DE4025388C1 - Verfahren zur Erzeugung eines Falschzieles - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Falschzieles.

Aus der DE 33 12 169 A1 ist ein Störziel bekannt, das zur Verwendung bei stehenden und fahrenden Geräten, insbes. Panzern, zum Schutz gegen sensorgesteuerte oder sensorgetriggerte Munition vorgesehen ist. Dieses bekannte Störziel ist als aus mehreren Kammern bestehender aufblasbarer luftmatratzenähnlicher Hohlkörper aus metallisierter Kunststoff-Folie oder Aluminium-Folie ausgebildet. Es wird vorzugsweise durch die Auspuffgase des zu schützenden Gerätes beim Einsatz aufgeblasen. Ein solches Ziel ist als Übungsziel insbes. deshalb nur sehr bedingt geeignet, weil es bei einem Treffer durch die Übungsmunition zerstört oder zumindest beschädigt wird und folglich nicht länger zu Übungszwecken zur Verfügung steht. Außerdem ist zur Aktivierung dieses Störzieles eine bestimmte, nicht zu vernachlässigende Zeitspanne erforderlich, um den luftmatratzenförmigen Hohlkörper aufzublasen.

Die DE 32 17 977 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Tarnung von Objekten gegen eine Aufklärung durch Wärmebildgeräte in Abhängigkeit von der gemessenen Umgebungstemperatur, wobei das Objekt von einer geometrischen Struktur wärmeempfindlicher Sensoren und thermischen Energiequellen derart überzogen ist, daß jedem wärmeempfindlichen Sensor auf der gegenüberliegenden Objektseite eine thermische Energiequelle zugeordnet ist und die wärmeempfindlichen Sensoren so anschaltbar sind, daß durch sie der jeweilige Objekthintergrund partiell so abtastbar ist, daß durch die mit den wärmeempfindlichen Sensoren über eine Regeleinheit verbundenen thermischen Energiequellen die dem Wärmebildgerät zugewandte Objektseite durch partielles Erwärmen und/oder Abkühlen den Temperaturverhältnissen des Objekthintergrundes jederzeit an jedem beliebigen Ort kontrastfrei anpaßbar ist. Diese Vorrichtung erfordert in Abhängigkeit von der Größe des zu schützenden Objektes eine Vielzahl wärmeempfindlicher Sensoren und thermischer Energiequellen sowie eine zwischen den wärmeempfindlichen Sensoren und den thermischen Energiequellen eingeschaltete Regeleinheit. Insbes. durch die thermischen Energiequellen ist eine bestimmte Verzögerung im Regelverhalten dieser bekannten Vorrichtung nicht auszuschließen, wodurch die Tarnung des zu schützenden Objektes beeinträchtigt sein kann.

In einem modernen Gefechtsfeldszenario kommt elektronischen Sensoren und Sichtgeräten eine entscheidende Bedeutung zu.

Elektronische Sensoren werden zur Ziel-Identifikation, sowie zur Ansteuerung und zur Bekämpfung von Punktzielen eingesetzt. Ferner werden sie in steigendem Masse auch zur Navigation von Luftfahrzeugen oder robotischen Waffenträgern verwendet. Elektronische Sichtgeräte sind in vielen Fällen die einzige Verbindung der Bedienungsmannschaft eines Waffensystems zur Außenwelt. Das gilt insbes. bei Verwendung konventioneller Tarnmittel wie Infrarot-Nebel oder unter ABC-Bedingungen.

