DE3041765A1

DE3041765A1 - Annaeherungszuender

Info

Publication number: DE3041765A1
Application number: DE19803041765
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Bertil Eriksson; Dipl.-Ing. Erland Karlskoga Petterson; Dipl.-Ing. Lars-Erik Skagerlund
Original assignee: Bofors AB
Current assignee: Saab Bofors AB
Priority date: 1979-11-14
Filing date: 1980-11-05
Publication date: 1981-05-27
Also published as: GB2063430A; SE7909385L; FR2469694A1; JPS5682400A; IT1146993B; IT8050124A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Annäherungszünder zum Zünden einer explosiven Ladung eines Geschosses, der einen Sender zum Senden von elektromagnetischer Strahlung in Form von einem oder mehreren genau definierten Strahlen und einen Empfänger zum Empfang der an einem Objekt (dem Ziel) reflektierten Strahlung aufweist.

Die elektromagnetische Strahlung ist bevorzugt eine optische Strahlung, aber es können auch andere Arten elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise Hochfrequenz-10 strahlen, verwendet werden. Das verwendete Projektil kann ein rotierender oder nicht rotierender Körper, beispielsweise ein Geschoß, eine Granate, eine Rakete od. dgl. sein, das einen Sprengkopf aufweist, der detoniert wird,

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um das Ziel zu zerstören.

Infolge der Entwicklung neuer und verbesserter Schutzeinrichtungen und -verfahren für militärische Ziele, wie beispielsweise die Einführung von weniger verletzbaren Konstruktionen, wirksamerem Panzerschutz etc. gewann für eine wirksame Zerstörung des Ziels die Position des Projektils relativ zum Ziel an Bedeutung.

Dies ist einer der Gründe für die kürzliche Entwicklung von"Geschossen mit einem Sprengkopf, der in einem Winkel zur Längsachse de. Geschosses ausgerichtet ist. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, daß das Geschoß ein Ziel passiert und der Sprengkopf detoniert wird, wenn das Geschoß sich über dem Ziel, unter dem Ziel oder seitlich von dem Ziel befindet, wo dieses oft weniger Widerstandsfähig ist.

Wenn das Ziel aus einem Panzer besteht, dann kann eine sehr gute Wirkung des Geschosses erwartet werden, wenn das Geschoß mit einem gewissen Abstand über dem Panzer passiert und der Sprengkopf nach unten, d. h. auf das Dach des Panzers gerichtet ist, das in der Regel der empfindlichste '- -1 eines derartigen Fahrzeuges ist.

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Wenn das Ziel aus einem Flugzeug besteht, ist es ebenfalls wichtig, daß die Position des Geschosses beim Detonieren des Sprengkopfes eine geeignete ist. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn der Sprengkopf mit einem Zeitverzögerungsschaltkreis versehen ist, der In Abhängigkeit vom Auftreffwinkel des Geschosses am Fahrzeug eingestellt werden kann.

Es ist ersichtlich, daß sowohl für ein oberhalb eines Panzers als auch für ein ein Flugzeug passierendes Geschoß es wichtig ist, daß das Ziel selbst in Bezug auf verschiedene Arten von Hintergrund wirksam erfaßt werden kann und daß die Position des Geschosses in Bezug zum Ziel genau ermittelt werden kann, um den Zerstörungseffekt des Sprengkopfes zu optimieren.

Es hat sich herausgestellt, daß bisher verwendete Annäherungszünder im allgemeinen diesbezüglich ungenügend sind. Magnetische, kapazitive und Radio-Annäherungszünder haben alle den Nachteil, daß sie in der Regel gegen Störungen empfindlich sind. Dann ist es ziemlich einfach, eine vorzeitige Zündung des Waffensystems durch beabsichtigtes Einleiten von Störsignalen zu bewirken. Herkömmliche optische Annäherungszünder sind nicht so leicht absichtlich zu stören, aber sie sind andererseits gegen spezielle Wetterbedingungen,

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wie beispielsweise Wolken_: Regen etc., empfindlich, wodurch die optischen Strahlen beeinflußt werden.

