EP1225413A1 - Method for inherent target reconnaissance - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur inhärenten Zielaufklärung im Zielgebiet für Flugkörper, insbesondere Artillerieraketen, Geschosse od.dgl., und gegebenenfalls zur Flugbahnkorrektur von nachfolgenden Flugkörpern, sowie ein Waffensystem hierfür.The invention relates to an inherent method Target reconnaissance in the target area for missiles, in particular Artillery rockets, projectiles or the like, and if necessary for trajectory correction of subsequent missiles, as well a weapon system for this.
Taktische Aufklärungssysteme sammeln ihre Information mittels Aufklärungs-Satelliten, -Flugzeugen, -Drohnen oder Beobachterposten. Diese Information wird zu Aufklärungszentralen weitergeleitet, wo sie bewertet und weiterverteilt wird. Über militärische Führungssysteme werden die Waffensysteme mit der für sie wichtigen Information, im betrachteten Fall die Artilleriestellung mit dem Feuerkommando, versorgt. Die Information muß einen weiten Weg zurücklegen und ist daher beachtlich verzögert, wenn sie beim Bediener des Waffensystems ankommt. Durch diese Verzögerung entstehen besonders im bewegten Zielszenario beachtliche Zielortungsfehler, die 100m und noch großer sein können. Außerdem müssen sich Aufklärungssysteme, wenn sie aktuelle Informationen liefern wollen, im Aufklärungsgebiet selbst exponieren. Dadurch werden sie verwundbar und auch vom Gegner schon nach kurzer Zeit ausgeschaltet.Tactical reconnaissance systems collect their information using reconnaissance satellites, planes, drones or Observation post. This information becomes too Information centers forwarded where they assessed and is redistributed. About military command systems the weapon systems with the important for them Information, in this case the artillery position with the fire command. The information must be one travel a long way and is therefore considerably delayed, when it arrives at the weapon system operator. By this delay arises especially in the moving Target scenario considerable target location errors, the 100m and can be even bigger. Also need to Reconnaissance systems if they provide current information want to expose themselves in the educational area. Thereby they become vulnerable and even after a short time Time off.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Waffensystem der oben genannten Art zu entwickeln, mit welchem die Situation/Lage in einem Zielgebiet schnell und exakt ermittelt werden kann, auch wenn es ausserhalb des Sichtfeldes der Feuerleitstelle liegt, und mit welchem eine situationssorientierte Korrektur der Flugbahn der Flugkörper möglich ist.The present invention is based on the object Procedure and a weapon system of the type mentioned above develop with which the situation / situation in one Target area can be determined quickly and accurately, too if it is outside the field of vision of the fire control center lies, and with which a situation-oriented Correction of the flight path of the missile is possible.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass der Flugkörper zumindest eine Bildsequenz, bestehend aus zumindest einem Bild vom Zielgebiet, aufnimmt, diese Bildsequenz von zumindest einem nachfolgenden Flugkörper empfangen und an eine Feuerleitstelle weitergegeben wird.The missile accomplishes this task at least one image sequence consisting of at least one Image of the target area, takes this image sequence from received and received at least one subsequent missile a fire control center is passed on.
Gelenkte Artilleriemunition ermöglicht eine Präzision von wenige Metern. Der Vorteil dieser Treffgenauigkeit ist jedoch nur dann voll nutzbar, wenn auch die Zielaufklärung entsprechend genau ist, d.h. der Zielortungsfehler ebenfalls nur wenige Meter beträgt. Dies wird möglich, wenn das Waffensystem während des Bekämpfungszyklus die Zielaufklärung nachvollziehen, aktualisieren und in die entsprechenden Bahnkorrekturen veranlassen kann. Dies ist die grundlegende Idee für die Inhärente Aufklärungseinrichtung für Artilleriesysteme, die für die GPS1-basierte Korrektur der Flugbahn von Artillerieraketen (Patentanmeldung DE 44 01 315 A 1, DE 198 45 611 A 1) nachstehend beschrieben wird.Guided artillery ammunition enables a precision of a few meters. However, the advantage of this accuracy can only be fully exploited if the target reconnaissance is correspondingly accurate, ie the target location error is also only a few meters. This becomes possible if the weapon system can understand the target reconnaissance, update it and initiate the appropriate path corrections during the combat cycle. This is the basic idea for the Inherent Artillery Reconnaissance System that is used for the GPS 1 -based correction of the trajectory of artillery rockets (patent application DE 44 01 315 A1, DE 198 45 611 A1) is described below.
