DE4243200C1 - Vorrichtung zur Freund-Feind-Kennung von Landfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Freund-Feind-Kennung von Landfahr­ zeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der EP 0 127 088 A2 ist eine derartige Vorrichtung bekannt, wobei in dieser Literaturstelle verschlüsselte Abfragsignale in einem aktiven intelligenten System erfaßt und mit aktiven verschlüsselten Antwortsignalen zurückgesandt werden. Solche bekannten Systeme sind "kooperativ" und "aktiv". Dies bedeutet, daß der Anfragende sich selbst durch seine Aktion verrät und sowohl seinen Freund-Feind- Status, wie auch seine Position preisgibt.

Die zuverlässige Freund-Feind-Kennung unter Gefechtsbedingungen (IFF Identi­ fication Friend Foe) ist ein altbekanntes, bis heute nicht zufriedenstellend gelöstes Problem. Ein Beispiel aus der jüngsten Zeit stellt der Golfkrieg dar, bei dem 25 US-Soldaten durch Angriffe aus den eigenen Reihen ums Leben kamen.

Im Luftraum ist bekanntlich ein sogenanntes kooperatives IFF-System eingeführt, welches auf der Aussendung und Beantwortung von verschlüsselten Radiosignalen beruht. Der abfragende Beobachter verrät sich selbst durch diese Aktion, dennoch wird er im Zweifel das System einsetzen, um eine Gefährdung seiner Landsleute zu vermeiden.

Bei Landfahrzeugen hat sich IFF auf Funkbasis aus verschiedenen Gründen nicht bewährt. Probleme liegen hier vor allem in der ungenügenden Zuverläs­ sigkeit, beispielsweise bei der Identifikation von versteckten und getarnten Objekten oder bei der Zuordnung von mehreren Antwortsignalen aus einer Richtung. Für die Kennung von Fahrzeugen bei Boden-Boden- oder Luft- Boden-Kontakten wird deshalb nach einem alternativen Verfahren gesucht, welches die besonderen Gegebenheiten der Objekte, des natürlichen Hinter­ grundes, der Landschaftsformation und der Waffenreichweiten berücksichtigt und ausreichende räumliche Auflösung und Trennvermögen liefert.

Ein Hilfsmittel, das in diesem Zusammenhang interessant erscheint ist die Wärmebildtechnik. Die Beobachtung erfolgt damit rein passiv, d. h. der Gegner bemerkt nicht, daß er betrachtet oder erkannt wird. Natürlich stellt ein Wärme­ bildgerät an sich bereits - soweit eingeführt - ein sehr nützliches BIFF-System (Battlefield-IFF) dar, da sich die IR-Signaturen verschiedener Fahrzeugtypen teilweise deutlich unterscheiden und dadurch gut bei Tag und Nacht zu identi­ fizieren sind. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß die alleinige Anwendung der IR-Sichttechnik unter realen Umgebungsbedingungen und in kritischen Situationen nicht ausreicht. Es ist erforderlich, objektseitig eine zusätzliche Markierung anzubringen.

Bekannt ist beispielsweise, als Markierung Folien oder Anstriche mit niedriger Wärmeemission, sogenannte "Thermal Tapes" oder "Low Emissive Paints" einzusetzen. Da normale Fahrzeuglackierungen oder Tarnbeschichtungen stets einen hohen Wärmeemissionsgrad von typischerweise 85 bis 95% besitzen, heben sich Flächen mit niedriger Emission (ε < 50%) deutlich von der Umgebung ab. Werden einfache geometrische Muster, Streifen, Buch­ staben und ähnliche Symbole aufgebracht, können diese leicht im Wärme­ bildgerät erkannt werden. Nachteilig wirkt sich allerdings dabei aus, daß auch der Gegner sofort diese Zeichen erkennt und sie natürlich als willkommene Sichthilfen und ideale Zielmarkierung verwenden wird, während seine eige­ nen Objekte vielleicht für ihn nicht besonders gekennzeichnet, aber immerhin normal getarnt und damit vergleichsweise gut geschützt sind. Auch wenn täg­ lich andere Muster zur Kennung vereinbart werden, wird sich dieser gravie­ rende Nachteil nicht ausräumen lassen, da für Freund und Feind grundsätz­ lich die gleiche Information zugänglich ist. Der Einsatz von IR-Signaturen mit Hilfe von thermal tapes und ähnlichen Materalien hat deshalb nur dann einen gewissen Effekt, wenn der Gegner nicht oder nur in beschränktem Umfang über Wärmebildgeräte verfügt. Sind dagegen auf beiden Seiten vergleichbare IR-Sichthilfen vorhanden, steht die Anwendung von IR-signifikanten Markie­ rungen der Forderung nach einer wirksamen Tarnung diametral entgegen und verbietet sich deshalb zwangsläufig.

