeigt ein als Ziel für das erfindungsgemäße Verfahren eingerichtetes Panzerfahrzeug 62 mit drehbarem Turm Der Turm 64 ist an seinem Umfang mit einer Reihe von Sensoren 66 ausgerüstet, die gleichzeitig als Retroreflektoren ausgebildet sind, so daß sie den ankommenden Laser-

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strahl 18 in seine Einfallsrichtung zurück reflektieren. Jeder Sensor 66 ist mit Einrichtungen zur Ermittlung des Einfallswinkels et des Laserstrahls 18 bezuglieh der Mittellinie 68 des Turms 64 ausgebildet. Hierfür können Azimut-empfindliche Empfänger beliebiger, an sich bekannter Bauart Verwendung finden. Die Einfallsrichtung des Laserstrahls 18 muß aber nicht in Bezug auf den Turm 64, sondern auf die Fahrtrichtung 70 des Zielfahrzeugs 62 bestimmt werden. Zu diesem Zweck muß die Winkelstellung des Turms 64 relativ zum Fahrgestell bestimmt werden. Um dies ohne am Fahrzeug einzubauende Einrichtungen mit Schnittstellen zwischen Turm und Fahrgestell zu ermöglichen, ist am Fahrgestell ein Bezugssender 72 vorgesehen, der optische Strahlung, vorzugs- weise Laserstrahlung aussendet. Diese kann ebenfalls von jedem der Sensoren 66 des Turms 64 empfangen und ihre Einfallsrichtung bezüglich der Turmmittelachse 68 bestimmt werden. Daraus kann der Winkel β zwischen der Turmmittellinie 68 und der Längsachse (Fahrtrichtung) des Fahrzeugs 62 berechnet werden. Man erhält hieraus den gesamten Winkel d +/3 zwischen der Einfallsrichtung des von der Waffe kommenden Laserstrahls 18 und der Fahrtrichtung 70 des Fahrzeugs.

Es ist ferner eine Einrichtung zum Ermitteln der Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs 62 vorgesehen, die

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ebenfalls so ausgebildet ist, daß sie keine Eingriffe im Fahrzeug 62 und keine Schnittstellen zur Informationsübertragung zum Turm 64 benötigt. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht die Meßeinrichtung aus einer Lichtquelle 74 zum Aussenden von Licht, vorzugsweise Laserlicht auf die Kette 78 des Fahrzeugs,und aus einem Sensor 76 zum Empfangen des von der Kette 78 reflektierten Lichts. Entsprechend der Größe und der Umlaufgeschwindigkeit der Kettenglieder wird das empfangene Licht moduliert sein, und aus der Modulation kann die Fahrgeschwindigkeit ermittelt werden. Der ermittelte Wert kann durch Impuldkodierung des Bezugssenders 72 auf einfache Weise zum Turm 64 und der dort vorgesehenen Auswerteeinrichtung übertragen werden.

Durch Integration der so ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit über die Geschoßflugzeit des simulierten Schusses, und zwar bezogen auf die Verbindungslinie 18 zwischen Waffe und Ziel, kann die während der Geschoßflugzeit erfolgte Ortsveränderung des Ziels von der Position Z1 (vgl. Fig. 3) bei Auslösung des Schusses bis zur Position Z2 am Ende der Geschoßflugzeit ermittelt werden, woraus man die bei der Bewertung des Schusses und Steuerung der Trefferanzeige tatsächlich zu berücksichtigenden Zielablagewerte x1 und y1 erhält.

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Das Blockschaltbild der zielseitig vorgesehenen Einrichtungen ist in Fig. 5 dargestellt. Jeder Sensor 66 ist mit einem Retroreflektor 66' (insbesondere in Form eines Würfelecken-Prismas) kombiniert. Der Sensor 66 ist ferner mit einer Einrichtung 80 zur Bestimmung des Einfallswinkels der jeweils empfangenen Strahlung versehen. Mit 74, 76 ist die Einrichtung zur Bestimmung der Fahrtgeschwindigkeit des Ziels bezeichnet, die über einen Kodierer 82 den Sender 72 ansteuert, der gleichzeitig der Bezugssender für die Erfassung der Winkelstellung & des Turmes 64 relativ zur Fahrzeugachse 70 ist. Die Winkelmeßeinrichtung 80 ermittelt daher sowohl den Einfallswinkel d» des von der Waffe kommenden Laserstrahls relativ zum Turm, als auch den Winkel ß zwischen Turm und Fahrgestell. An den Sensor 66 ist ferner ein Dekoder 84 angeschlossen, der die von der Waffe durch Impulskodierung des Laserstrahls übertragene Information über Geschoßflugzeit, Zielablage, Munitionsart u.dgl. dekodiert. Diese Informationen werden einem Rechner 85 zugeführt der den sich aus dem tatsächlichen Aufsatz-, und Vorhaltwinkel für die jeweilige Zielentfernung und Munitionsart' ergebenden Aufschlagpunkt des simulierten Geschosses mit' der 'aus der Eigenbewegung des Ziels sich ergebenden Zielposition am Ende der Geschoßflugzeit vergleicht und bei hinreichender Übereinstimmung eine Trefferanzeige 86 auslöst.

