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EP1159578B1 - Verfahren zur schusssimulation - Google Patents

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Publication number
EP1159578B1
EP1159578B1 EP00912514A EP00912514A EP1159578B1 EP 1159578 B1 EP1159578 B1 EP 1159578B1 EP 00912514 A EP00912514 A EP 00912514A EP 00912514 A EP00912514 A EP 00912514A EP 1159578 B1 EP1159578 B1 EP 1159578B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
target
weapon
information
tube
transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP00912514A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1159578A1 (de
Inventor
Hermann JÜTTNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Atlas Elektronik GmbH
Original Assignee
STN Atlas Elektronik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STN Atlas Elektronik GmbH filed Critical STN Atlas Elektronik GmbH
Publication of EP1159578A1 publication Critical patent/EP1159578A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1159578B1 publication Critical patent/EP1159578B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/26—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying
    • F41G3/2616—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device
    • F41G3/2622—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile
    • F41G3/2655—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile in which the light beam is sent from the weapon to the target
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/26—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying
    • F41G3/2616—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device
    • F41G3/2622—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile
    • F41G3/265—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile with means for selecting or varying the shape or the direction of the emitted beam

Definitions

  • the invention relates to a method for simulating a shot guns firing ballistic projectiles in the Preamble of claim 1 defined genus.
  • a known method for shooting or shooting simulation (DE 37 20 595 Al) is based on a so-called two-way simulation, first with a sight aimed at a target Distance to the target is measured, then that with a Retroreflector illuminated and lasered target the light reflected by the retroreflector on one position-resolving, electro-optical device on the Gun barrel is pictured.
  • the one determined from the illustration The location of the retroreflector is matched with the location of the hit simulated shot compared based on the measured Distance, the type of weapon and ammunition used and the Essay that the hypothetical projectile path with the Line of sight forms, is calculated. Is the location of the Retroreflector matches the target location, one Hit message triggered by the barrel weapon, both agree does not match, an error message is generated.
  • Matches the laser beam generating the scan pattern correct alignment of the barrel weapon on the retroreflector of a target located in the solid angle sector, so the laser beam reflects in itself, and the returning laser beam reaches a weapon side arranged optical receiver.
  • An assigned to the recipient Calculator uses stored data to calculate how the type of ammunition, from the target distance and the vertical Angular offset, the resulting at this target distance Projectile trajectory and the target attachment angle of the barrel weapon. This target gauging is repeated over and over again determined data target dimension, target distance and the data derived from this, the flight flight time and the target attachment angle are stored in a memory.
  • a Shot release button is connected to the computer. Your Pressing causes the target to stop measuring and the most recently saved data from memory read out and a laser beam emitted to the target be modulated.
  • the transferred and demodulated data calculated a virtual projectile impact and the target's own motion by measuring the Direction of reception of the laser beam and driving speed measured during the floor flight time and based on the position of the target at the end of the floor flight time and hit detection on the virtual floor impact met.
  • the invention has for its object a method for Shooting simulation of the type mentioned to indicate that significantly lower manufacturing costs for this Method realizing shot simulator enables and thereby a sufficient one for use in combat training areas Accuracy guaranteed.
  • the process according to the invention has the advantage that only one only optical transmission path from the shooter to the target is required and thus the simulator at high Sensitivity gets by with low laser power.
  • the Checking whether the shooter has set up his gun in this way has a goal that is reflected in an estimated Distance, has been hit or not, will be in the Target based on the data of the set gun carried out what is easily possible, since weapon and target continuously measure their position and target the position of the Gun is fired with firing.
  • the procedure allows a realistic handling of the weapon, the Canting of the weapon, the type of ammunition, the type of weapon, the Set azimuth and elevation angles (lead and Essay) in the hypothetical or virtual Meeting point determination are taken into account.
  • the method according to the invention can be used both in barrel weapons, such as Armored cannons, in which the setting of the attachment of the Gun should be practiced, as well as with barrel weapons, like Bazookas, which are based on the estimate of the advance arrives, be applied. To do this, only the Panning direction of the transmitted light from the vertical to one horizontal plane and the maximum swivel angle be adjusted.
  • the Transmitted light generated as a result of laser pulses, and the Weapon information is modulated on every laser pulse.
  • Laser pulses have the advantage, despite the high pulse level only to have a low energy density and thus with the required eye safety of the laser one for the shooting simulation to transfer sufficient power to the target.
  • the laser pulses can be relatively immune to interference modulate, so that the weapon information reliably to Target to be transferred.
  • FIG. 1 and 2 is an exercise scenario in one Combat training area in side view and top view shown, in which a with a barrel weapon (tank cannon) 11th equipped main battle tank 10 one of several in the terrain 12 targets 13, 14, 15.
  • the battle parfzer 10 selected target 13 is shown schematically and can For example, be an enemy battle tank whose Direction of movement in Fig. 2 is indicated by arrow 16.
  • the Goals 14 and 15 are fixed and for example buildings or natural obstacles.
  • a shooting simulator is used for the target practice, one of the gun 17 associated component 17 and one component 18 assigned to target 13.
  • 3 Gun-side component 17 shown in the block diagram is packaged in a housing 19 which is attached to the barrel weapon 11 is fixed and thus the pivoting movement of the tank cannon Azimuth and elevation, as well as any tilting of the Armored tank and thus the barrel weapon 11 when driving off-road participates.
  • An optical transmitter 20 is in the housing 19 arranged in the vertical direction, which is a narrow it bundles laser light as a result of at constant Timed pulse emits laser pulses.
  • a The optical transmitter 20 is pivoted by means of a Stepper motor 21 causes the same as the optical transmitter 20 is controlled by a central control unit 22.