Ähnliche Probleme bestehen auch bei anderen Vorrichtungen, welche in diesem Zusammenhang vorgeschlagen wurden und in irgendeiner Form auf dem Einsatz von aktiv strahlenden IR-Lichtquellen beruhen. So ist es auch naheliegend, ein kooperatives BIFF auf Basis von Lasern aufzubauen und damit einen Teil der mit der Ausbreitung von Radiowellen verbundenen Nach­ teile zu vermeiden. Jedoch würden auch hier die von beiden Seiten ausge­ henden signifikanten Lichtsignale ein verhältnismäßig hohe Entdeckungs­ risiko darstellen, das sich nicht mit dem am Boden besonders wichtigen Element des Tarnens und Täuschens verträgt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zu schaffen, welche der Erkennung der eigenen Objekte eines Gefechtsfeldes dient, ohne die Wirkung der eingeführten Tarnmittel und die üblichen Tarn­ möglichkeiten zu beeinträchtigen. Die markierten Objekte sollten freundseitig gut und zuverlässig identifizierbar sein, für den Gegner jedoch möglichst ge­ tarnt bleiben, d. h. nicht oder nur unter wesentlich ungünstigeren Bedingungen sichtbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Objekte mit "verdeckten Signaturen" ausgerüstet werden. Diese verdeckten Signaturen bestehen aus Flächen mit erniedrigtem Wärmeemissionsgrad £ in einem beliebigen vereinbartem Muster (-Bild). Zugleich wird mit Heizelementen an der gleichen Stelle eine Temperaturerhöhung (T-Bild) erzeugt. Durch eine verhältnismäßig einfache Regeltechnik wird erreicht, daß die Wirkung der Emissionsgradreduzierung gerade die Wirkung der Temperaturerhöhung kompensiert, d. h. die Wärmeabstrahlung L. der umebenden Fläche entspricht der Abstrahlung L_i der Markierungsfläche

L₀ = L_i (1)

mit dem Resultat, daß die Markierung im Wärmebild nicht sichtbar ist. Da die Wärmeabstrahlung generell gegeben ist durch

L = const · ε · T⁴, (2)

wird die Forderung (1) dadurch erfüllt, daß

ε₀T₀4 = ε_iT_i4 also T_i = (ε₀/ε_i)1/4 · T₀ (3).

Die Temperatur T_i der Markierungsfläche muß also gemäß Beziehung (3) etwas gegenüber der umgebenden Oberfläche angehoben werden.

Die Beziehung (3) ist nicht ganz korrekt, da bei einer Absenkung des ε-Wertes zwangsläufig die Reflexionswirkung zunimmt und dadurch die Gesamtab­ strahlung L_i beeinflußt wird. Solange der ε_i-Wert nicht allzu niedrig eingestellt wird, halten sich diese Abweichungen in Grenzen. Darüberhinaus wird erfin­ dungsgemäß eine weitere Maßnahme eingesetzt, um unkontrolliertes Ein­ spiegeln von Umgebungsstrahlung zu unterbinden: Wie in Abb. 1 zu erkennen, wird die Oberfläche mit einer Mikroprismen-Struktur versehen, welche retroreflektive Eigenschaften besitzt. Um eine perfekte Verdeckung des ε-Bildes gegenüber dem feindlichen Beobachter zu erreichen, muß also nur die Strahlungstemperatur der Umgebung in der Richtung des Gegners mit einem einfachen Sensor bestimmt und zur Korrektur der Gleichung (3) herangezogen werden.

Die genaue Korrekturformel entspricht den bekannten Gesetzen der Strah­ lungsphysik und soll deshalb hier nicht wiedergegeben werden. Ebenso stellt die regeltechnische Umsetzung der Zusammenhänge nach dem Stand der Technik kein Problem dar.