Einige der vorstehenden Nachteile können durch das Installieren von doppelten Annäherungszünder-Funktionen im Geschoß eliminiert werden, d. h. zusätzlich zur optischen Annäherungszünder-Funktion wird eine andere Annäherungszünder-Funktion, beispielsweise ein Magnetzünder oder den Zündvorgang übertragende Hochfrequenzstrahlen, als Ergänzung eingeleitet. Eine Bedingung zum Zünden der explosiven Ladung des Geschosses kann sein, daß sowohl am optischen Zünder ".Is auch am Ergänzungszünder ein Signal existiert. Dies kann beispielsweise mittels einer Koinzidenzeinrichtung erfolgen, die so angeordnet ist, daß eine Detonation nur dann erfolgen kann, wenn gleichzeitig beide Signale vorhanden sind.

Die Installation von zweifachen Annäherungszünder- "^ Funktionen erhöht natürlich die Nachteile bezüglich des begrenzten Raumes innerhalb des Geschosses. Weiterhin bestehen keine Garantien, daß der Sprengkopf an seiner in Bezug auf das Ziel günstigsten Position detoniert. Dann ist es wünschenswert, nur auf eine Annäherungszünder-Funktion vertraueii zu können und gleichzeitig diese Funktion so zu verbessern, daß ein sicheres Erfassen des Ziels selbst bei ungünstigen Hintergrundbedingungen erzielt werden kann.

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Demgemäß ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen und verbesserten Annäherungszünder der beschriebenen Art zu schaffen, der eine detailliertere Information mit Bezug auf verschiedene Hintergrundbedingungen über das Ziel abgibt, um eine größere Sicherheit der Zerstörung des Ziels zu erzielen, und bei dem auch die Position des Annäherungszünders (Sprengkopfes) zum Z^eI verglichen mit bisher bekannten Zündern genauer bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Annäherungs-zünder Mittel zum Bestimmen von Eigenschaften des Ziels und seines Hintergrundes, innerhalb der jeweiligen Strahlungsbündel, z. B. der Form des Zieles, sowie Mittel zum Vergleichen dieser gesammelten Information mit einer oder mehreren erwarteten Zieleigenschaften, aufweist. Die gesammelte Information kann beispielsweise in einer gemessenen Zielhöhen-Umrißlinie bestehen, wobei in diesem Fall die aktuelle Umrißlinie dann mit einer oder mehreren angenommenen Zielumrißlinien verglichen wird, um die Grundlage für die Erfassung des Ziels und Bestimmung einer genauen Zündposition für den Sprengkopf zu bilden.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der folgenden Figuren beschrieben. Es zeigt:

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Fig. 1 ein überfliegendes Geschoß und ein Ziel in Form eines Panzers;

Fig. 2 und 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung, wie die Form des Ziels bei Verwendung eines rotierenden bzw. eines nicht rotierenden Geschosses bestimmt werden kann; und

Fig. 4 eine Blockschaltbild-Darstellung eines Annäherungszünders gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt in schematiseher Darstellung und als Beispiel ein Geschoß 1, das mit einem zentral angeordneten Sprengkopf 2 und einem Annäherungszünder mit einem Sender 3 an der Rückseite des Geschosses und einem Empfänger 4 an der Vorderseite des Geschosses versehen ist. Der Sender 3 gibt optische Strahlung in Form eines wohl definierten Strahles 5 ab und der Empfänger 4 '^ empfängt Strahlen 6, die am Ziel reflektiert werden. Die einfallende reflektierxe Strahlung 6 wird durch die Empfängeroptik gesammelt und auf den Empfänger übertragen, der Detektoren und signalverarbeitende EIemente aufweist. Die signalverarbeitenden Elemente umfassen irgendeine Art einer ^ltfernungsmeßeinrichtung, die mit hohem Auflösungsvermögen innerhalb der Strahlungs-

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keulen den Abstand des Ziels zum Annäherungszünder mißt. Diese Entfernungsbestimmung wird mittels der emittierten Strahlen bewirkt und kann durch Messen der Laufzeit, der Phasendifferenz oder durch Verwendung irgendeiner optischen oder geometrischen Operation etc. erfolgen. Die signalverarbeitenden Elemente werden im folgenden im Detail anhand der Fig. 4 beschrieben.

