DD300333A7 - Anordnung zur ständigen Überwachung des bodennahen Luftraumes durch passive Fremdortung von wärmestrahlenden tieffliegenden Objekten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung verfolgt das Ziel, fuer die Landesverteidigung ein zuverlaessiges System zur staendigen Ortung tieffliegender waermestrahlender Objekte (Marschflugkoerper) und damit Voraussetzungen fuer den sicheren Schutz des territorialen bodennahen Luftraumes zu schaffen. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine technische Anordnung so zu gestalten, dasz unter Verwendung von Strahlungsempfaengern auch bei Sonnenstrahlung eine zuverlaessige passive Fremdortung von Waermestrahlung aussendenden Objekten kontinuierlich moeglich ist. Diese Aufgabe wird so geloest, dasz nach operativ-taktischen Aspekten in der Naehe der Grenze und in der Tiefe eines regionalen oder kontinentalen Territoriums viele quasivertikale Ebenen erzeugt werden, die sich dem Gelaende gut anschmiegen und moeglichst geschlossene Flaechen ergeben. Die Strahlungsempfaenger einer Gruppe geben laufend Nullrichtungsimpulse und bei Ortung von Flugkoerpern Zielimpulse an eine Sofortauswertestation ab, in der die Berechnung der momentanen Koordinaten bzw. Bahnelemente der Flugkoerper erfolgen. Jede Auswertestation ist einerseits mit den zugehoerigen Strahlungsempfaengern und andererseits mit einer Zentrale informationstechnisch verbunden. Fig. 1

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung kann in der Landesverteidigung zur ständigen Überwachung des bodennahen Luftraumes territorialer Gebiete, insbesondere zur passiven Fremdortung von Marschflugkörpern, angewendet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für die ständige Überwachung des Luftraumes sind Radarstationen in Betrieb, die eine möglichst große Reichweite auch in das gegnerische Gebiet gewährleisten. Die Luftraumaufklärung stützt sich meist auffunkelektronische Mittel (Funk- und Richtfunkgeräte, Funkmeß- und Funknavigationstechnik), die elektromagnetische Energie abstrahlen und somit planmäßig gestört werden können, so daß ihre Nutzsignale dann kaum zu verwenden sind. Außerdem treten bei Funkmeßbeobachtungen Störungen infolge von Reflektieren an der Erdoberfläche auf, wenn in geringen bzw. exti em geringen Höhen (h < 100 m) die Aufklärung zu erfolgen hat.

Diese Nachteile der Luftverteidigungssysteme sollen die Marschflugkörper erfolgversprechend nutzen. Außerdem besteht ein wesentlicher Nachteil bekannter technischer Lösungen darin, daß aktive funkelektronische Mittel und Lasertechnik leicht zu orten sind und demzufolge zielgerichtet zerstört werden können.

Für die passive Ortung sind sowohl statische als auch dynamische Empfänger für Wärmestrahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, an sich bekannt.

In der Auslegungsschrift 2031971 und der Offenlegungsschrift 2511016 (BRD) wird eine Vorrichtung zur Überwachung eines größeren Luftraumes von einigen Steradiant auf Infrarot und Laserstrahlen angegeben, mit der innerhalb eines Warnsektors verschiedene kleine Teilraumwinkel ermittelt werden können.

Die Infrarot- bzw. Laserstrahlen gelangen über facettenartig ausgebildete und nach Bionenwabenart miteinander verbundene Objektlinsen auf entsprechende Detektoren. In der Auslegeschrift 2106887 (BRD) wird ein Sonnenschutz für die Empfangszellen der Infrarotstrahlung beschrieben.

Mit den bekannten Vorrichtungen zur Infrarotortung können Objekte, die aus der Sonnenrichtung kommen, nicht geortet werden. Es lassen sich mit ihnen auch nur Richtungen vom lokalen Standort des Strahlungsempfängers nach dem wärmestrahlenden Objekt bestimmen.

Für eine wirksame Abwehr eines Flugkörpers ist aber die Kenntnis seiner momentanen Bahnelemente (wie räumliche Koordinaten, Flugrichtung und Geschwindigkeit) eine wichtige Voraussetzung. Der entscheidende Mangel der bekannten technischen Lösungen ist es, daß es zur Zeit noch kein sicheres System zur ständigen Überwachung des bodennahen territorialen Luftraumes gibt.

