DE69213884T2 - Passives Gerät zum Feststellen von Artillerieabfeuerns oder desgleichen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur passiven Erfassung eines Artillerieprojektilschusses oder dergleichen.
• Es ist oftmals unmöglich, die Stellung eines feindlichen Artilleriegeschützes oder einer feindlichen Batterie aufgrund von deren Entfernung und/oder von deren Tarnung durch Bodenerhebungen oder sonstige Hindernisse nach Sicht zu bestimmen.
• Die Lokalisierung von Transportmaschinen bzw. (gelenkten) Raketen oder Startrampen von ungelenkten Flugkörpern und Lenkwaffen macht die gleichen Probleme.
• Man kennt durch das Dokument EP-A-0 297 665 eine Vorrichtung zur Erfassung einer Strahlungsquelle, wie zum Beispiel einem Projektil oder einer Lenkwaffe, die optische Einrichtungen zur Bildung eines Bildes einer gerade oberhalb des Horizontes überwachten bzw. beobachteten Szene auf einer Gesamtheit von Fhotodetektoren, welche mit Einrichtungen zur Verarbeitung bzw. Bearbeitung der Information verbunden sind, umfaßt, wobei diese Vorrichtung nicht die Erfassung eines Projektiles oder einer Lenkwaffe, das bzw. die bei der Sicht durch ein Hindernis oder einen hohen Bedeckungsgrad verdeckt ist, gestattet und nicht mehr gestattet, den startpunkt des Projektiles oder der Lenkwaffe zu bestimmen.
• Die Erfindung hat eine Vorrichtung zur Aufgabe, die gestattet, einen Projektilschuß durch ein Artilleriegeschütz oder dergleichen am Tag wie in der Nacht und bei welchen atmosphärischen Bedingungen auch immer auf zuverlässige Weise zu ermitteln.
• Die Erfindung hat gleichermaßen eine Vorrichtung diesen Typs zur Aufgabe, die eine passive und folglich durch den Feind nicht entdeckbare Erfassung des Projektilschusses durch ein Artilleriegeschütz oder dergleichen gestattet.
• Sie schlägt somit eine Vorrichtung zur passiven Erfassung eines Artillerieprojektilschusses oder dergleichen vor, die optische Einrichtungen zur Bildung eines Bildes einer mit geringer Höhe oberhalb des Horizontes überwachten Zone auf einer Gesamtheit von Photodetektoren und ein System zur Verarbeitung der Information, welches die durch die Photodetektoren gelieferten Signale empfängt, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß dieses System ausgebildet ist, um diese Signale gemäß zwei verschiedenen Moden zu verarbeiten, wobei der eine die Erfassung eines durch den Schuß eines Projektiles erzeugten und durch die Atmosphäre verbreiteten Lichtscheines gestattet und wobei der andere die Erfassung des Projektiles selbst gestattet.
• Wenn das Wetter klar ist und gute Sicht besteht, kann die Erfassung eines Schusses so durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung durch eine Erfassung des Projektiles selbst, das gut sichtbar (insbesondere bei Infrarot) im Kontrast zu der Himmelstiefe ist, realisiert werden. Wenn der Bedeckungsgrad bedeutsam ist, wird der durch den Schuß erzeugte Lichtschein demgegenüber durch die Atmosphäre verbreitet bzw. in der Atmosphäre zerstreut und kann gleichermaßen, insbesondere im Infrarotbereich, ermittelt werden.
• Vorteilhafterweise umfaßt die Vorrichtung gemäß der Erfindung Einrichtungen zur Auswahl des Modus zur Verarbeitung der Signale in Abhängigkeit des Bedeckungsgrades in der überwachten Zone und der Sicht in dieser Zone.
• Diese Einrichtungen zur Auswahl können von Hand oder automatisch betatigt bzw. gesteuert werden.
• In Variation kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung zwei Systeme zur Verarbeitung der Information umfassen, die gleichzeitig arbeiten, wobei das eine die durch die Photodetektoren gelieferten Signale zur Erfassung eines durch einen Schuß erzeugten Lichtscheines verarbeitet und wobei das andere diese Signale für die Erfassung des Projektiles verarbeitet.
• Die verwendeten Photodetektoren sind vorzugsweise auf Infrarotstrahlung empfindlich, die auf einen Wellenlänge-Empfindlichkeitsbereich ungefähr zwischen einschließlich 3 und 5 µm begrenzt ist, in welcher das Signal der Himmelstiefe verhältnismäßig schwach ist und die Veränderungen Tag-Nacht vernachlassigbar sind.
• Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Modus zur Verarbeitung der durch die Photodetektoren gelieferten Signale für die Erfassung des Lichtscheines darin, eine Gruppe von Photodetektoren, deren Signale einen Peak einer Lichtintensität sehr kurzer Dauer von einigen Millisekunden und steilem Anstieg sowie exponentiell schnellem Zerfall bzw. Abfall bzw. exponentiell schneller Abnahme darstellt, zu lokalisieren, dann diese Signale zu analysieren, um deren zeitliche Korrelation mit einem typischen Lichtscheinsignal zu bestimmen.
• Gemäß einem noch weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Modus zur Verarbeitung der durch die Photodetektoren gelieferten Signale für die Erfassung des Projektiles selbst darin, die Veränderungen der Signale der Photodetektoren in der Zeit bzw. über die Zeit zu untersuchen, um einen Photodetektor, dessen Signal einen intensiven Lichtfleck einer Dauer von einigen 10 Millisekunden darstellt, zu lokalisieren, dann die Signale der benachbarten Photodetektoren zu untersuchen, um deren räumliche Korrelation mit einem typischen Projektilsignal zu bestimmen.
• Bei einem bevorzugten Ausführungsmodus der Erfindung umfaßt die Vorrichtung Einrichtungen zur Probenahme und Einrichtungen zur Digitalisierung der durch die Photodetektoren gelieferten Signale sowie Speicher des FIFO-Typs zur Aufzeichnung der durch Proben genommenen bzw. aus Momentwerten gebildeten und digitalisierten Signale, mit welchen das oder die System/e zur Verarbeitung der Information verbunden ist/sind.
• Die vorerwähnten Einrichtungen zur Bildung eines Bildes umfassen eine Gruppe von Objektiven, deren optische Achsen koplanar sind und in Richtung der überwachten Zone divergieren und deren Felder sich teilweise überschneiden.
• Wenigstens eine lineare ladungsgekoppelte Schaltung von Infrarot-Photodetektoren ist mit jedem Objektiv verbunden und ist in der Fokalebene von diesem angeordnet.
• Man kann selbstverständlich jede ladungsgekoppelte Schaltung durch eine Steuerlisteneinheit von Photodetektoren ersetzen, in der man eine oder mehrere Reihen von Photodetektoren auswählt, welche aus einer vorbestimmten oder variablen Anzahl von Reihen von Photodetektoren zueinander benachbart oder voneinander getrennt sein können.
• Anhand der Lektüre der nachfolgenden beispielhaften Beschreibung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen wird die Erfindung besser verständlich und werden weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile von ihr weiter verdeutlicht, wobei:
• Fig. 1 schematisch die Betriebsbedingungen einer Vorrichtung zur Erfassung gemäß der Erfindung darstellt;
• Fig. 2 schematisch den Aufbau dieser Vorrichtung darstellt;
• Fig. 3 und 4 Graphen sind, die Veränderungen der durch die Photodetektoren gelieferten Signale in der Zeit bzw. über die Zeit, jeweils in dem Fall der Erfassung eines Lichtscheines und in demjenigen der Erfassung eines Projektiles, darstellen.
• In der Fig. 1 hat man schematisch ein feindliches Artilleriegeschütz 10 dargestellt, das ein Projektil 12 auf irgendein Ziel (ab-)schießt, welches sich jenseits einer Bodenerhebung 14 befindet, die das Artilleriegeschütz 12 in Hinblick auf einen Beobachter, welcher seitlich von dem anvisierten Ziel gelegen ist, verbirgt. Die durch die Bezugsziffer 16 bezeichnete Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dazu bestimmt, auf passive und automatische Weise entweder das Projektil 12 selbst oder den durch den Schuß erzeugten und durch die Atmosphäre sowie insbesondere durch den Bedeckungsgrad 18 verbreiteten bzw. zerstreuten bzw. diffundierten Lichtschein oder das Projektil 12 und den Lichtschein auf einmal in Abhängigkeit von atmosphärischen Bedingungen zu erfassen, um die Position des Geschützes 10 und/oder den Beginn der Trajektorie bzw. Bahn des Projektiles zu ermitteln.
• Der Lichtschein ist das leuchtende Phänomen, welcher Längenwelle auch immer, das den Schuß eines Projektiles begleitet: eine Flamme, ein Strahl von heißen Gasen, etc.