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Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß mit der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung die Aussendung des Laserstrahls 18 im Abtastmuster vor jeder Schußauslösung über eine gewisse Zeit kontinuierlich wiederholt durchgeführt wird, daß bei der Schußauslösung die jeweils letztgültigen Daten der Geschoßflugzeit, Zielablage u.dgl. zum Ziel übertragen werden, und daß danach die Laserstrahlkommunikation zwischen Waffe und Ziel beendet wird, so daß die Waffe bereits während der Geschoßflugzeit weiterbewegt, in Deckung gebracht oder auf ein neues Ziel gerichtet werden kann, wie dies der tatsächlichen Gefechtspraxis entspricht. Alle nach Schußauslösung während der Geschoßflugzeit noch durchzuführenden Messungen und Auswertungen werden ausschließlich zielseitig vorgenommen^"

Die in Fig. 2 dargestellte waffenseitige Einrichtung wird vorzugsweise in der Weise betrieben, wie dies anhand des Funktions- und Logikschemas von Fig. 6 dargestellt ist. Bei Betrieb des Gerätes (Gerät AN) wird in ständiger Wiederholung das Abtastmuster des Laserstrahls 18 im Raumwinkelsektor 16 von ausreichender Divergenz (z.B. 12 Milliradian horizontal und 60 Milliradian vertikal) durchlaufen. Falls eine Retroreflektion von einem Ziel festgestellt wird, wird der zugehörige Aufsatzwinkel, die Verkantung und die Zielentfernung gemessen. Danach wird in

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der Stufe "Treffer möglich" entschieden, ob überhaupt (bei ruhendem Ziel) ein Treffer möglich wäre. Falls dies der Fall ist (Treffer möglich: Ja) wird die Anmessung dieses Ziel ständig wiederholt ("Zielkontaktmode Halten"), wobei es nun in vorteilhafter Weise möglich ist, das Abtastmuster 20 auf einen kleineren Bereich innerhalb des

des Ziels

Raumwinkelsektors 16 in der Nachbarschaft/22 zu beschränken. Solange die Feuertaste nicht betätigt wird, wird der Meßvorgang ständig wiederholt. Wird die Feuertaste betätigt, so kann eine den Abschuß eines Geschosses simulierende pyrotechnische Ladung gezündet werden ("Pyrotechnik") , der Geschoßvorrat im Speicher 48 wird um 1 verringert, und vor allem werden die letztgültigen Werte über Geschoßflugzeit und Zielablage zum Ziel gesendet, wie durch den Pfeil angedeutet. Die Lage des Geschoßeinschlagpunktes kann außerdem auch waffenseitig z.B. an einem Display 88 (Fig. 2) angezeigt werden,z.B. um einem Ausbilder die Beurteilung des Schusses zu ermöglichen.

Solange bei Durchlaufen des Abtastmusters keine Retroreflektion von einem Ziel auftritt ("Retroreflektion: Nein"), wird der Abtastvorgang im gesamten Raumwinkelsektor 16 wiederholt. Wenn in einem solchen Fall (z.B. versehentlich) trotzdem die Schußauslösungstaste betätigt

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wird, wird selbstverständlich auch in diesem Fall die Pyrotechnik ausgelöst, der Geschoßvorrat um 1 verringert, und außerdem kann eine Anzeige "Fehlschuß" erfolgen.