Wie bereits erwähnt kann das verwendete Geschoß rotieren oder nicht rotieren. Wenn das Geschoß in seiner Laufbahn rotiert, dann erzeugt der Strahl 5 eine Abtastbewegung im Raum. Durch diese Abtastbewegung wird ein besonderer Teil des Ziels, in der Fig. 1 ein Panzer 7, erfaßt. Wenn diese erfaßte Information dann mit dem Abstand des Ziels, gemessen durch die Entfernungsbestimmeinrichtung, kombiniert wird, wird eine Information über die Außenumrißlinie des Ziels erhalten. Dann wird ein Vergleich zwischen dieser Umrißlinie und Informationen über ein oder mehrere Standardziele, die in einem Speicher gespeichert sind (siehe Fig. 4) durchgeführt. Wenn die gemessene Ziel-Umrißlinie bis zu einem ausreichenden Grad mit der gespeicherten Umrißli: ie übereinstimmt, wird dem Geschoß-Sprengkopf mit einer geeigneten Zeitverzögerung ein Signal zugeführt.

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Fig. 2 zeigt das Abtastmuster 8 für einen Annäherungszünder in einem rotierenden Geschoß, welches in einer Flugbahn 9 oberhalb eines Ziels in Form eines Panzers 7 passiert. Für jede Umdrehung des Geschosses wird das Ziel 7 und sein Hintergrund abgetastet. Durch Bestimmen der Entfernung des Ziels innerhalb des Strahls wird ein Maß der Zielbreite und seiner Höhenumrißlinie innerhalb der Breite erhalten, und durch Wiederholen dieser Operation bei 3ede** Umdrehung des Geschosses kann auch ein Maß für die Länge des Ziels erhalten werden.

Für ein nicht rotierendes Geschoß, beispielsweise eine flossenstabilisierte Rakete behält der emittierte Strahl im Raum eine fixierte Richtung bei. Die Auswahl dieser Richtung hängt vom Ziel ab. Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Abtastmusters für ein solches Geschoß, welches auf seinem Weg oberhalb eines Ziels in ~x Form eines Panzers 7, passiert. In diesem Fall stimmt der Weg 10 des Geschosses mit dem Abtastmuster des AnnäherungsZünders überein. In Analogie mit dem Fall eines rotierenden Geschosses wird der Abstand des Ziels inner-

»be stimmt ^₁
halb der Strahlungskeule V _was bedeutet, daß ein Maß der

Zielumrißlinie in Längst htung erhalten wird.

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Bei dem rotationsstabilisierten Geschoß gemäß der Fig. 3 wird davon ausgegangen, daß nur ein Strahlungsbündel in einer fixierten Raumrichtung emittiert wird. Es ist jedoch,möglich, den Annäherungszünder des nicht rotierenden Geschosses mit mehreren Gesichtsfeldern zu versehen, die gleichmäßig um den Umfang des Geschosses im Querschnitt gesehen, verteilt sind, so daß mehrere Strahlen in verschiedenen Raumrichtungen emittier"c werden. Wenn ein derartiges Geschoß oberhalb eines Ziels mit einer gewissen Ausdehnung in Querrichtung passiert, wird das Ziel durch eine Anzahl der feststehenden Strahlungsbündel erfaßt, d. h., daß in diesem Fall ein Maß für die Zielbreite erhalten werden kann.

Fig. 4 zeigt in Form eines Blockschaltbildes ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der signalverarbeitenden Einrichtungen und auch wie die Korrelation der Zielform ausgewertet werden kann. In der Figur ist ein Sender 11 mit einer herkömmlichen Lichtquelle zum Emittieren optischer Strahlung sowie eine Sendeoptik dargestellt, um das Strahlenbündel 12 zu begrenzen. Das emittierte Strahlenbündel wird mittels eines Modulators 13 moduliert.