Basierend auf dem herkömmlichen Feuerkommando, dem ein Zielortungsfehler über 100m zugrunde liegen kann, wird eine Raketenserie von 6 bis 12 Raketen, zeitlich gestaffelt, gestartet. Die Raketen enthalten eine Einrichtung zur Flugbahnkorrektur (beispielsweise beschrieben in der DE 44 01 315 A1), die sich der Satellitennavigation bedient und die aktuelle Position mit einem GPS-Empfänger ermittelt. Erreicht die erste Rakete das Zielgebiet, so nimmt sie mit einer abbildenden Kamera, z.B. CCD-Kamera, Bilder vom Zielgebiet auf. Diese Aufnahmen werden mit einem Zeitstempel, mit der ID-Nummer der Rakete, der Position und der Geschwindigkeit, sowie der Rollage versehen und zurück zum Raketenwerfer übertragen. Für die Rollagenbestimmung ist an ein Verfahren gedacht, welches beispielsweise in der DE 195 00 993 A1 oder der DE 195 20 115 A1 beschrieben ist.Based on the conventional fire command, the one A target location error over 100m can be used Rocket series from 6 to 12 rockets, staggered in time, started. The missiles contain a facility for Trajectory correction (described for example in DE 44 01 315 A1), which uses satellite navigation and the current position determined with a GPS receiver. If the first missile reaches the target area, it takes it with it an imaging camera, e.g. CCD camera, pictures from Target area. These recordings are made with a Time stamp, with the rocket ID number, position and the speed, as well as the rollage and back transferred to the rocket launcher. For the rollage determination is intended for a process which is used, for example, in the DE 195 00 993 A1 or DE 195 20 115 A1.
Da die Rakete zu diesem Zeitpunkt bereits eine geringe Flughöhe erreicht hat, ist eine direkte Sicht zum Werfer nicht mehr gegeben. Deshalb werden die übrigen Raketen der Serie als Relaisstationen für die Funkübertragung genutzt. Die Antennen an den Raketen haben eine Rundumcharakteristik. Da der Abstand zwischen den einzelnen Raketen gering und unverbaut ist, besteht für den Empfang eine gutes Signal-zu-Rausch-Verhältnis auch im elektromagnetisch gestörten Umfeld. Die Charakteristik der Antenne am Werfer ist gerichtet und auf den Erwartungssektor der Raketen eingewiesen. Durch den so verbesserten Antennengewinn wird einerseits die Übertragung über die größere Distanz ermöglicht und andererseits die Störbarkeit beachtlich unterdrückt. Because the rocket was already a minor at this point Has reached flight altitude is a direct view of the launcher no longer exist. Therefore, the remaining missiles of the Series used as relay stations for radio transmission. The antennas on the missiles have one Omnidirectional. Because the distance between each Missile is small and unobstructed, there is reception a good signal-to-noise ratio even in electromagnetic interference environment. The characteristic of The antenna on the launcher is aimed and pointed at the Expected sector of missiles briefed. Because of that The transmission will be improved on the one hand enabled over the greater distance and on the other hand the Disturbability significantly suppressed.
Die übertragenen Einzelbilder werden für den Bediener des Waffensystems zu einem Gesamtbild zusammengefaßt und an einem Bildschirm dargestellt. Der Bediener bewertet nun die neue Lage, kann Einzelziele oder den Zielschwerpunkt durch Markieren mit einem Pointer auswählen und als neues Feuerkommando an die Raketen der Serie senden. Nach Erhalt der aktualisierten Zielinformation kann der Korrekturmodul der Rakete die notwendigen Flugbahnänderungen vornehmen. Da jede Rakete gleich ausgestattet ist, kann die Aufklärung wiederholt durchgeführt und mit den letzten beiden Raketen sogar eine Überprüfung der Wirkung auf dem Gefechtsfeld vorgenommen werden.The transferred individual images are for the operator of the Weapons system summarized and an overall picture represented on a screen. The operator now evaluates the new location, can achieve individual goals or focus Select with a pointer and select as new Send fire command to the series missiles. After receiving the updated target information can the correction module the missile make the necessary trajectory changes. There every missile is equally equipped, the reconnaissance performed repeatedly and with the last two missiles even an impact check on the battlefield be made.