Wenn die Auswertung "Treffer möglich?" ergibt, daß ein Treffer auf das momentan erfaßte Ziel nicht möglich ■ist (z.B. wegen einer die Geschoßreichweite übersteigenden Entfernung), so wird die Abtastung im gesamten Raumwinke 1sektor.16 fortgesetzt ("Zielsuchmode"). Auch in diesem Fall kann es vorkommen, daß die Schußauslösungstaste versehentlich betätigt wird, und auch in diesem Falle wird die Schußauslösung pyrotechnisch angezeigt und der Geschoßvorrat um 1 verringert.

Fig. 7 zeigt das entsprechende Funktions- und Logikschema der zielseitigen Einrichtung. Geschwindigkeit und Turmstellung werden gemessen. Mit 1 ist der Empfang der schußbezogenen Daten von der Waffe angedeutet. Mit 2 ist der Empfang der die Fahrgeschwindigkeit wiedergebenden Daten von dem Bezugssender 72 angedeutet. Aus der zielbezogenen Geschoßlage bei Schußauslösung und der in Beziehung zur Beschußrichtung zu setzenden vektoriellen Bewegung des Ziels während der Geschoßflugzeit wird die Lage des Geschoßeinschlagpunktes relativ zur Position des Ziels am Ende der Geschoßflugzeit bestimmt und daraus die Entscheidung über "Treffer" gewonnen. Falls die Übereinstimmung

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hinreichend gut ist, um einen Treffer anzuzeigen, wird am Ziel eine pyrotechnische Anzeige der Wirkung eines Geschoßeinschlages ausgelöst, und ferner wird die zielseitige Einrichtung deaktiviert, da das Ziel nunmehr als zu beschießendes Ziel ausgefallen ist. Falls der Schuß nicht als Treffer zu werten ist, wird am Ziel gleichwohl eine z.B. pyrotechnische Anzeige darüber, daß das Ziel unter Beschüß ist, ausgelöst.

Die Erfindung äst nicht auf die Einzelheiten des beschriebenen Ausführungsbeispiels beschränkt. Zahlreiche Abänderungen und Ausgestaltungen sind möglich. So kann z.B. die Fahrgeschwindigkeit des Ziels statt durch optische Abtastung der umlaufenden Kette auch auf andere Weise erfolgen, z.B. durch eine Einrichtung, die das Vibrationsspektrum des Fahrzeugs analysiert und daraus die Fahrgeschwindigkeit ermittelt, oder durch eine Einrichtung mit optischem Korrelator, der die Fahrgeschwindigkeit in Bezug auf die Umgebung ermittelt. Die waffenseitige Einrichtung, die als völlig schnittstellenfrei mit den übrigen Waffeneinrichtungen, wie z.B. Visier usw. dargestellt ist, kann, falls gewünscht, einen Ausgang 90 aufweisen, der es gestattet, die ermittelte Zielentfernung in das Waffensystem dort einzugeben, wo im Gefechtseinsatz die Entfernung der (dann nicht retrore-

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flektierenden) Ziele mit einem Hochleistungslaser ermittelt wird. Dies gestattet es, die Waffe für Übungszwecke so zu betreiben, wie dies im Gefechtsfall unter Verwendung eines Hochleistungslasers der Fall wäre, 5 ohne daß bei der Übung der Hochleistungslaser selbst in Betrieb genommen werden muß. Hierdurch wird die Gefahr von Augenschädigungen vermieden. Der Lasersender der SchußSimulationseinrichtung kann, da die Ziele mit Retroreflektoren versehen, also "kooperativ" sind, so schwach sein, daß die Strahlungsintensität unter der Augenschädigungsgrenze liegt.

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Claims (21)

Schießsimulations- und -übungsverfahren für ballistische Munition und bewegliche Ziele Patentansprüche

1. Schießsimulations- und -übungsverfahren für ballistische Munition und bewegliche Ziele/ bei dem von einer Waffe aus Lasermeßimpulse innerhalb eines auf eine Bezugslinie bezogenen Raumwinkels ausgesendet und bei Auftreffen 5 auf ein Ziel von diesem reflektiert werden und aus der Laufzeit der reflektierten Laserimpulse und ihrer Lage im Raumwinkel die Entfernung des Ziels und seine Winkelablage von der Bezugslinie zum Zeitpunkt der Schußauslösung ermittelt werden, und bei dem die Ortsveränderung, die das Ziel wäh-10 rend einer der Zielentfernung entsprechenden Geschoßflugzeit durchführt, gemessen und mit der ermittelten Winkelablage verglichen wird und abhängig von diesem Vergleich eine Trefferanzeige gesteuert wird.