Diese Entwicklung hat zur Folge, daß für Zielauffassung und Zielbekämpfung das menschliche visuelle System entweder nur indirekt oder gar nicht eingesetzt werden kann. Durch die Verwendung elektronischer Sensoren wird die Wahrnehmbarkeitsgrenze des visuellen Systems, d. h. des menschlichen Auges bekanntermaßen erheblich gesteigert. Die zunehmende Abhängigkeit von elektronischen Sensoren und Sichtgeräten hat zur Folge, daß eine Täuschung des Bedienungspersonals von Waffensystemen relativ leicht möglich ist. Das resultiert daraus, daß Sensoren und Sichtgeräte häufig nur in bestimmten Wellenlängenbereichen empfindlich, bzw. zur Verwendung in bestimmten Spektralbereichen optimiert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung eines Falschzieles zu schaffen, das insbes. für die zur Anwendung gelangenden Sensoren und Sichtgeräte optimal wirksam ist, wobei das Falschziel auch bei einem Treffer durch eine Bedrohung bzw. Übungsmuntion nicht beschädigt oder zerstört wird, so daß es für eine Vielzahl aufeinanderfolgender Bedrohungen bzw. Übungsmunitionen zur Verfügung steht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die Vorteile auf, daß mit ihm Falschziele realisierbar sind, die sich nicht nur für mit elektronischen Sensoren und/oder Sichtgeräten ausgerüstete Bedrohungen sehr gut zu Täuschungs- oder Tarnungszwecken eignen, sondern die sich desweiteren auch als Übungsziele eignen, ohne daß es beim Üben zu einer Beschädigung oder Zerstörung des jeweiligen Übungszieles kommt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der holographischen Aufnahme- und Rekonstruktionstechnik, wobei sich das rekonstruierte Objekt hinter dem Hologramm befindet,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der holographischen Aufnahme- und Rekonstruktionstechnik, wobei sich das rekonstruierte Bild vor dem Hologramm befindet,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung der Täuschung einer Bedrohung in Form eines direkt angreifenden Wirkkörpers,

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung zur Verdeutlichung eines Falschzieles durch ein virtuelles Hologramm, und

Fig. 5 eine Anwendung eines von einem virtuellen Hologramm gebildeten Falschzieles eines Schiffes.

Fig. 1 zeigt die Aufnahme eines Objektes 10 und seine Rekonstruktion 10′.

Die räumliche Form gegenständlicher Objekte 10 wird vom menschlichen Auge aufgrund der von der Oberfläche des Objektes 10 gestreuten oder bei transparenten Objekten von der durch Beugung modifizierten elektromagnetischen Strahlung wahrgenommen. Einem stationären Objektzustand ist ein charakteristisches, räumlich verteiltes Wellenfeld mit charakteristischer Amplituden- und Phasenstruktur zugeordnet.

Ein zwischen dem Objekt 10 und einem (nicht gezeichneten) Beobachter -der in Fig. 1 durch die Beobachtungsrichtung (Pfeil 12) angedeutet ist, angebrachtes Aufnahmemedium 14 wird von den Teilwellen eines Wellenfeldes 16 durchstrahlt. Wenn das Aufnahmemedium 14 gleichzeitig von einem definierten Referenz-Wellenfeld 18 durchstrahlt wird, kann in der Ebene des Aufnahmemediums 14 die Überlagerung der beiden Wellenfelder 16 und 18 in an sich bekannter Weise als Interferogramm registriert werden. Hierzu muß das Aufnahmemedium 14 fotoempfindlich sein, was bspw. mittels einer Fotoplatte bewerkstelligt wird.