  • the Central control unit 22 is on the input side with a Tilting sensor 22, the tilting of the tub of the Main battle tank 10 and thus the tube weapon 11 measures with one Inclination sensor 24, the elevation angle ⁇ of the gun 11, so the attachment of the barrel weapon 11 compared to the Horizontal, measures and connected to an interface 25, about which the central control unit 22 information about the Ammunition type, the type of weapon, the current position of the Main battle tank 10 in the field and the triggering of the simulated Shot are fed.
  • the interface 25 is over an entrance 27 with an arranged on the main battle tank 10, satellite-based positioning system 26, e.g.
  • the optical transmitter 22 is still one of the central Control unit 22 containing controlled optical modulator, of the information coming in via the interface 25 Weapon and ammunition type and the measured values of the Tilt sensor 23 and the inclination sensor 24 on each of the optical transmitter 20 emitted laser pulse modulated.
  • the target-side shown in Fig. 4 in the block diagram Component 18 of the shot simulator has an optical one Receiving device 31 with a variety of optical Sensors 32, e.g. B. laser diodes, on the incoming Convert laser pulses into electrical signals. If the goal is 13, as assumed, also a main battle tank, so they form Light detectors or optical sensors 32 - as this for the shooting main battle tank 10 is shown in Fig. 1 - in their multitude one horizontally revolving on the tank pan Belt. All optical sensors 32 are with one Signal processing 33 connected, which contains a demodulator and from the received laser pulses with them transferred weapon information (weapon position, weapon type, Bullet type, barrel weapon attachment) and eliminated Microprocessor 34 supplies.
  • optical Sensors 32 e.g. B. laser diodes
  • the microprocessor 34 receives from one attached to target 13, satellite-based Positioning system 35 (GPS or GDPS) additionally the current position of the target 13. Using the The weapon information and the target position determines the Microprocessor 34 a virtual impact of the projectile after putting one back through the gun alignment itself resulting hypothetical projectile trajectory as well as the distance between barrel weapon 11 and target 13. The microprocessor 34 leads a comparison of projectile impact and target range and if matched, drives a hit display 36 which an optical, acoustic or electromagnetic Sends hit signal. To determine the virtual Bullet hits are in the microprocessor 34 e.g.
  • the gunner usually uses a Gun 11 connected visor the gun 11 on the target 13 and poses based on the distance he estimates to target 13 a specific essay (elevation angle ⁇ ) for the gun 11 a. If goal 13 is a moving target is, as indicated in Fig. 2 - Consider a reserve for the barrel weapon 11 and the gun 11 by an azimuth angle ⁇ with respect to Set direct line of sight to goal 13.
  • the Input 30 given a trigger pulse to the interface 25 what the control unit 22 causes the optical transmitter 20 to activate.
  • the optical transmitter 20 transmits a sequence of Laser pulses out, going down in the vertical plane is successively pivoted.
  • the first laser pulses are emitted in a direction parallel to Pipe axis runs. Every laser pulse becomes information regarding the current position and orientation of the Pipe weapon, in the present case with respect to the Inclination sensor 24 supplied elevation angle ⁇ and the Canting sensor 23 supplied tilting angle, as well as the used weapon and projectile type modulated.
  • To any time of the vertical pivoting movement of the Laser transmitter 20 hits at least one laser pulse the light detectors or optical sensors 32 at the target 13.
  • This laser pulse is from the optical receiving device 31 received and in the units described processed in terms of signaling.
  • goal 13 is now the virtual bullet impact from the with the laser pulse transmitted weapon information (elevation angle ⁇ , Cant angle, weapon type, weapon ammunition) determined as well from the position of the weapon 11 and transmitted by the laser pulse the known target position the distance between target 13 and Gun 11 determined. Bullet impact and If the target distance is the same, a hit is displayed.
  • goal 14 is also included the target-side component 18 of the shot simulator according to FIG. 3 equipped.
  • goal 14 the same calculation as in Goal 13 accomplished. In this case, however, is the distance the target 14 to the gun 11 much smaller than that Removal of the virtual projectile impact from the barrel weapon 11, so that no hits are displayed.
  • To reduce sensors 32 could be the laser light of the optical Transmitter 20 are spread in the horizontal direction, so that the optical sensors 32 at the target 13 at greater distances can be arranged from each other. To be the same Ensure sensitivity of the optical sensors 32 however, the laser power would have to be increased by the now larger area at destination 13 with the same Illuminate energy density.
  • the optical Transmitter 20 emitted laser pulses additionally one Information about the time of transmission of each individual Laser pulse modulated.
  • the time specified for the transmission Information is the time between the triggering of the simulated shot and sending the respective one Laser pulse.
  • This information is provided in a central control unit 22 integrated counter removed, the started when the shot was fired and at a constant frequency is clocked.
  • the target 13 can now from the received laser pulse transmitted information about its Send time and the weapon information the distance between target and barrel weapon. With that, too If GPS reception is disturbed, hit positions are determined and the Target practice continues. In the case of intact GPS reception can the due to the known positions of Gun 11 and Target 13 controlled certain target range become.
  • FIG. 5 shows an exercise scenario in which the Firing a Panzerfaust 37 at a moving target tank 38 should be practiced.
  • the Panzerfaust 37 represents the barrel weapon 11 and the target tank 38 represents the target 13, which is in the direction Arrow 16 in Fig. 5 moves.
  • This exercise is about correct setting of a reserve of the gun 11, so a suitable azimuth angle ⁇ so that the moving Target 13 (target tank 38) after firing Panzerfaust 37 at the right time is hit; because the other Panzerfaust 37 missile armor-piercing ammunition required a certain flight time to the distance to destination 13 bridge in which the target 13 is one of his Speed corresponding distance from his at Shot trigger position taken has moved on.