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dadurch gekennzeichnet , daß im Zeitpunkt der._vSchußauslösung die zu diesem Zeitpunkt geltenden Werte der Zielentfernung und Zielablage und/oder daraus abgeleitete Werte bezüglich Geschoßflugzeit und Aufsatz- und Vorhaltwinkel durch Kodierung der Laserimpulse zum Ziel übertragen werden,

daß danach die Laserstrahlkommunikation zwischen Waffe und Ziel beendet wird,

und daß mit am Ziel vorgesehenen Einrichtungen die Einfausrichtung der Laserimpulse und die auf diese Richtung bezogene Ortsveränderung des Ziels während der Geschoßflugzeit ermittelt und mit den durch die Laserimpulse übermittelten Werten verglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Aussendung der Laserimpulse und die Ermittlung von Zielentfernung und Zielablage bzw. der daraus abgeleiteten Werte innerhalb eines der Schußauslösung vorangehenden Zeitraums kontinuierlich wiederholt und die Werte laufend gespeichert werden und daß im Zeitpunkt der Schußauslösung die jeweils letztgespeicherten Werte zum Ziel übertragen werden.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch g e kennzeichne t, daß die Verkantung der Waffe gegenüber der Lotrechten laufend gemessen und die ermittelten Werte der Zielablage in auf die Lotrechte bezogene Werte des wirksamen Aufsatz- und Vorhaltwinkels umgerechnet werden und diese Werte gespeichert und bei Schußauslösung zum Ziel übertragen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , daß die Bezugslinie des Raumwinkels die Waffenachse (Rohrseelenachse) ist und die Divergenz des Raumwinkels in Höhen- bzw. Seitenrichtung mindestens so groß ist, daß die maximal in der Praxis vorkommenden Werte für den Aufsatzwinkel bzw. den Vorhaltwinkel unter Berücksichtigung der Verkantüng innerhalb der Raumwinkeldivergenz liegen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet / daß die Laserimpulse innerhalb des Raumwinkels in einem ständig wiederholten Abtastmuster ausgesendet und die Zielablage aus der Lage der reflektierten Laserimpulse im Abtastmuster bestimmt wird.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , mit einem mit der Waffe ge-

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• I.

koppelten Lasersender zum Aussenden von Laserimpulsen in einem Raumwinkel, zweiseitigen Retroreflektoren,_einem waffenseitigen Empfänger für reflektierte Laserimpulse mit Auswertemitteln zum Messen ihrer Laufzeit und ihrer Richtung bezüglich der Waffenachse, eine Kodiereinrichtung zum Aufprägen einer diese bzw. davon abgeleitete Daten wiedergebenden Kodierung auf die Laserimpulse, und einem oder mehreren zielseitigen Sensoren mit angeschlossener Auswerteeinrichtung zum Vergleich der kodierten Daten mit am Ende einer die Zielentfernung entsprechenden Geschoßflugzeit vorliegenden Zielpositionsdaten und zur entsprechenden Ansteuerung einer Trefferanzeige ,gekennzeichnet durch folgende Merkmale :

a) Der Lasersender (24) weist eine Steuereinrichtung (28, 26, 32) auf zum Ändern der Aussendeeinrichtung der Laserimpulse derart, daß diese im Raumwinkel (16) ein Abtastmuster (20) wiederholt durchlaufen;

b) an die Auswertemittel (42) des waffenseitigen Empfängers (36) ist eine Speichereinrichtung (58) zum Speichern der jeweils letztgültigen Werte der Zielentfernung und -ablage bzw. daraus abgeleiteter Werte angeschlossen, und die Kodiereinrichtung (44) ist durch den Speicher stauerbar;

c) der oder die am Ziel vorgesehenen Sensoren (66) sind mit einer Einrichtung (80) zur Ermittlung der Einfallsrichtung der Laserimpulse verbunden;

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d) am Ziel sind Meßeinrichtu -en (72, 74, 76) zum Feststellen der Fahrtgeschwindigkeit des Ziels und der Fahrtrichtung relativ zur ermittelten Einfallsrichtung vorgesehen;

(80, 84, 85) e) die zielseitige Auswerteeinrichtung / ermittelt aus der auf die Einfallsrichtung bezogenen Fahrgeschwindigkeit des Ziels die die Zielentfernung und -ablage am Ende der Geschoßflugzeit wiedergebenden Daten.