Wenn nun ein Gegenstand der Panzer 7, sich innerhalb des emittierten Strahlenbündels 12 befindet, dann wird ein Teil der emittierten Strahlung durch den Gegenstand

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in Richtung auf den Empfänger 14 reflektiert, der hier in bekannter Art und Weise Elemente zum Detektieren und Umwandeln der erhaltenen optischen Strahlung in entsprechende elektrische Signale aufweist. Der Empfänger 14 ist mit einer Entfernungsmeßeinrichtung 15 verbunden, die den Abstand des Ziels mit Bezug auf den Annäherungszünder mit hoher Auflösung innerhalb des Strahlenbünd^ls mißt. Demgemäß wird diese Abstandsmeß-Operation mittels des gesendeten Strahlenbündeis gewertet und kann beispielsweise durch Messen der Durchgangszeit des Strah3e nbündels ausgeführt werden, was ein an sich bekanntes Verfahren darstellt.

Wie bereits erwähnt kann jedoch der Entfernungsmeßvorgang ebenfalls auf andere Arten, beispielsweise durch Messen der Phasendifferenz unter Verwendung irgendeiner optisch/geometrischen Operation oder ähnliche Verfahren durchgeführt werden. Im ersteren Fall ' wird die Phasendifferenz zwischen dem emittierten und dem empfangenen modulierten Strahlenbündel bestimmt.

Wenn eine optische/geometrische Operation verwendet wird, kann der Winkelunterschied zwischen den Richtungen der emittierten und empfangenen Strahlen, beispielsweise mittels e.⁴nes Positionsdetektors, bestimmt werden. Der Winkelunterschied ist dann ein Maß für den Abstand des Ziels. Diese grundsätzlichen Ver-

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fahren zum Bestimmen des Abstandes sind an sich bekannt und werden hier nicht im Detail beschrieben.

Bevorzugt wird der Abstand des Ziels und sein Hintergrund mittels einer Sampling-Operation ermittelt, wobei jeder spezielle Meßvorgang ein Maß für den Abstand des Ziels oder seines Hintergrunds ergibt. Jeder Abtastvorgang, der du^.ch den Annäherungszünder ausgeführt wird, besteht darui aus mehreren derartigen Meßvorgängen.

Das durch die Entfernurgsmeßeinrichtung 15 erzeugte Signal, welches die Eigenschaften des Ziels und seines Hintergrundes in Richtung des aus dem Annäherungszünder kommenden Strahlenbündels darstellt, wird eine Logikeinheit zugeführt, die einen ersten Speicher 17 zum Speiehern der gesammelten Information aufweist. Durch einen digitalen Korrelator 18 wird diese Information mit der angenommenen Zielumrißlinie verglichen (korreliert), die im voraus in zweite Speicherelemente 19 eingegeben worden ist. Dieses Vergleichen oder Korrelieren wird in einer spezifischen Reihenfolge durchgeführt, die durch eine Sequenzeinheit 23 gesteuert wird. Diese Sequenzeinheit ist zusätzlich zum Korrelator ebenfalls mit dem Sender, dem Empfänger, der Entfernungsmeßeinrichtung und

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sowohl dem ersten als auch dem zweiten Speicher verbunden. Der digitale Korrelator 18, der von an sich bekannter Art ist, gibt ein Signal ab, dessen Größe von dem Grad der Übereinstimmung oder Korrelation zwisehen der tatsächlichen Umrißlinie und den gespeicherten Umrißlinien abhängt. Das durch den Korrelator 18 erzeugte Ausgangssignal wird einem Schwellenschaltkreis 20 zugeführt, der ein Signal, bevorzugt mit einsr Zeitverzögerung, an einen Schaltkreis 21 zum Zünden des Sprengkopfes 22 des Geschosses abgibt, wenn das Ausgangssignal vom Korrelator einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Die signalverarbeitende Einrichtung weist weiterhin eine Spannungsquelle 16 zur Stromversorgung des Modulators, des Senders, des Empfängers und der Entfernungsmeß einrichtung etc. auf.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, sondern kann innerhalb des Umfanges der Patentansprüche modifiziert werden. So ist es beispielsweise möglich, die signalverarbeitende Einrichtung mit einem programmierbaren Computer zu versehen, der die in de- Fig. 4 angegebene Lcgikeinheit ersetzt.