  • the method for firing simulation described above is now modified in such a way that the optically closely bundled transmission light, i.e. the pulse train of laser pulses, is now pivoted in a horizontal plane (azimuth) at a constant speed and each laser pulse also has information regarding the barrel weapon axis in each pivoting position related, current swivel angle ⁇ i is modulated.
  • the laser pulses are sent at a constant clock rate (transmission frequency).
  • information regarding the instantaneous azimuthal pivot angle ⁇ i relating to the barrel weapon axis 39 is additionally modulated onto each laser pulse in each pivot position of the optical transmitter 20.
  • the pivot angles ⁇ 1 to ⁇ 4 are shown schematically in FIG. 5 for explanation.
  • the transmitter 20 is in turn integrated in the weapon-side component 17 of the shooting simulator, which is firmly connected to the barrel weapon 11, here combined with the sight of the apelooka 37 to form a structural unit. Since the optical axis of the transmitter 20 is somewhat offset vertically with respect to the barrel weapon axis 39 due to the attachment of the weapon-side component 17 to the barrel weapon 11, the reference line 39 'for the pivoting angle is offset by the same amount above the barrel weapon axis 39. The reference line 39' for however, the swivel angle information always runs in the center of the barrel weapon parallel to the barrel weapon axis 39. The range of the pivot angle of the optical transmitter 20 is limited to the same azimuth range on the right and left of the center of the barrel weapon, i.e.
  • the barrel weapon axis 39 which is at least as large as that for combating a cross-gun Gun barrel axis 39 moving target 13 required, taking into account the flight duration of the projectile fired at the moving target 13 projectile of the gun 11.
  • the swiveling movement of the optical transmitter 20 always takes place from one of the boundary edges of the swivel angle region, in the example of FIG. 5 from the left, outer boundary edge of the swivel angle region.
  • movable target 13 is the same equipped target component 18 of the shot simulator, as shown in Fig. 4 in the block diagram, wherein the number of optical sensors 32 of the optical Receiving device 31 on two to three per long side of the Target 13 is limited, and the optical sensors 32 in Turret area of the target tank 38 are arranged.
  • the laser pulses in be spread vertically so that with everyone Laser pulse of the target armor 38 in its maximum height up to Top of the tower is illuminated.
  • the target component 18 of the shot simulator is now the same evaluation of the information transmitted in the laser pulses, as already described above, with the only difference that the hit detection previously used target distance using the Swivel angle information and the known own movement of the Target 13 is corrected.
  • This correction takes place in the Way that calculates the target distance for a target position the target 13 moving at the target speed after going through one from the swivel angle information and the current distance resulting from the target distance would occupy within the storey flight time, which in turn is calculated from the weapon information.
  • This Swivel angle information corresponds to that with the barrel weapon 11 set lead ⁇ in azimuth, and if correct The setting of the lead ⁇ is correct from the Weapon information calculated bullet impact with the corrected target range and a hit is made displayed.
  • additional information about its transmission time is modulated onto the laser pulses emitted by the optical transmitter 20, as described above, the transmission of additional angle information ⁇ i about the transmission direction to the target 13 can be dispensed with in the shot simulator described in FIG This information about the respective transmission time of the laser pulses can be used to derive the angle information about the transmission direction.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schußsimulation mit ballistische Geschosse verschießenden Rohrwaffen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Ein bekanntes Verfahren zur Schuß- oder Schießsimulation (DE 37 20 595 Al) basiert auf einer sog. Zwei-Wege-Simulation, wobei zunächst mit auf ein Ziel ausgerichtetem Visier die Entfernung zum Ziel gemessen wird, anschließend das mit einem Retroreflektor versehene Ziel mit einem Laser beleuchtet und das vom Retroreflektor zurückgeworfene Licht auf einer positionsauflösenden, elektrooptischen Einrichtung an der Rohrwaffe abgebildet wird. Der aus der Abbildung ermittelte Ort des Retroreflektors wird mit dem Trefferort des simulierten Schusses verglichen, der aufgrund der gemessenen Entfernung, der verwendeten Waffen- und Munitionsart und des Aufsatzes, den die hypothetische Geschoßbahn mit der Visierlinie bildet, berechnet wird. Stimmt der Ort des Retroreflektors mit dem Trefferort überein, wird eine Treffermeldung von der Rohrwaffe ausgelöst, stimmen beide nicht überein, wird eine Fehlermeldung generiert.