7. Einrichtung nach Anspruch 6 , dadurch ge

kennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (28, 26, 32) des Lasersenders mit den Auswertemitteln (42) derart verbunden ist, daß nach Identifizierung eines laserimpulsreflektierenden Ziels durch die Auswertemittel die Steuereinrichtung der Impulsaussendung in ein kleineres, nur die unmittelbare Umgebung des identifizierten Ziels erfassendes Abtastmuster steuert.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , daß mit dem Lasersender (24) ein lotgebendes Verkantungsmeßgerät (56) verbunden ist und die Auswertemittel die Lage des Abtastmusters bezüglich der Lotrichtung berücksichtigen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , daß die Auswertemittel (42) des waffenseitigen Empfängers Mittel zum Umrechnen der er-

mittelten Zielablage in auf die Lotrechte bezogene Werte des tatsächlichen Aufsatz- und Vorhaltwinkels sowie ferner Mittel zum Errechnen des anhand der Munitionsart und der gemessenen Zielentfernung erforderlichen Aufsatz- und Vorhaltwinkels sowie Mittel zum Errechnen der Differenz zwischen den erforderlichen und tatsächlichen Werten des Aufsatz- und Vorhaltwinkels sowie zum Speichern dieser Differenz aufweisen.

10. Einrichtung nach Anspruch 6 , dadurch ge

kennzeichnet, daß in einen Speicher (48) der waffenseitigen Auswertemittel Daten über Munitionsart und Munitionsvorrat nur mittels einer speziellen Kodiereinrichtung eingebbar sind und daß der Speicher (48) bei jedem Ausschalten der Simulationseinrichtung gelöscht wird.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Dateneingabe durch vom waffenseitigen Empfänger (36) empfangene, mit einem speziellen Eingabekode kodierte Laserimpulse erfolgt.

12. Einrichtung nach Anspruch 6 , dadurch ge -

kennzeichnet , daß die Auswertemittel (42) einen Datenausgang (90) zur Eingabe der aus der Laufzeit der Laser-

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impulse ermittelten Zielentferrv ig in den Feuerleitrechner der Waffe aufweisen.

13. Einrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , daß die Steuermittel aus einer Reihe von zyklisch ansteuerbaren Lasersendedioden (26) zum Erzeugen der Seitenauslenkung der Laserimpulse und aus einer Ablenkoptik (32) zum Erzeugen der Vertikalauslenkung der Laserimpulse bestehen.

14. Einrichtung nach Anspruch 13 , dadurch g e kennzeichnet, daß die Ablenkoptik aus zwei kontinuierlich gegenläufig umlaufenden Ablenkprismen (32) besteht.

15. Einrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , daß die zielseitige Meßein- richtung für die Fahrgeschwindigkeit aus einem ein umlaufendes Teil des Fahrwerks optisch abtastenden Sensor (74,76) mit angeschlossenem Impulserzeuger besteht.

16. Einrichtung nach Anspruch 15 , dadurch gekennzeichnet , daß der Sensor den Umlauf der Kette (78) oder eines Kettenrades eines Panzerfahrzeuges abtastet.

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17. Einrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet / daß die zielseitige Meßeinrichtung die Fahrgeschwindigkeit aus dem Vibrationsspektrum des Fahrzeuges ableitet.

18. Einrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß die zielseitige Meßeinrichtung die Fahrgeschwindigkeit mittels eines optischen Korrelators ermittelt.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18 , dadurch gekennzeichnet , daß die zielseitige Meßeinrichtung für die Fahrgeschwindigkeit das Meßergebnis drahtlos, insbesondere über kodierte Licht- bzw. Laserimpulse, zu einem der zielseitig vorgesehenen Sensoren (66) überträgt.

20. Einrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , daß die Meßeinrichtung zur Bestimmung der Fahrtrichtung des Ziels einen optischen Bezugssender (72 am Fahrgestell und einen Sensor (66) am Turm eines Panzerfahrzeugs zum optischen Bestimmen der Turmstellung relativ zum Fahrgestell aufweist.

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21. Einrichtung nach Anspruch 20 , dadurch gekennzeichnet / daß rund um den Turm eines
Panzerfahrzeugs verteilte Sensoren (66) für Empfang und Richtungsermittlung sowohl der Laserimpulse als auch
des optischen Bezugssenders (72) vorgesehen sind und daß der Bezugssender (72) durch die Meßeinrichtung (74/ 76) für die Fahrgeschwindigkeit zur Impulskodierung steuerbar ist.