Die Sichtbarmachung der verdeckten Signatur im befreundeten Sichtgerät wird nun folgendermaßen gelöst: Die Wärmebildkamera wird gekoppelt mit einem kleinen CO₂-Laser, dessen Strahlungsfrequenz von 10,6 µm bekanntlich im Zentrum der Wärmestrahlung der normalen Um­ gebungstemperatur liegt. Der Beobachter schickt einen einzelnen Puls (etwa 50 msec) ab, die Kamera empfängt synchronisiert das reflektierte Signal und speichert es als Standbild für einige Sekunden ab. Die ε-Markierung des Fahrzeuges ist damit deutlich erkennbar. Aufgrund der retroreflektiven Ober­ fläche der Markierung sind - anders als beim Laser-Entfernungsmesser - nur sehr geringe Laserpulsleistungen erforderlich.

Der Aufbau der verdeckten IFF-Signatur besteht wie in Fig. 1 dargestellt aus regelbaren Heizelementen mit mikroprismenartiger Oberflächenstruktur. Abstand und Tiefe der Prismen betragen vorzugsweise etwa 50-100 µm. Die Oberfläche kann mit einer festen niedrigemittierenden Beschichtung, einer Metallschicht, versehen werden. Die Prismen werden mit einer IR-transparen­ ten Deckschicht, welche gleichzeitig in den Farben des Tarnanstriches einge­ färbt ist, verschlossen.

Der Mikro-Aufbau der Struktur ist nicht zwingend und wird nur aus praktischen Gründen bevorzugt. Die optische Wirkung besteht auch bei makroskopischen Strukturen mit Dimensionen im Millimeterbereich oder größer.

Statt der fest eingestellten Reflektorschicht, können auch Elemente mit steuer­ barer Wärmeemission eingesetzt werden. Derartige Elemente entsprechen dem Stand der Technik und sind beispielsweise in der Patentschrift DE 36 43 692 offengelegt. Die bisherige Entwicklung und Anwendung dieser Technik war ausschließlich auf die Tarnung gegen Infrarotaufklärung ausgerichtet. In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ergibt sich eine vorteilhafte Kombination von Identifizierbarkeit durch befreundete Beobachter und multispektraler Tarnwirkung gegenüber feindlicher Aufklärung. Der be­ sondere Vorteil beim Einsatz von steuerbaren Bildelementen liegt darin, daß die verdeckte Signatur abgeschaltet oder beliebig (Form, Größe, Ausrichtung) verändert werden kann. Damit ist eine zusätzliche Absicherung gegen feind­ liche Erkennung der Markierung möglich, bzw. können wirksame Täusch­ effekte erreicht werden, indem die vom Gegner benützte IR-Markierung simuliert wird.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Freund-Feind-Kennung von Landfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß eine verdeckte, nur freund­ seitig sichtbare IR-Markierung erzeugt wird, indem objekt­ seitig

• - großformatige heizbare Bildelemente mit niedrigem Wärmeemissionsgrad vorgesehen sind, und
• - daß eine Regelung vorgesehen ist, mit der die Heiz­ elemente so gesteuert werden können, daß die schein­ bare Temperatur der Bildelemente gerade der wahren Temperatur der die Markierung umgebenden Fahrzeugober­ flächen entspricht, so daß die Markierung in normalen Wärmebildgeräten nicht sichtbar ist, und indem beobachterseitig
• - ein IR-Laser, insbesonders ein CO₂-Pulslaser zur Beleuch­ tung der Objekte und
• - eine IR-Kamera vorgesehen sind, deren Bildfeld mit der Ausrichtung des Lasers gekoppelt ist und die mit dem Laser zur Erzeugung eines Standbildes synchronisierbar ist, aus dem ein eventuell vorhandenes ε-Bildmuster ablesbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildelemente mit einer retroreflektierenden, insbesonders mit einer mikroprismenartigen Oberflächenstruktur versehen sind, wobei die Dimensionen der Prismenflächen bevorzugt größer als 20 µm sind.

3. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß bei objektseitigem Einsatz steuerbarer ε-Elemente eine zeitliche, richtungsselektive oder bildhafte Veränderung der Markierung erreicht wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei objektseitigem Einsatz steuerbarer ε-Elemente eine vom Gegner verwendete IR-Markierung vorge­ täuscht wird.