Bei einem ebenfalls bekannten, auf einer Zwei-Wege-Simulation beruhenden Verfahren zur Schießsimulation für ballistische Munition und bewegliche Ziele (DE 31 14 000 A1) wird vor Auslösung des simulierten Schusses das Ziel durch waffenseitig ausgesendete Lasermeßimpulse ständig angemessen. Hierzu wird innerhalb eines auf die Rohrseelenachse der Rohrwaffe bezogenen Raumwinkelsektors, der in Höhe und Seite eine bestimmte Divergenz besitzt, ein impulskodierter, gebündelter Laserstrahl derart ausgesendet und horizontal und vertikal sukzessive geschwenkt, daß er den Raumwinkelsektor in Form eines Abtastmusters in vertikal übereinanderliegenden Zeilen Zeile für Zeile überstreicht. Die Bezugslinie für das Abtastmuster ist dabei die Rohrseelenachse der Rohrwaffe. Trifft der das Abtastmuster erzeugende Laserstrahl bei richtiger Ausrichtung der Rohrwaffe auf den Retroreflektor eines im Raumwinkelsektor sich befindlichen Ziels, so wird der Laserstrahl in sich selbst reflektiert, und der rücklaufende Laserstrahl erreicht einen waffenseitig angeordneten optischen Empfänger. Dieser mißt die Laufzeit des reflektierten Laserlichts und bestimmt die Zielentfernung sowie aus seiner Beziehung zum Abtastmuster die Winkelablage in Seiten- und Höhenrichtung. Ein dem Empfänger zugeordneter Rechner berechnet mit Hilfe von abgespeicherten Daten, wie die Munitionsart, aus der Zielentfernung und der vertikalen Winkelablage, die bei dieser Zielentfernung sich ergebende Geschoßflugbahn und den Soll-Aufsatzwinkel der Rohrwaffe. Dieses Anmessen des Ziels wird laufend wiederholt, und die ermittelten Daten Zielabmessung, Zielentfernung und die daraus abgeleiteten Daten Geschoßflugzeit und Soll-Aufsatzwinkel werden in einem Speicher abgespeichert. Eine Schußauslösetaste ist an den Rechner angeschlossen. Ihre Betätigung bewirkt, daß die Anmessung des Ziels beendet wird und die zuletzt gespeicherten Daten aus dem Speicher ausgelesen und einem zum Ziel ausgesendeten Laserstrahl aufmoduliert werden. Im Ziel wird aus den übertragenen und demodulierten Daten ein virtueller Geschoßeinschlag berechnet und die Eigenbewegung des Ziels durch Messung der Empfangsrichtung des Laserstrahls und der Fahrgeschwindigkeit während der Geschoßflugzeit gemessen und auf Basis der sich am Ende der Geschoßflugzeit ergebenden Position des Ziels und dem virtuellen Geschoßeinschlag eine Trefferfeststellung getroffen.
Bei solchen Zwei-Wege-Simulationenverfahren ist der technische Aufwand sehr hoch, der noch mit der Forderung nach einer wachsenden Zielentfernung überproportional zunimmt. Für die Zielvermessung muß eine hochempfindliche Meßelektronik verwendet werden, die den Schießsimulator zusätzlich verteuert. Der-optische Pegel des Laserlichts nimmt dabei mit zunehmender Entfernung r mit l/r4 ab, so daß die Meßergebnisse zunehmend unsicherer werden. Eine Erhöhung der Laserleistung ist dabei kaum möglich, da zum Schütze der Teilnehmer einer Schießübung die Leistungsklasse des Lasers vorgeschrieben und auf die Augenverträglichkeit beschränkt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schußsimulation der eingangs genannten Art anzugeben, das deutlich geringere Herstellungskosten für den dieses Verfahren realisierenden Schußsimulator ermöglicht und dabei eine für den Einsatz in Gefechtsübungsgelände ausreichende Genauigkeit gewährleistet.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß nur ein einziger optischer Übertragungsweg vom Schießenden zum Ziel erforderlich ist und damit der Simulator bei hoher Empfindlichkeit mit geringer Laserleistung auskommt. Die Überprüfung, ob der Schießende seine Rohrwaffe so eingerichtet hat, daß ein Ziel, welches sich in einer geschätzten Entfernung befindet, getroffen worden ist oder nicht, wird im Ziel anhand der Daten der eingerichteten Rohrwaffe durchgeführt, was ohne weiteres möglich ist, da Waffe und Ziel laufend ihre Position vermessen und dem Ziel die Position der Waffe mit Schußauslösung übertragen wird. Das Verfahren erlaubt eine realistische Handhabung der Waffe, wobei die Verkantung der Waffe, die Munitionsart, die Waffenart, der eingestellte Azimut- und Elevationswinkel (Vorhalt und Aufsatz) bei der hypothetischen oder virtuellen Treffpunktbestimmung berücksichtigt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden auch Höhendifferenzen zwischen Ziel und Waffe korrigiert. Eine Trefferanzeige von mehreren Zielen, die alle auf der gleichen Schußlinie liegen, wird vermieden, da jedes Ziel aufgrund seiner Entfernung zur schießenden Waffe selbst feststellt, ob der hypothetische oder virtuelle Treffpunkt mit seiner Position übereinstimmt oder nicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei Rohrwaffen, wie Panzerkanonen, bei denen die Einstellung des Aufsatzes der Waffe geübt werden soll, als auch bei Rohrwaffen, wie Panzerfäuste, bei denen es auf die Schätzung des Vorhalts ankommt, angewendet werden. Hierzu muß lediglich die Schwenkrichtung des Sendelichts aus der vertikalen in eine horizontale Ebene verlegt und der maximale Schwenkwinkel angepaßt werden.
Zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Sendelicht als eine Folge von Laserimpulsen erzeugt, und die Waffeninformationen werden jedem Laserimpuls aufmoduliert. Laserimpulse haben den Vorteil, trotz hohem Impulspegel nur eine geringe Energiedichte zu besitzen und damit bei der geforderten Augensicherheit des Lasers eine für die gchießsimulation ausreichende Leistung zum Ziel zu übertragen. Außerdem lassen sich die Laserimpulse relativ störsicher modulieren, so daß die Waffeninformationen zuverlässig zum Ziel übertragen werden.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
Fig. 1 und 2
jeweils einen eine Rohrwaffe tragenden Kampfpanzer in einem Übungsgelände bei Schußabgabe auf ein Ziel in Seitenansicht (Fig.1) bzw. Draufsicht (Fig. 2),
Fig. 3
ein Blockschaltbild der waffenseitigen Komponente eines Schußsimulators,
Fig. 4
ein Blockschaltbild der zielseitigen Komponente des Schußsimulators,
Fig. 5
eine perspektivische Darstellung einer Panzerfaust in Schußstellung auf einen im Übungsgelände fahrenden Zielpanzer.