Bei der Rekonstruktion des Objektes 10 wird das Aufnahmemedium von einem intensiven Wellenfeld 20 durchstrahlt, welches im einfachsten Fall in seiner Amplituden- und Phasenstruktur mit dem Referenz-Wellenfeld 18 identisch ist. Durch Beugung an dem entsprechend präparierten Aufnahmemedium 14, d. h. bspw. nach dessen fotografischer Entwicklung, entsteht im Halbraum 22 zwischen dem Aufnahmemedium 14 und dem (nicht dargestellten) Betrachter (Pfeil 12) ein Wellenfeld 24′ welches dem Wellenfeld 16 entspricht, das vom Objekt 10 ausgegangen war. Da dieses Wellenfeld 24 sowohl Amplituden als auch Phaseninformation des ursprünglichen Objektes 10 enthält, hat ein Beobachter (Pfeil 12) bzw. ein entsprechender Sensor den Eindruck, ein räumliches Bild des im Halbraum 26 hinter dem Aufnahmemedium 14 lokalisierten Objektes zu sehen.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist es durch geeignete Aufnahmetechniken möglich, ein Bild 10′ vor dem Aufnahmemedium 14 im Halbraum 22 zu erzeugen. Der (nicht dargestellte) Beobachter bzw. Sensor sieht das rekonstruierte Bild 10′ des Objektes 10 dann auf der ihm zugewandten Seite im Halbraum 22 entstehen. Da die Lichtstreuung und Modulation am Ort des Aufnahmemediums 14 erfolgt, können alle zum Beobachter/Sensor gelangenden Lichtstrahlen nur vom Aufnahmemedium 14 ausgehen; am Ort des reellen Bildes tritt keine weitere Streuung auf. Das Bild 10′ ist somit prinzipiell nur gegen den Hintergrund des Aufnahmemediums 14, das insbes. ein Hologramm ist, sichtbar, nicht jedoch aus einer seitlichen Richtung, wie bei einem realen Gegenstand. Diesen Sachverhalt verdeutlicht Fig. 2, woraus zu erkennen ist, daß der Beobachtungs-Halbraum 22 in mehrere Raumbereiche unterteilt werden kann. Im Bereich 28 ist das Objekt ganz und im Bereich 30 ist es teilweise sichtbar. Im Bereich 32 kann das Objekt nicht beobachtet werden. Das ist bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Falschbildes zu berücksichtigen.

Für die Aufnahme und die Rekonstruktion eines holographischen Bildes ist eine Quelle kohärenter Strahlung erforderlich. Bei einer solchen Strahlenquelle handelt es sich im allgemeinen um einen Laser. Die Kohärenzlänge der Strahlung muß größer sein als die Dimensionen des abzubildenden bzw. zu rekonstruierenden Objektes 10. Für Aufnahme und Rekonstruktion muß jedoch nicht Strahlung der gleichen Wellenlänge Verwendung finden. Wird zur Rekonstruktion eine Strahlung anderer Wellenlänge als zur Aufnahme des Hologramms verwendet, so findet eine Größentransformation des rekonstruierten Objektes statt. Hierbei ergibt eine Rekonstruktion eines Hologramms mit einer Strahlung größerer Wellenlänge ein vergrößertes rekonstruiertes Bild 10′ des Objektes 10. Es ist somit möglich, ein mit einer bestimmten Lichtquelle erzeugtes Hologramm mit sämtlichen Wellenlängen zu rekonstruieren, für die eine Quelle kohärenter Strahlung verfügbar ist. Das rekonstruierte Bild erscheint in der entsprechenden Wellenlänge. Das Größenverhältnis des rekonstruierten Bildes 10′ zum Originalobjekt 10 ist aus dem Wellenlängenverhältnis direkt berechenbar. Diese wellenlängenabhängige Größentransformation ist dazu benutzbar, größenreduzierte Modelle eines Objektes 10 zur Erstellung eines Hologrammes zu verwenden.

Erfindungsgemäß ist es möglich, auf einem konventionellen, z. B. fotochemisch verarbeiteten Aufnahmemedium 14 mehrere Hologramme gleichzeitig auf zuzeichnen. Eine Auswahl kann durch entsprechende Strahlführung des Referenz- bzw.

Rekonstruktionsstrahles 18 erfolgen. Diese Eigenschaft kann zur gleichzeitigen Rekonstruktion verschiedener Objekte 10 bzw. Objektzustände vom gleichen Hologramm 14 ausgenutzt werden. Daraus ergibt sich, daß z. B. eine Simulation der Objektbewegung in diskreten Stufen oder eine gleichzeitige Objektdarstellung in verschiedenen Wellenlängenbereichen möglich ist.