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:. Die Erfindung betrifft einen Annäherungszünder zum Zünden der explosiven Ladung eines Geschosses, der einen Sender zum Senden von elektromagnetischer Strahlung in Form von einer oder mehreren genau definierten Strahlenbündel und einen Empfänger zum Empfangen der an dem Objekt (dem Ziel) reflektierten Strahlung, aufweist. Der Annäherungszünder weist weiterhin Einrichtungen 15 zum Bestimmen der Eigenschaften des Ziels und seines Hintergrundes, beispielsweise die Form des Ziels, innerhalb der Strahlenbündel 5, 6, 12 des Geschosses, sowie Einrichtungen 17, 18, 19 auf, um ei .en Vergleich zwischen der gesammelten Information der Zieleigenschaften und den Eigenschaften eines oder mehrerer zu erwartender

Ziele durchzuführen.

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Claims

Patentansprüche

M./Annäherungszünder zum Zünden der explosiven Ladung eines Geschosses mit einem Sender zum Senden von elektromagnetischer Strahlung in Form von einem oder mehreren genau definierten StrahlenbUndeln und einem Empfänger zum Empfangen der an einem Objekt (dem Ziel) reflektierten Strahlung, dadurch gekennzeich net, daß der Annäherungszünder sowohl eine E:.n:.--ich~ tung (15) zum Bestimmen der Eigenschaften des Ziels und seines Hintergrundes, beispielsweise die Zielform, innerhalb dar Strahlenbündel (5, 6, 12) als auch eine Einrichtung zum Vergleichen dieser gesammelten Information mit den Eigenschaften eines oder mehrerer zu erwartender Ziele aufweist.

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2. Annäherungszünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (15) zum Bestimmen der Eigenschaften des Ziels und seines Hintergrundes eine Entfemungsmeßeinrichtung zum Messen des Abstandes des Ziels oder seines Hintergrundes in Bezug zum Annäherungszünder innerhalb der Strahlenbündel aufweist.
3c Annäherungszünder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand durch Messen der Laufzeit bestimmt wird.
4. Annäherungszünder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand durch Messen des Phasenunterschiedes zwischen dem gesendeten und dem empfangenen modulierten Strahlenbündel bestimmt wird.
5. Annäherungszünder nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet , daß der Abstand durch Verwendung einer optisch/geometrischen Operation, beispielsweise durch Messen des Winkelunterschiedes zwischen den Richtungen der gesendetsn und empfangenen Strahlenbündel, bestinmrc wird..
6. Annäherungszünder nach Anspruch 2, dadurch ge- I

kennzeichnet, daß die Entfemungsmeßeinrichtung (9) den Abstand des Ziels als Satz von einzelnen Meß- ^; werten (Samples) erzeugt.

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7. Annäherungszünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Vergleichen der gesammelten Information mit den Eigenschaften eines oder mehrerer zu erwartender Ziele eine Rechnereinheit mit einem ersten Speicher (17) zum Speichern der gesammelten Information, beispielsweise der Information des Zielabstandes, und eine Anzahl zweiter Speicher (19) zum Speichern entsprechender Eigenschaften eines zu erwartenden Ziels aufweist.
8. Annäherungszünder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Rechnereinheit einen digitalen Korrelator (18) aufweist» der sowohl mit dem ersten Speicher (17) als auch mit den zweiten Speichern (19) verbunden ist, um einen Vergleich (Korrelation) zwischen der gesammelten Information und den Eigenschaften des zu erwartenden Ziels durchzuführen.
9. Annäherungszünder nach Anspruch 8,, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangsklemme des Korrelators (18) mit einem Schwellenschaltkreis (20) verbunden ist, der ein Ausgangssignal mit einer geeigneten Zeitverzögerung an einen Zündschaltkreis 21 zum Zünden des Sprengkopfes (22)

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des Geschosses abgibt, wenn das Ausgangssignal des Korrelators (18) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
10. Annäherungszünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Vergleichen der gesammelten Information mit den Eigenschaften eines oder mehrerer zu erwartender Ziele einen programmierbaren Computer aufweist.

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