In Fig. 1 und 2 ist ein Übungsszenario in einem Gefechtsübungsgelände in Seitenansicht und Draufsicht dargestellt, bei dem ein mit einer Rohrwaffe (Panzerkanone) 11 ausgerüsteter Kampfpanzer 10 eines von mehreren im Gelände 12 vorhandenen Zielen 13, 14, 15 bekämpft. Das vom Kampfparfzer 10 dabei ausgewählte Ziel 13 ist schematisch dargestellt und kann beispielsweise ein gegnerischer Kampfpanzer sein, dessen Bewegungsrichtung in Fig. 2 mit Pfeil 16 angedeutet ist. Die Ziele 14 und 15 sind feststehend und beispielsweise Gebäude oder natürliche Hindernisse.
Zur Schießübung wird ein sogenannter Schußsimulator verwendet, der eine der Rohrwaffe 11 zugeordnete Komponente 17 und eine dem Ziel 13 zugeordnete Komponente 18 aufweist. Die in Fig. 3 im Blockschaltbild dargestellte waffenseitige Komponente 17 ist in einem Gehäuse 19 verpackt, das an der Rohrwaffe 11 fixiert ist und somit die Schwenkbewegung der Panzerkanone in Azimut und Elevation, sowie jegliche Verkantung der Panzerwanne und damit der Rohrwaffe 11 bei Fahrt im Gelände mitmacht. In dem Gehäuse 19 ist ein optischer Sender 20 in vertikaler Richtung schwenkbar angeordnet, der ein eng gebündelt es Laserlicht als eine Folge von im konstanten Zeittakt gesendeten Laserimpulsen abstrahlt. Eine Schwenkbewegung des optischen Senders 20 wird mittels eines Schrittmotors 21 bewirkt, der ebenso wie der optische Sender 20 von einer zentralen Steuereinheit 22 gesteuert wird. Die zentrale Steuereinheit 22 ist eingangsseitig mit einem Verkantungssensor 22, der die Verkantung der Wanne des Kampfpanzers 10 und damit die der Rohrwaffe 11 mißt, mit einem Neigungssensor 24, der den Elevationswinkel ε der Rohrwaffe 11, also den Aufsatz der Rohrwaffe 11 gegenüber der Horizontalen, mißt sowie mit einem Interface 25 verbunden, über das der zentralen Steuereinheit 22 Informationen über die Munitionsart, die Waffenart, die momentane Position des Kampfpanzers 10 im Gelände und die Auslösung des simulierten Schusses zugeführt werden. Hierzu ist das Interface 25 über einen Eingang 27 mit einem am Kampfpanzer 10 angeordneten, satellitengestützten Positionsbestimmungssystem 26, z.B. einem GPS (Global Position System) oder mit einem DGPS (Differential Global Position System) verbunden und erhält über weitere Eingänge 28, 29 und 30 entsprechende Informationen über Waffen- und Munitionsart sowie einen Triggerimpuls bei Auslösung des simulierten Schusses durch den Richtschützen. Im optischen Sender 22 ist noch ein von der zentralen Steuereinheit 22 gesteuerter optischer Modulator enthalten, der die über das Interface 25 eingehenden Informationen über Waffen- und Munitionsart sowie die Meßwerte des Verkantungssensors 23 und des Neigungssensors 24 auf jeden vom optischen Sender 20 ausgesendeten Laserimpuls aufmoduliert.
Die in Fig. 4 im Blockschaltbild dargestellte zielseitige Komponente 18 des Schußsimulators weist eine optische Empfangseinrichtung 31 mit einer Vielzahl von optischen Sensoren 32, z. B. Laserdioden, auf, die eintreffende Laserimpulse in elektrische Signale umsetzen. Ist das Ziel 13, wie angenommen, ebenfalls ein Kampfpanzer, so bilden die Lichtdetektoren oder optischen Sensoren 32 - wie dies für den schießenden Kampfpanzer 10 in Fig. 1 dargestellt ist - in ihrer Vielzahl einen an der Panzerwanne horizontal umlaufenden Gürtel. Alle optischen Sensoren 32 sind mit einer Signalverarbeitung 33 verbunden, die einen Demodulator enthält und aus den empfangenen Laserimpulsen die mit diesen übertragenen Waffeninformationen (Waffenposition, Waffenart, Geschoßart, Aufsatz der Rohrwaffe) eliminiert und einem Mikroprozessor 34 zuführt. Der Mikroprozessor 34 empfängt von einem am Ziel 13 befestigten, satellitengestützten Positionsbestimmungssystem 35 (GPS oder GDPS) zusätzlich die momentane Position des Ziels 13. Anhand der Waffeninformationen und der Zielposition bestimmt der Mikroprozessor 34 einen virtuellen Einschlag des Geschosses nach Zurücklegen einer durch die Waffenausrichtung sich ergebenden hypothetischen Geschoßflugbahn sowie die Entfernung zwischen Rohrwaffe 11 und Ziel 13. Der Mikroprozessor 34 führt einen Vergleich von Geschoßeinschlag und Zielentfernung durch und steuert bei Übereinstimmung eine Trefferanzeige 36 an, die ein optisches, akustisches oder elektromagnetisches Treffersignal aussendet. Zur Bestimmung des virtuellen Geschoßeinschlags sind im Mikroprozessor 34 z.B. eine Vielzahl von Flugbahnen von Geschossen mit einer Parametrisierung von Aufsatz der Rohrwaffe (Elevationswinkel ε) sowie Waffen- und Geschoßart abgelegt. Mit den empfangenen und demodulierten Waffeninformationen wird die zutreffende Flugbahn aufgesucht und der virtuelle Geschoßeinschlag ausgelesen.