Fig. 3 verdeutlicht eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, d. h. eine Täuschung eines direkt angreifenden Wirkkörpers 34. Mittels eines Aufnahmemediums 14 in Form eines Hologramms wird ein reelles Bild 36 des zu rekonstruierenden Gegenstandes im Abstand s vom bedrohten Ziel 38 erzeugt. Das Aufnahmemedium 14 kann an einem stationären Gestell befestigt sein, wie in Fig. 3 angedeutet ist; das Aufnahmemedium 14 kann jedoch auch am zu schützenden Objekt 38 befestigt sein. Der Rekonstruktionslaser ist im zu schützenden Objekt 38 angeordnet. Das in Fig. 3 angedeutete Verfahren kann entweder zur Rekonstruktion eines objektähnlichen Bildes 36 in einem Sicherheitsabstand s oder zur Rekonstruktion eines objektfremden Bildes in einem Abstand vor dem zu schützenden Objekt 38 angewandt werden. Im zuerst genannten Fall spricht man von Täuschen während es sich im zuletzt genannten Fall um ein Tarnen handelt, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Im ersten Fall, d. h. beim Täuschen des angreifenden Wirkkörpers 34 soll der Sensor des Wirkkörpers 34 durch die holographisch erzeugte Signatur 36 zum vorzeitigen Ansprechen gebracht werden, während der Sensor des angreifenden Wirkkörpers 34 im zweiten Fall (Tarnen) durch das zielfremde Bild 36 an der Zielerkennung gehindert werden soll. In beiden Fällen kann die Rekonstruktion des falschen Zieles 36 in solchen unterschiedlichen Wellenlängenbereichen erfolgen, in denen die Empfindlichkeit des Sensors des angreifenden Wirkkörpers 34 maximal ist.

Bei Verwendung von Sichtgeräten z. B. für Aktionen bei Nacht, bzw. bei natürlichem oder künstlichem Nebel, wird die Wahrnehmungsfähigkeit des menschlichen Auges durch zwischenschalten eines elektronischen Bilderfassungssystems zwar bezüglich der Empfindlichkeit stark erhöht, bezüglich Auflösung und spektraler Unterscheidungsfähigkeit jedoch sehr eingeschränkt. Auch hierbei, d. h. bei der Verwendung von Sichtgeräten ist der Einsatz holographischer Falschziele 36 daher entsprechend den zuletzt beschriebenen Methoden möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren ist folglich insbes. auch zum Schutz stationärer Objekte wie Gefechtsstände usw. geeignet. Die erforderlichen optischen Systeme sind hierbei in vorteilhafter Weise einfach zu integrieren und zu warten.

Fig. 4 zeigt eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das insbes. zur Erzeugung extrem großer Falschziele durch virtuelle Hologramme vorgesehen ist. Weiter oben wurde in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, daß bei konventionellen Hologrammen 14 die Größe und der sichtbarkeitsbereich des rekonstruierten Objektes 10′ durch die Dimensionen des Aufnahmemediums 14 eingeschränkt sind. Außerdem haben solche konventionelle Hologramme 14 bei Gefechtsfeldbedingungen eine begrenzte, fest installierte Bildinformation, sowie eine Empfindlichkeit gegen Umweltbedingungen wie Staub, Nässe o. dgl. Die Anwendbarkeit des Verfahrens der holographischen Täuschung ist erheblich steigerbar, wenn ein immaterielles, nicht auf einem Träger z. B. aus Glas oder Filmmaterial fixiertes Holographiemedium konzipiert wird.

Um dieses Konzept näher zu erläutern, wird zunächst der Prozeß der konventionellen Holographie betrachtet: Hierbei verwendet man zur Aufnahme zwei Wellenfelder, d. h. ein Wellenfeld eines Objektstrahles und ein Wellenfeld für einen Referenzstrahl. Die Wechselwirkung der beiden Wellenfelder im Aufnahmemedium 14, d. h. in der Hologrammplatte erzeugt das entsprechende Interferenzfeld. Hierbei wird die räumliche Lage und werden die Eigenschaften des Interferenzfeldes durch das Aufnahmemedium bestimmt, wobei bei Verwendung von Fotomaterial ein Entwicklungsprozeß erforderlich ist. Zur Rekonstruktion benutzt man ein drittes Wellenfeld, das mit dem Aufnahmemedium 14, d. h. mit der Hologrammplatte in Wechselwirkung tritt. Die vom Aufnahmemedium 14 verursachten Einschränkungen sind umgehbar, wenn die Wechselwirkung zwischen den zuletzt genannten Wellenfeldern in der freien Atmosphäre erreicht wird. Das ist bei Verwendung nicht linearer Effekte möglich, wie in Fig. 4 dargestellt ist.