• Die Vorrichtung 16 gemäß der Erfindung umfaßt im wesentlichen, wie in der Fig. 2 dargestellt, eine Gruppe 20 von Aufnahmeobjektiven 22, deren optische Achsen 24 koplanar sind und zueinander bzw. voneinander divergieren, derart, daß sich deren Felder überschneiden und die optische Gesamtheit 20 ein relativ bedeutsames zusammenhängendes Überwachungsfeld bzw. Beobachtungsfeld auf der Höhe des Horizontes oder geringfügig oberhalb von diesem aufweist.
• Wenigstens eine lineare (ladungsgekoppelte) Schaltung 26 von Infrarot-Photodetektoren ist mit jedem Objektiv 22 verbunden und ist in der Fokalebene von diesem auf der optischen Achse angeordnet.
• Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Beispiel, das nicht beschränkend dargestellt ist, verwendet man drei 50 mm-Objektive mit großer digitaler Öffnung, mit jedem dieser eine lineare (ladungsgekoppelte) Schaltung von 512 elementaren Photodetektoren sowie Infrarot-Photodioden CCD verbunden ist, wobei das gesamte überwachte bzw. beobachtete Feld in der Größenordnung von 90º im Azimut und von 1 Milliradian im Gelände beträgt.
• (Nicht dargestellte) Kühlsysteme sind den Photodetektoren zugeordnet, um diese auf einer Temperatur einschließlich zwischen -40 und -200ºC entsprechend deren Typs zu halten.
• Die Ausgänge der Photodetektoren sind durch nicht dargestellte Schaltkreise zur Probenahme und Schaltkreise zur Analog-Digital- Wandlung mit Eingängen von Speichern 28 des FIFO-Typs verbunden, in welchen die digitalisierten Werte der bemusterten bzw. von Proben genommenen bzw. aus Momentwerten gebildeten Signale aufgezeichnet werden. Die Häufigkeit der Probenahme bzw. Momentwertbildung liegt in der Größenordnung von kHz und die Speicher 28 weisen eine ausreichende Kapazität (von ungefähr 1 Megaoktet) für die Aufzeichnung der durch die Photodetektoren während einer Dauer in der Größenordnung von einigen 10 Millisekunden gelieferten, aus Momentwerten gebildeten elementaren Bilder auf.
• Ein System 30 zur Verarbeitung bzw. Bearbeitung der Information, die mit den Speichern 28 verbunden sind, ist auf zwei verschiedene Weisen programmiert, um in den in den Speichern 28 aufgezeichneten Informationen entweder ein Signal, welches einem durch einen Projektilschuß erzeugten und durch die Atmosphäre verbreiteten Lichtschein entspricht, oder ein Signal, welches das Projektil selbst auf dessen Trajektorie bzw. Bahn darstellt, zu erfassen bzw. zu ermitteln und zu identifizieren.
• Die Einrichtungen 32 sind mit dem System 30 zur Verarbeitung der Information verbunden, um den geeigneten Modus zur Verarbeitung in Abhängigkeit von den atmosphärischen Bedingungen, d.h. von der Sicht in der überwachten bzw. beobachteten Zone und von dem Bedeckungsgrad dieser Zone, (aus-)zu wählen.
• Diese Einrichtungen 32 können von Hand betätigt bzw. gesteuert werden oder können ebenso automatisch arbeiten, wenn sie selbst mit Einrichtungen zur Messung der Sicht und des Bedeckungsgrades verbunden sind.
• Die Funktionsweise dieser Vorrichtung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beschrieben.
• In der Fig. 3 stellen die Kurven a, b, c und d die Veränderungen der Ausgangssignale von vier aufeinanderfolgenden bzw. folgegebundenen Photodetektoren einer linearen ladungsgekoppelten Schaltung 26, d.h. die Veränderungen der Lichtintensität in dem Bereich 3 bis 5 µm der Himmelsbereiche, in welchen die Bilder auf diesen Photodetektoren durch das mit der ladungsgekoppelten Schaltung 26 verbundene Objektiv 22 gebildet werden, in der Zeit bzw. über die Zeit dar. Diese Veränderungen in der Zeit bzw. über die Zeit sind verhältnismäßig gering und langsam, was es gestattet, in bzw. auf diesen Kurven einen Peak 34 zu ermitteln, welcher dem durch den Schuß eines Projektiles erzeugten und durch die Atmosphäre und/oder durch den Bedeckungsgrad 18 verbreiteten Lichtschein korrespondiert. Diese Peaks 34 zeichnen sich durch eine sehr kleine Amplitude, die um mehrere Größenordnungen kleiner ist als diejenige des Signales der Himmelstiefe, durch eine sehr steile Anstiegsflanke und durch einen exponentiell schnellen Zerfall bzw. Abfall bzw. eine exponentiell schnelle Abnahme kennzeichnet. Typischerweise weist der das Lichtscheinsignal darstellende Peak 34 eine Dauer von einigen Milliksekunden auf und erscheint gleichzeitig auf bzw. an den Ausgangssignalen von einigen zehn Photodetektoren.