Mit einem solchen Schußsimulator wird eine Schußsimulation mit Rohrwaffen, die ballistische Geschosse verschießen, wie folgt durchgeführt:
Der Richtschütze richtet mittels eines üblicherweise mit der Rohrwaffe 11 verbundenen Visiers die Rohrwaffe 11 auf das Ziel 13 aus und stellt aufgrund der von ihm geschätzten Entfernung zum Ziel 13 einen bestimmten Aufsatz (Elevationswinkel ε) für die Rohrwaffe 11 ein. Wenn es sich beim Ziel 13 um ein bewegtes Ziel handelt, wird er- wie in Fig. 2 angedeutet ist - bei der Rohrwaffe 11 noch einen Vorhalt berücksichtigen und die Rohrwaffe 11 um einen Azimutwinkel ϕ gegenüber der direkten Sichtlinie zum Ziel 13 einstellen.
Mit Schußauslösung durch den Richtschützen wird über den Eingang 30 ein Triggerimpuls an das Interface 25 gegeben, was die Steuereinheit 22 veranlaßt, den optischen Sender 20 zu aktivieren. Der optische Sender 20 sendet eine Folge von Laserimpulsen aus, wobei er in der Vertikalebene nach unten sukzessive geschwenkt wird. Die ersten Laserimpulse werden dabei in einer Richtung ausgesendet, die parallel zur Rohrachse verläuft. Jedem Laserimpuls werden Informationen bezüglich der momentanen Position und Ausrichtung der Rohrwaffe, im vorliegenden Fall bezüglich des vom Neigungssensor 24 gelieferten Elevationswinkels ε und des vom Verkantungssensor 23 gelieferten Verkantungswinkels, sowie der verwendeten Waffen- und Geschoßart aufmoduliert. Zu irgendeinem Zeitpunkt der vertikalen Schwenkbewegung des Lasersenders 20 trifft mindestens ein Laserimpuls auf einen der Lichtdetektoren oder optischen Sensoren 32 am Ziel 13. Dieser Laserimpuls wird von der optischen Empfangseinrichtung 31 empfangen und in den beschriebenen Baueinheiten signaltechnisch verarbeitet. Im Ziel 13 wird nunmehr der virtuelle Geschoßeinschlag aus den mit dem Laserimpuls übertragenen Waffeninformationen (Elevationswinkel ε, Verkantungswinkel, Waffenart, Waffenmunition) bestimmt sowie aus der vom Laserimpuls übertragenen Position der Waffe 11 und der bekannten Zielposicion die Entfernung zwischen Ziel 13 und Rohrwaffe 11 bestimmt. Stimmen Geschoßeinschlag und Zielentfernung überein, so wird ein Treffer angezeigt.
Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Szenario würde bei Auslösung des simulierten Schusses auch das Ziel 14 zu irgendeinem Zeitpunkt von Laserimpulsen getroffen werden. Das Ziel 14 ist, soweit es ein Übungsziel darstellt, ebenfalls mit der zielseitigen Komponente 18 des Schußsimulators gemäß Fig. 3 ausgerüstet. Im Ziel 14 wird die gleiche Berechnung wie im Ziel 13 durchgeführt. In diesem Fall ist aber die Entfernung des Ziels 14 zur Rohrwaffe 11 wesentlich kleiner als die Entfernung des virtuellen Geschoßeinschlags von der Rohrwaffe 11, sodaß keine Trefferanzeige erfolgt.
Um die Vielzahl der empfangsseitig vorzusehenden optischen Sensoren 32 zu reduzieren, könnte das Laserlicht des optischen Senders 20 in Horizontalrichtung aufgespreizt werden, so daß die optischen Sensoren 32 am Ziel 13 in größeren Abständen voneinander angeordnet werden können. Um eine gleiche Empfindlichkeit der optischen Sensoren 32 sicherzustellen, müßte allerdings die Laserleistung erhöht werden, um die nunmehr größere Fläche am Ziel 13 mit der gleichen Energiedichte zu beleuchten.
In einem größeren Übungsgelände kann in bestimmten Geländeabschnitten aufgrund der Geländestruktur oder der Bebauung und Bepflanzung der Satellitenempfang gestört oder unterbunden sein, so daß die Position von Waffe und/oder Ziel nicht als auswertbare Information bei der Trefferbestimmung zur Verfügung steht. Für solche Fälle werden den vom optischen Sender 20 ausgesendeten Laserimpulsen zusätzlich eine Information über den Sendezeitpunkt eines jeden einzelnen Laserimpulses aufmoduliert. Die den Sendezeitpunkt angebende Information ist dabei die Zeit zwischen der Auslösung des simulierten Schusses und dem Aussenden des jeweiligen Laserimpulses. Diese Information wird an einem in der zentralen Steuereinheit 22 integrierten Zähler abgenommen, der bei Schußauslösung gestartet und mit konstanter Frequenz getaktet wird. Im Ziel 13 kann nunmehr aus der mit dem empfangenen Laserimpuls übertragenen Information über dessen Sendezeitpunkt und den Waffeninformationen die Entfernung zwischen Ziel und Rohrwaffe bestimmt werden. Damit können auch bei gestörtem GPS-Empfang Trefferpositionen ermittelt und die Schießübungen fortgesetzt werden. Im Falle eines intakten GPS-Empfangs kann die aufgrund der bekannten Positionen von Rohrwaffe 11 und Ziel 13 bestimmte Zielentfernung kontrolliert werden.