Die Überlagerung zweier Wellenfelder in der Atmosphäre wird durch die folgende Formel beschrieben:
E_GES = E₁ ² + E₂ ² + α E₁ E₂ + (höhere Terme)
wobei E₁ das erste Wellenfeld 40, E₂ das zweite Wellenfeld 42 und das Produkt α E₁ E₂ einen Interferenzterm bedeuten. Mit dem Interferenzterm wird die Wechselwirkung der beiden Wellenfelder 40 und 42 beschrieben. Durch die Verwendung von zwei Strahl-"Bündeln", deren Intensität zeitlich mit sehr hoher Frequenz mittels eines Modulators 44 moduliert werden kann, wird ein zeitlich und räumlich moduliertes elektrisches Feld 44 generiert.

Wenn die Brechzahl n des Mediums nicht linear von der Feldintensität abhängt, wird bei sehr hohen Intensitäten ein Interferenzmuster erzeugt, das einem modulierten Phasengitter ähnlich ist. An diesem Phasengitter kann ein drittes Wellenfeld 46, d. h. ein Rekonstruktions-Wellenfeld so gebeugt werden, daß ein rekonstruiertes Bild 10′ eines Gegenstandes entsteht.

Dieses Bild 10′ entsteht bezüglich des Beobachters (Pfeil 12) an einer Stelle im Raum, wo weder das strahlerzeugende System 48, 50 noch ein Aufnahmemedium 14 in der Sichtlinie des Beobachters bzw. Sensors liegen.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, würde ein bild- oder signaturorientierter Wirkkörper 52 demnach völlig am tatsächlichen Ziel vorbeigelenkt werden. In dieser Figur sind gleiche Einzelheiten mit denselben Bezugsziffern bezeichnet wie in Fig. 4. Mit der Bezugsziffer 10 ist das zuschützende Objekt bezeichnet. Das rekonstruierte Objekt 10′ weist von dem zu schützenden Objekt 10 einen eine Täuschung des Wirkkörpers 52 bewirkenden Sicherheitsabstand s auf.

Claims (11)

1. Verfahren zur Erzeugung eines Falschzieles, dadurch gekennzeichnet, daß mittels mindestens einer Strahlenquelle für koherente Strahlung von einem konventionellen Hologramm (14) ein holographisches Bild (10)′ des Falschzieles hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das konventionelle Hologramm (14) an einer stationären Einrichtung angeordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das konventionelle Hologramm (14) an einem zu schützenden Objekt angeordnet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Täuschung ein objektähnliches holographisches Bild (10′) in einem Sicherheitsabstand von dem zu schützenden Objekt (10) rekonstruiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Tarnung ein objektfremdes holographisches Bild (10′) von dem zu schützenden Objekt (10) rekonstruiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu Übungszwecken ein objektähnliches oder ein objektfremdes holographisches Bild (10′) erzeugt wird.

7. Verfahren zur Erzeugung eines falschen Zieles, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als eine zur Emmision kohärenter Strahlung vorgesehene Strahlenquelle zur Rekonstruktion eines holographischen Bildes (10′) des Falschzieles von einem virtuellen Hologramm verwendet wird, wobei die kohärenten Strahlungen der Strahlenquellen in einem Medium überlagert werden, dessen Brechzahl nicht linear von der Intensität der Wellenfelder der kohärenten Strahlungen abhängt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die/jede Strahlenquelle eine Laserstrahlenquelle verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei voneinander beabstandete Strahlenquellen zur Erzeugung zweier im nicht linearen Medium interferierender Strahlungen verwendet werden, und daß an dem Interferenzmuster im nicht linearen Medium ein von einer dritten kohärenten Strahlenquelle emittiertes Rekonstruktions-Wellenfeld derart gebeugt wird, daß in einem passenden Abstand von einem zu schützenden Objekt ein rekonstruiertes Bild des Objektes generiert wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekonstruktion des holographischen Bildes in einem Wellenlängenbereich maximaler Sensorempfindlichkeit durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Aufnahme des Hologrammes und für die Rekonstruktion des holographischen Bildes Strahlungen unterschiedlicher Wellenlänge verwendet werden.