Für die Inhärente Aufklärung werden für die Rakete und für den Raketenwerfer Zusatzeinrichtungen notwendig. Diese sind für die Rakete:
- Sender/Empfänger mit Antenne
- Abbildender Sensor (CCD-Kamera); eventuell mit Ministellsystem zum Richten des Sensors und mit Mikrostellsystem zum Stabilisieren
- Einrichtung zur Bilddatenkompression
- Datenpuffer für empfangene Meldung
- Zusätzliche Software für die Steuerung von Sensor und Funkübertragung, Aktualisierung der Korrekturalgorithmen
- Transmitter / receiver with antenna
- Imaging sensor (CCD camera); possibly with mini-positioning system for straightening the sensor and with micro-positioning system for stabilization
- Device for image data compression
- Data buffer for received message
- Additional software for the control of sensors and radio transmission, updating of the correction algorithms
Die Bedienerkonsole des Raketenwerfers wird ergänzt:
- Sender/Empfänger mit
- ausrichtbarer Antenne
- Bildschirm und Bedienpult
- Zusätzliche Software für die Steuerung von Antenne und Funkübertragung, Bedienfunktionen
- Transmitter / receiver with
- adjustable antenna
- Screen and control panel
- Additional software for the control of antenna and radio transmission, operating functions
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese
zeigt in
In Figur 1 ist ein Raketenwerfer 1 mit einer nicht näher
gekennzeichneten Feuerleitstelle dargestellt. Von diesem
Raketenwerfer 1 sind gerade drei Raketen 2.1, 2.2 und 2.3
abgefeuert worden. Die vorderste Rakete 2.3 nähert sich
einem Zielgebiet 3, in welchem drei gegnerische Panzer
angedeutet sind. Die Flugbahn 4 der Raketen 2.1 bis 2.3
wird durch Satellitennavigation (GPS - Satelliten 5.1 -
5.4) an Bord der Rakete vermessen. In Figure 1, a
Gestrichelt ist die Antennenkeule 6 für die Feuerleitstelle
1 angedeutet, in welcher die Feuerleitstelle 1 Signale
empfangen bzw. in welcher die Raketen 2.1 und 2.2 Signale
von der Feuerleitstelle 1 erhalten können.The
Für das erfindungsgemässe Verfahren ist es notwendig, die
Feuerleitstelle 1 mit einer Bedienkonsole 7 entsprechend
Figur 2 auszustatten. Vor allem weist diese Bedienkonsole 7
einen Bildschirm 8 auf, auf dem eine kartenbezogene
Zielgebietsdarstellung 9 erfolgen kann.For the method according to the invention, it is necessary that
Gemäss Figur 4 steht diese Bedienkonsole 7 mit einem
Rechner 10 in Verbindung, in welchem Signale von einem
Empfänger 11 verarbeitet werden können. Von dem Rechner 10
können aber auch wiederum Signale über einen Sender 12
ausgesandt werden, wobei Empfänger und Sender über einen
Antennenumschalter 13 mit einer Antenne 14 verbunden sind
sowie gegebenenfalls für die Antenne 14 ein Richtantrieb 15
vorgesehen ist.According to Figure 4, this
Raketenseitig sind neben dem Bordrechner 16 und dem GPS-Empfänger
17 gemäss Figur 3 ebenfalls eine
Zusatzausrüstungen notwendig. Dieser GPS-Empfänger kann
entweder mit einer eigenen Antenne ausgestattet oder aber
auch über eine Antennenweiche 18 über einen
Antennenumschalter 19 mit einer Antenne 20 verbunden sein.On the missile side, in addition to the on-
Ferner ist dem Bordrechner 16 ein Abbildungssensor,
insbesondere eine CCD-Kamera 21 zugeordnet. Diese Kamera 21
gibt ihre Daten über eine Datenkompression 22 in den
Bordrechner 16 ein, der wiederum die Datenflusssteuerung 23
zum Sender 24 und zum Antennenumschalter 19 vornimmt.Furthermore, the on-
Ferner ist dem Bordrechner 16 ein Empfänger 25 mit
nachgeschaltetem Datenpuffer 26 zugeordnet, wobei letzterer
die Daten so lange speichert, bis sie über die
Datenflusssteuerung 23 weitergeleitet werden. Dieser
Vorgang wird durch den Bordrechner überwacht.The on-
Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung wird insbesondere anhand der Figuren 1 und 5 bis 7 näher erläutert:The operation of the present invention will in particular with reference to Figures 1 and 5 to 7 explains:
Der Werfer 1, befehligt von der Feuerleitstelle, beginnt
mit dem Starten der Raketen 2.1 bis 2.3. Diese fliegen auf
der Flugbahn 4, wobei ihre Flugbahn durch
Satellitennavigation an Bord vermessen.The
Gemäss Figur 5 wird angenommen, dass die Rakete mit einer
Bahnneigung von 45° und einer Geschwindigkeit von 300 m/s
sich dem Zielgebiet nähert. Als abbildender Sensor wird
eine CCD-Kamera mit einem Sehfeld 12° x 8° eingesetzt. Mit
640 x 480 Pixel wird eine Auflösung von 0.3 m bis 0.15 m
erreicht. Schon mit 16 Aufnahmen wird eine trapezförmige
Fläche 27 einer hinteren Breite b von 800 m, einer vorderen
Breite b1 von 400 m und einer Länge 1 von 400 m innerhalb
einer Zeit t von 2 Sekunden beobachtet. Obgleich die Rakete
mit etwa 10 Umdrehungen pro Sekunde rollt, werden mit einer
kurzen Belichtungszeit von 1 µs auch ohne Stabilisierungsmassnahmen
ausreichend scharfe Bilder möglich. Die
Bewegungsunschärfe beträgt weniger als 0,2 Pixel.According to FIG. 5, it is assumed that the rocket approaches the target area with a 45 ° inclination and a speed of 300 m / s. A CCD camera with a 12 ° x 8 ° field of view is used as the imaging sensor. A resolution of 0.3 m to 0.15 m is achieved with 640 x 480 pixels. A
Soll bei einer längeren Belichtungszeit von 100 µs eine Bildstabilisierung zum Ausgleich der Bildumschärfe infolge der Rollbewegung erfolgen, so ist hierfür ein Mikrostellsystem der CCD-Kamera zugeordnet, welches den Strahlengang bzw. die Bildfläche entsprechend nachrichtet. Entsprechend der vorausberechneten Bahneigung über dem Aufklärungsgebiet wird die optische Achse der Kamera durch ein Ministellsystem, z. B. einen Elektromotor, bereits während des Anfluges voreingestellt.Should a longer exposure time of 100 µs Image stabilization to compensate for image blurring as a result the roll movement take place, so this is a Micro positioning system assigned to the CCD camera, which the Beam path or the image area accordingly. According to the predicted course inclination above the Clarification area is through the optical axis of the camera a mini positioning system, e.g. B. an electric motor already preset during the approach.
In Figur 6 ist der Zeitablauf der Datenerfassung, -
verarbeitung und - übertragung über der Zeit t eingetragen.
Sobald aus den Daten des GPS-Empfängers 17 erkannt wird,
dass das Zielgebiet 3 erreicht wird, wird die Aufklärung
gestartet. Während einer Umdrehung U1, U2 wird dabei
höchstens eine Aufnahme gemacht. Es bleibt daher zwischen
zwei Aufnahmen aureichend Zeit für die Bilddatenkompression
und die Funkübertragung. Mit 1, 2 und 3 sind die
Bildaufnahmen gekennzeichnet. Nach der Bildaufnahme 28 für
das erste Bild erfolgt eine Datenkompression 29 und nach
einer Zeitreserve 30 eine Funkübertragung 31. Bis zum
zweiten Bild steht eine weitere Zeitreserve 32 zur
Verfügung.The time sequence of data acquisition, processing and transmission over time t is entered in FIG. As soon as it is recognized from the data of the
Die Funkübertragung bedient sich der Spreizband-Technik. Diese ist sehr robust gegenüber elektromagnetischer Störung und zeichnet sich durch eine sehr geringe spektrale Leistungsdichte aus. Ferner gibt es nur eine Trägerfrequenz für das Waffensystem. Die Kanaltrennung erfolgt durch das Spreizsignal, das im Hinblick auf eine maximale Anzahl von Kanälen optimiert wird. Das Spreizsignal wird vom Waffensystemrechner abhängig von einer ID-Nummer des Werfers für die Schussserie festgelegt.The radio transmission uses the spreading band technology. This is very robust against electromagnetic interference and is characterized by a very low spectral Power density off. There is also only one carrier frequency for the weapon system. The channels are separated by the Spreading signal that with regard to a maximum number of Channels is optimized. The spread signal is from Weapon system computer depending on an ID number of the Thrower set for the shot series.