In Fig. 5 ist ein Übungsszenario dargestellt, in dem das Abfeuern einer Panzerfaust 37 auf einen fahrenden Zielpanzer 38 geübt werden soll. Die Panzerfaust 37 stellt die Rohrwaffe 11 und der Zielpanzer 38 das Ziel 13 dar, das sich in Richtung Pfeil 16 in Fig. 5 bewegt. Bei dieser Übung kommt es auf die richtige Einstellung eines Vorhaltes der Rohrwaffe 11 an, also eines geeigneten Azimutwinkels ϕ, damit das sich bewegende Ziel 13 (Zielpanzer 38) nach Abfeuern der Panzerfaust 37 zum richtigen Zeitpunkt getroffen wird; denn die mit- der Panzerfaust 37 verschossene panzerbrechende Munition benötigt eine gewisse Flugzeit um die Entfernung zum Ziel 13 zu überbrücken, in der sich das Ziel 13 um eine seiner Geschwindigkeit entsprechende Wegstrecke von seiner bei Schußauslösung eingenommen Position aus weiterbewegt hat.
Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Schußsimulation ist nun dahingehend abgewandelt, daß das optisch eng gebündelte Sendelicht, also die Impulsfolge von Laserimpulsen, jetzt in einer horizontalen Ebene (Azimut) mit konstanter Geschwindigkeit geschwenkt und jedem Laserimpuls zusätzlich in jeder Schwenkposition eine Information bezüglich des auf die Rohrwaffenachse bezogenen, momentanen Schwenkwinkels αi aufmoduliert wird. Die Laserimpulse werden dabei mit konstanter Taktrate (Sendefrequenz) gesendet. Neben den wie vorstehend beschriebenen Informationen über die Waffe 11, wird zusätzlich jedem Laserimpuls in jeder Schwenkposition des optischen Senders 20 eine Information bezüglich des auf die Rohrwaffenachse 39 bezogenen, momentanen azimutalen Schwenkwinkels αi aufmoduliert. Die Schwenkwinkel α1 bis α4 sind in Fig. 5 zur Erläuterung schematisch eingezeichnet. Der Sender 20 ist wiederum in der waffenseitigen Komponente 17 des Schießsimulators integriert, die fest mit der Rohrwaffe 11 verbunden, hier mit dem Visier der Panzerfaust 37 zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist. Da die optische Achse des Senders 20 durch die Befestigung der waffenseitigen Komponente 17 an der Rohrwaffe 11 gegenüber der Rohrwaffenachse 39 vertikal etwas versetzt ist, liegt die Bezugslinie 39' für die Schwenkwinkelangabe um den gleichen Betrag versetzt oberhalb der Rohrwaffenachse 39. Die Bezugslinie 39' für die Schwenkwinkelangabe verläuft damit aber immer in Rohrwaffenmitte parallel zur Rohrwaffenachse 39. Der Schwenkwinkelbereich des optischen Senders 20 ist auf einen gleichen Azimutbereich rechts und links der Rohrwaffenmitte, also der Rohrwaffenachse 39, begrenzt, der mindestens so groß ist wie der zur Bekämpfung eines sich quer zur Rohrwaffenachse 39 bewegenden Ziels 13 erforderliche, die Flugdauer des auf das sich bewegende Ziel 13 abgefeuerten Geschosses der Rohrwaffe 11 berücksichtigende Vorhaltewinkel ϕ. Die Schwenkbewegung des optischen Senders 20 erfolgt mit Auslösen des simulierten Schusses immer von einer der Begrenzungskanten des Schwenkwinkelbereichs aus, in dem Beispiel der Fig. 5 von der linken, äußeren Begrenzungskante des Schwenkwinkelbereichs aus.
Das in Fig. 5 von dem in Pfeilrichtung 16 fahrenden Zielpanzer 38 gebildete, bewegliche Ziel 13 ist mit der gleichen zielseitigen Komponente 18 des Schußsimulators ausgerüstet, wie sie in Fig. 4 im Blockschaltbild dargestellt ist, wobei die Zahl der optischen Sensoren 32 der optischen Empfangseinrichtung 31 auf zwei bis drei pro Längsseite des Ziels 13 begrenzt ist, und die optischen Sensoren 32 im Turmbereich des Zielpanzers 38 angeordnet sind. Zur Sicherstellung eines zuverlässigen Empfangs der Lichtimpulse durch die optischen Sensoren 32 können die Laserimpulse in vertikaler Richtung aufgespreizt sein, sodaß mit jedem Laserimpuls der Zielpanzer 38 in seiner maximalen Höhe bis zur Turmoberkante beleuchtet wird. In der zielseitigen Komponente 18 des Schußsimulators wird nunmehr die gleiche Auswertung der in den Laserimpulsen übertragenen Informationen vorgenommen, wie bereits vorstehend beschrieben worden ist, mit dem einzigen Unterschied, daß die zur Trefferfeststellung herangezogene Zielentfernung zuvor mittels der Schwenkwinkelinformationen und der bekannten Eigenbewegung des Ziels 13 korrigiert wird. Diese Korrektur erfolgt dabei in der Weise, daß die Zielentfernung für eine Zielposition berechnet wird, die das mit Zielgeschwindigkeit sich bewegende Ziel 13 nach Durchlaufen einer sich aus der Schwenkwinkelinformation und der momentanen Zielentfernung ergebenden Wegstrecke innerhalb der Geschoßflugzeit einnehmen würde, die ihrerseits aus den Waffeninformationen errechnet wird. Diese Schwenkwinkelinformation entspricht dem mit der Rohrwaffe 11 eingestellten Vorhalt ϕ im Azimut, und bei richtiger Einstellung des Vorhalts ϕ stimmt der aus den Waffeninformationen berechnete Geschoßeinschlag mit der korrigierten Zielentfernung überein und ein Treffer wird angezeigt.