• Die durch das Informationssystem 30 realisierte Verarbeitung bzw. Bearbeitung besteht dann darin, zunächst eine Gruppe von Photodetektoren zu lokalisieren bzw. einzugrenzen, in welchen die Ausgangssignale einen Peak 34 darstellen, der geeignet ist, einem Lichtscheinsignal zu entsprechen, dann die Ausgangssignale dieser Photodetektoren in der Zeit bzw. über die Zeit zu analysieren, um zu bestimmen, wenn eine räumliche Korrelation mit einem typischen Lichtscheinsignal vorhanden ist.
• Das Informationssystem 30 erzeugt dann ein Alarmsignal, welches die Erfassung eines Projektilschusses anzeigt und gleichermaßen ein Peilwinkel aus der Position der Photodetektoren, die in der linearen ladungsgekoppelten Schaltung 26 lokalisiert sind, liefert.
• Mehrere Vorrichtungen 16 gemäß der Erfindung, die voneinander entfernt sind und den gleichen Schuß erfassen bzw. ermitteln, gestatten durch Triangulation, die entsprechende Position des Artilleriegeschützes näherungsweise zu bestimmen.
• In der Fig. 4 stellen die Kurven a', b', c' und d' die Veränderungen der Ausgangssignale von vier aufeinanderfolgenden bzw. folgebedingten Photodetektoren in der Zeit bzw. jiber die Zeit dar, in denen die eine, die Kurve b', ein Signal 36, das der Erfassung des Projektiles 12 in der Himmelstiefe bzw. auf dem Hintergrund des Himmels entspricht, umfaßt. Typischerweise weist dieses Signal 36 eine Dauer in der Größenordnung von ungefähr 20 bis 100 Millisekunden auf und kann sich nur in den Ausgangssignalen von einer sehr kleinen Anzahl von Photodetektoren (einem oder zwei in dem Fall einer Granate) wiederfinden.
• In diesem Fall besteht die durch das Informationssystem 30 realisierte Verarbeitung bzw. Bearbeitung darin, die Veränderungen der Ausgangssignale der Photodetektoren in der Zeit bzw. über die Zeit zu analysieren, um ein Signal zu lokalisieren bzw. einzugrenzen, das geeignet ist, ein Projektilsignal 36 zu sein, um den Photodetektor, von welchem dieses Signal stammt, zu identifizieren und die Ausgangssignale der benachbarten Photodetektoren zu analysieren, um deren räumliche Korrelation mit einem typischen Projektilsignal zu bestimmen.
• Das Informationssystem 30 erzeugt dann ein Alarmsignal, welches die Erfassung eines Projektiles anzeigt und gleichermaßen einen Peilwinkel aus der Position des Photodetektors, der in der linearen ladungsgekoppelten Schaltung 26 lokalisiert bzw. eingegrenzt ist, liefern kann. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, mit jedem Objektiv 22 mehrere lineare ladungsgekoppelte Schaltungen von Photodetektoren, die übereinander in der Fokalebene des Objektives angeordnet sind, zu verbinden oder eine Steuerlisteneinheit von Photodetektoren zu verwenden, in welcher man a priori mehrere Reihen (aus-)wählt, derart, um eine Bestätigung der Erfassung eines Projektiles und des Anfanges seiner Trajektorie bzw. Bahn zu erhalten.
• Gemäß einer Variante der Erfindung kann die Vorrichtung 16 zur Erfassung, wie in der Fig. 2 strichliniert dargestellt, ein zweites System 38 zur Verarbeitung bzw. Bearbeitung der Information umfassen, das parallel zu dem ersten System 30 zwischen den Speichern 28 und einer Schaltung 40 zur Entscheidung angeordnet ist, an deren Eingänge die Ausgänge der zwei Systeme 30, 38 angelegt sind. Das eine der zwei Systeme 30, 38 verarbeitet bzw. bearbeitet die Ausgangssignale der Photodetektoren zur Erfassung eines Projektilsignales, während das andere System diese Ausgangssignale zur Erfassung eines durch den Schuß erzeugten und durch die Atmosphäre verbreiteten Lichtscheines verarbeitet bzw. bearbeitet.