Die Funkübertragung innerhalb einer Serie erfolgt zeitgesteuert, basierend auf der GPS-Zeit (siehe Figur 7). Hier ist die Funkübertragungszeit der einzelnen Raketen 2.1 bis 2.3 dargestellt. Alle Empfänger sind auf Empfang voreingestellt. Steht das erste Bild von der aufklärenden Rakete 2.3 zur Übertragung an, wird synchronisiert auf die GPS-Zeit die Funkübertragung gestartet. Dabei hat die aufklärende Rakete 2.3 Vorrang vor den nachfolgenden Raketen. Nachdem die Übertagung von der aufklärenden Rakete 2.3 auf die nachfolgende Rakete 2.2 bzw. 2.1 abgeschlossen ist, geben die Sender der nachfolgenden Raketen die empfangene Information weiter. Damit es hier nicht zu Sendekollisionen kommt, senden die nachfolgenden Raketen mit zunehmenden Wartezeiten 33.1 und 33.2. Ausserdem darf nur gesendet werden, wenn gerade kein Empfang ansteht.The radio transmission takes place within a series time-controlled, based on the GPS time (see Figure 7). Here is the radio transmission time of each rocket 2.1 shown to 2.3. All recipients are on reception preset. There is the first picture of the enlightening Missile 2.3 for transmission is synchronized to the GPS time the radio transmission started. The reconnaissance missile 2.3 takes precedence over the following Missiles. After the transfer of the reconnaissance missile 2.3 completed on the subsequent rocket 2.2 or 2.1 is, the transmitters of the subsequent rockets give the received information further. So it is not too here Send collisions come, send the subsequent missiles with increasing waiting times 33.1 and 33.2. In addition, may can only be sent if there is currently no reception.
Bei einer Trägerfrequenz von 2-4 GHz ist eine Datenrate von über 2 MHz möglich. Höhere Trägerfrequenzen und somit auch hohe Datenraten sind möglich. Nach erfolgter Datenkompression kann die Information in einem Zeitintervall von 10 ms bis 20 ms übertragen werden.With a carrier frequency of 2-4 GHz, a data rate of possible over 2 MHz. Higher carrier frequencies and therefore also high data rates are possible. After done Data compression can be the information in one Time interval from 10 ms to 20 ms can be transmitted.
Die Steuerung der Funkkommunikation erfolgt positionsabhängig, synchron mit der GPS-Zeit bzw. synchron zur Bordzeit, im eingeschränkten Rückstufungsbetrieb dann, wenn die GPS-Zeit nicht verfügbar ist. Hat der Bediener im Werfer eine Zielauswahl vorgenommen, so berechnet der Waffensystemrechner das aktualisierte Feuerkommando und sendet dieses unmittelbar an die übrigen Raketen der Schusserie. Durch ein weites Zeitfenster, in dem gesendet werden darf, wird auch hier Funkkollision ausgeschlossen.The radio communication is controlled position-dependent, synchronous with the GPS time or synchronously at the time of the board, in the restricted downgrade operation then, if the GPS time is not available. Has the operator in the Thrower made a target selection, so calculated Weapon system calculator the updated fire command and sends this directly to the other missiles of the Schu series. Through a wide window of time in which sent radio collision is also excluded here.
Die Sendeeinrichtung an Bord der Rakete kann bei Test-Schiessen und Losabnahme-Schiessen auch als Telemetriesender verwendet werden.The transmitter on board the missile can be used for test shooting and lottery shooting also as Telemetry transmitters are used.
Claims (11)
dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkörper (2.3) eine Bildsequenz, bestehend aus zumindest einem Bild vom Zielgebiet, aufnimmt, diese Bildsequenz von zumindest einem nachfolgenden Flugkörper (2.1, 2.2) empfangen und an eine Feuerleitstelle (1) weitergegeben wird.Methods for inherent target reconnaissance in the target area (3) for missiles (2.1, 2.2, 2.3), in particular artillery missiles, projectiles or the like, and, if necessary, for correcting the trajectory of subsequent missiles,
characterized in that the missile (2.3) records an image sequence consisting of at least one image of the target area, this image sequence is received by at least one subsequent missile (2.1, 2.2) and passed on to a fire control center (1).
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DE10119331 | 2001-04-19 |
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