Sind auf den vom optischen Sender 20 ausgesendeten Laserimpulse - wie vorstehend beschrieben - zusätzlich Informationen über ihren Sendezeitpunkt aufmoduliert, so kann bei dem zu Fig. 5 beschriebenen Schußsimulator auf die Übertragung einer zusätzlichen Winkelinformation αi über die Senderichtung zum Ziel 13 verzichtet werden, da aus diesen Informationen über die jeweilige Sendezeit der Laserimpulse die Winkelinformation über die Senderichtung abgeleitet werden kann.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Schußsimulation mit ballistische Geschosse verschießenden Rohrwaffen, mit folgenden, nach Schußauslösung ablaufenden Verfahrensschritten:
    a) durch sukzessives Schwenken eines optisch eng gebündelten Sendelichts, das von einem der Rohrwaffe zugeordneten optischen Sender (20) abgestrahlt wird, in nur einer Ebene wird ein Ziel (13) beleuchtet,
    b) mit dem Sendelicht werden aufmodulierte, ausschließlich waffenspezifische Informationen, nämlich Informationen über die momentane Position und vertikale Ausrichtung, den sogenannten Aufsatz, der Rohrwaffe (11) sowie über die Waffen- und Geschoßart, zum Ziel (13) übertragen,
    c) in dem mit einer optischen Empfangseinrichtung (31) für das Sendelicht und einem satellitengestützten Positionsbestimmungssystem (35) zum Erfassen der Zielposition ausgestatteten Ziel (13) wird
    c1) aus den empfangenen und demodulierten waffenspezifischen Informationen ein virtueller Geschoßeinschlag bestimmt,
    c2) aus der empfangenen und demodulierten waffenspezifischen Information der Position der Rohrwaffe (11) und aus der von dem Positionsbestimmungssystem (35) abgenommenen Zielposition die Entfernung zwischen Ziel (13) und Rohrwaffe (11) bestimmt und
    c3) aus dem Vergleich der Entfernungen zwischen Ziel (13) und Rohrwaffe (11) einerseits und virtuellem Geschoßeinschlag und Rohrwaffe (11) andererseits eine Trefferfeststellung getroffen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verkanten der Rohrwaffe (11) gegenüber einer vertikalen und/oder horizontalen Bezugslinie gemessen und die Meßwerte als weitere waffenspezifische Informationen dem Sendelicht aufmoduliert werden und daß die Informationen bezüglich der Waffenverkantung im Ziel (13) bei der Bestimmung des virtuellen Geschoßeinschlags herangezogen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ziel (13) Flugbahnen von Geschossen mit einer Parameterisierung von Aufsatz (ε) sowie Waffen- und Geschoßart abgelegt werden und daß mit den empfangenen und demodulierten waffenspezifischen Informationen die zutreffende Flugbahn aufgesucht und der virtuelle Geschoßeinschlag ausgelesen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendelicht in einer vertikalen Ebene aus einer mit der Rohrwaffe (11) parallelen Ausrichtung heraus abwärts geschwenkt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Empfangseinrichtung (31) des vorzugsweise beweglichen Ziels (13) mit einem am Ziel (13) befestigten, horizontal umlaufenden Gürtel aus einer Vielzahl von beabstandeten Lichtdetektoren (32) versehen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendelicht in Horizontalrichtung optisch aufgespreizt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendelicht in einer horizontalen Ebene mit konstanter Geschwindigkeit geschwenkt wird und dem Sendelicht in jeder Schwenkposition Informationen bezüglich des auf die Rohrwaffe (11) bezogenen, momentanen Schwenkwinkels aufmoduliert werden und daß die zur Trefferfeststellung im Ziel herangezogene Zielentfernung zuvor mittels der Schwenkwinkelinformation und der bekannten Eigenbewegung des Ziels (13) korrigiert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur in der Weise durchgeführt wird, daß die Zielentfernung für eine Zielposition berechnet wird, die das mit Zielgeschwindigkeit sich bewegende Ziel (13) nach Durchlaufen einer aus der Schwenkwinkelinformation und der momentanen Zielentfernung sich ergebenden Wegstrecke während der aus den Waffeninformationen sich ergebenden Geschoßflugzeit einnimmt.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkbereich des Sendelichts auf einen gleichen Azimutwinkel rechts und links der Rohrwaffenmitte begrenzt ist, der mindestens einem die maximale Flugdauer des abgefeuerten Geschosses berücksichtigenden, maximalen Vorhaltewinkel der Rohrwaffe (11) im Azimut bei Bekämpfung eines mit maximaler Geschwindigkeit quer zur Schußrichtung sich bewegenden Ziels entspricht, und daß beim Auslösen des simulierten Schusses die Schwenkung der Senderichtung von einer der Begrenzungskanten des Schwenkbereichs aus erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendelicht als eine Folge von Laserimpulsen erzeugt wird und die waffenspezifischen Informationen jedem Laserimpuls aufmoduliert werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserimpulse mit konstanter Taktrate gesendet werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Laserimpuls zusätzlich eine Information über seinen Sendezeitpunkt aufmoduliert wird und daß unter Verzicht auf die Übertragung der Schwenkwinkelinformationen die Schwenkwinkelinformationen im Ziel (13) aus den Informationen über die Sendezeitpunkte abgeleitet werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Informationen über den Sendezeitpunkt die Zeit zwischen der Auslösung des simulierten Schusses und dem Aussenden des jeweiligen Laserimpulses angegeben wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationen über den Sendezeitpunkt am Ausgang eines mit konstanter Frequenz getakteten Zählers abgenommen wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen von Rohrwaffe (11) und Ziel (13) mittels jeweils eines an diesen angeordneten, satellitengestützten Positionsbestimmungssystems, z.B. GPS oder DGPS, erfaßt werden.
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