• In diesem Fall liefert das System, welches die an die Momentanbedingungen besser angepaßte Verarbeitung bzw. Bearbeitung gestattet, ein Alarmsignal, das dafür durch das Ergebnis der Verarbeitung bzw. Bearbeitung durch das andere System möglichst bestätigt (oder nicht bestätigt) wird, was eine Verminderung der Fehleralarmrate und eine Erhöhung der Zuverlässigkeit sowie der Wahrscheinlichkeitsrate der Erfassung gestattet.
• Auf allgemeine Weise bietet die Erfindung die folgenden Vorteile:
• - die Erfassung eines Projektilschusses ist passiv und somit durch den Feind nicht entdeckbar bzw. erfaßbar,
• - die Überwachung bzw. Beobachtung eines Himmelbandes ist kontinuierlich,
• - die Antwortzeit der Vorrichtung gemäß der Erfindung liegt in der Größenordnung einer Sekunde und gestattet einen quasi sofortigen Alarm,
• - die Erfassung erfolgt am Tag wie in der Nacht,
• - die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist auf Veränderungen der atmosphärischen Bedingungen anpaßbar oder paßt sich automatisch daran an.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur passiven Erfassung eines Artillerieprojektilschusses oder dergleichen, die optische Einrichtungen (22) zur Bildung eines Bildes einer mit geringer Höhe oberhalb des Horizontes überwachten Zone auf einer Gesamtheit (26) von Photodetektoren und ein System (30) zur Verarbeitung der Information, welches die durch die Photodetektoren gelieferten Signale empfängt, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß dieses System ausgebildet ist, um diese Signale gemäß zwei verschiedenen Moden zu verarbeiten, wobei der eine die Erfassung eines durch den Schuß eines Projektiles erzeugten und durch die Atmosphäre verbreiteten Lichtscheines gestattet und wobei der andere die Erfassung des Projektiles (12) selbst gestattet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen (32) zur Auswahl des Modus zur Verarbeitung der Signale in Abhängigkeit des Bedeckungsgrades in der überwachten Zone und der Sicht in dieser Zone umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Systeme (30, 38) zur Verarbeitung der Information umfaßt, die gleichzeitig arbeiten, wobei das eine die durch die Photodetektoren gelieferten Signale zur Erfassung eines durch einen Projektilschuß erzeugten Lichtscheines verarbeitet und wobei das andere diese Signale für die Erfassung des Projektiles verarbeitet.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodetektoren im wesentlichen auf Infrarotstrahlung empfindlich sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenlänge-Empfindlichkeitsbereich der Photodetektoren ungefähr zwischen einschließlich 3 und 5µm beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Modus zur Verarbeitung der durch die Photodetektoren gelieferten Signale für die Erfassung des Lichtscheines darin besteht, eine Gruppe von Photodetektoren, deren Signale einen Peak (34) einer Lichtintensität sehr kurzer Dauer von einigen Millisekunden und steilem Anstieg sowie exponentiell schnellem Zerfall darstellt, zu lokalisieren, dann diese Signale zu analysieren, um deren zeitliche Korrelation mit einem typischen Lichtscheinsignal zu bestimmen.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Modus zur Verarbeitung der durch die Photodetektoren gelieferten Signale für die Erfassung des Projektiles darin besteht, die Veränderungen der Signale der Photodetektoren in der Zeit zu analysieren, um einen Photodetektor, dessen Signal einen intensiven Lichtfleck (36) einer Dauer von einigen zehn Millisekunden darstellt, zu lokalisieren, dann die Signale der benachbarten Photodetektoren zu analysieren, um deren räumliche Korrelation mit einem typischen Projektilsignal zu bestimmen.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Photodetektoren über Einrichtungen zur Probenahme und Einrichtungen zur Digitalisierung mit Speichern (28) des FIFO-Typs verbunden sind, mit welchen das oder jedes System zur Verarbeitung der Information verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Bildung eines Bildes eine Gruppe von Objektiven (22) umfassen, deren optische Achsen (24) koplanar sind und in Richtung der überwachten Zone divergieren und deren Felder sich teilweise überschneiden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine lineare ladungsgekoppelte Schaltung (26) von Infrarot-Photodetektoren mit jedem Objektiv (22) verbunden ist und in der Fokalebene von diesem angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Vielzahl von ähnlichen, voneinander entfernten Vorrichtungen verbunden ist, um durch Triangulation die Position eines durch mehrere vorerwähnte Vorrichtungen erfaßten Schusses zu lokalisieren.