Ziel der Erfindung

Es ist daher das Ziel der Erfindung, ein zuverlässiges System zur ständigen Ortung tieffliegender wärmestrahlender Objekte und damit Voraussetzungen für den sicheren Schutz des territorialen bodennahen Luftraumes zu schaffen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine technische Anordnung zur passiven Fremdortung von Wärmestrahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, aussendenden Objekten, insbesondere von Marschflugkörpern, unter Verwendung von Strahlungsempfängern anzugeben, so daß eine ständige und auch bei Sonneneinstrahlung zuverlässige Überwachung des bodennahen Luftraumes eines größeren Territoriums gewährleistet wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe so gelöst, daß um das zu überwachende regionale oder kontinentale Territorium (in der Nähe der Landesgrenze) und in seiner Tiefe vieh quasivertikale Ebenen erzeugt werden, die sich dem Gelände gut anschmiegen

und die vorzugsweise geschlossene, nach operativ-taktischen Aspekten festgelegte und im Kartengrundriß als etwakonzentrische Ringpolygone darstellbare Flächen bilden.

Zur Erzeugung einer Ebene dient jeweils ein an sich bekannter Strahlungsempfängei, mit dem die Richtungskomponenten des Vektors vom Strahlungsempfänger nach den wärmestrahlenden Flugobjakten bestimmt werden. Aus den ermittelten Richtungen von benachbarten koordinatenmäßig bekannten Standorten der Strahlungsempfänger können

die momentanen Koordinaten der Flugobjekte jeweils durch ein- oder mehrfaches räumliches Vorwärtseinschneiden nachbekannten geodätischen Verfahren bestimmt werden. Bei etwa paralleler Anordnung der Ebenen können zu verschiedenen

Zeitpunkten die momentanen Koordinaten der Flugobjekte und damit auch die Richtung und der Betrag ihrer Geschwindigkeiten

ermittelt werden.

Zur Eliminierung von Störeinflüsssen infolge Sonnenstrahlung wird der Umstand ausgenutzt, dall bei mehreren benachbarten Strahlungsempfängern eines Flächenabschnittes die Sonnenstrahlung nahezu ein und dieselbe Richtung hat. Damit ist

rechnerisch bzw. logisch eine Trennung von Stör- und Zielimpulsen möglich.

Die Strahlungsempfänger sind vorzugsweise stationär installiert nach operativ-taktischen Gesichtspunkten gruppenweise mit

jeweils einer Sofortauswertestation und mehrere Sofortauswertestationen mit einer Zentrale informationstechnisch verbunden.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Anordnung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1: die Anordnung in schematischer kartographischer Form unter operativ-taktischen Aspekten, Fig.2: das Blockschaltbild der informationstechnischen Verbindung einer Auswertestation mit mehreren

Strahlungsempfängern,

Fig.3: den Prinzipaufbau eines Strahlungsempfängers mit einem Rotationskörper und Fig. 4: den Prinzipaufbau eines Strahlungsempfängers mit unbeweglicher Optik und Fig. 5: die geometrischen Verhältnisse bei der Koordinatenbestimmung eines georteten Marschflugkörpers.

In der Nähe der Grenze 1 und in der Tiefe eines zu überwachenden Territoriums sind stationär mehrere möglichst geschlossene quasivertikale Flächen 2 mit zugehörigen Auswertestationen 3 und einer Zentrale 14 nach operativ-taktischen Gesichtspunkten angeordnet, Fig. 1.

Gemäß Fig.2 steht eine Auswertestation 3 mit mehreren Strahlungsempfängern 4 in ständiger Verbindung. Von den Strahlungsempfängern 4 werden laufend Nullrichtungsimpulse (Referenzimpulse bezüglich der Horizontalen), die gleichzeitig Kennungsimpulse sein können und zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit dar einzelnen Strahlungsempfänger 4 dienen, an die A'jswertestation 3 abgegeben. Außerdem geben einige benachbarte Strahlungsempfänger 4 im Falle der Aufnahme der von Flugkörpern abgegebenen Strahlung Zielimpulse an die Auswertestation 3 ab. Die Zeitdifferenz zwischen einem Nullrichtungsimpuls und dem darauf folgenden Zielimpuls ist dem Höhenwinkel von diesem Strahlungsempfänger 4 nach dem Flugkörper direkt proportional.

Zweckmäßigerweise besteht ein Strahlungsempfänger 4 gemäß Fig. 3 aus einem elektromotorischen Antrieb 5, einem Rotationskörper 6 mit zwei diametralen Strahlungsoptiken 7 und Strahlungsfiltern 8 sowie einem im Rotationszentrum liegenden Strahlungsempfangselement 9, einem Elektronikteil 10 und einer internen Miniaturstrahlungsquelle 11. Die horizontal angeordnete Rotationsachse des Strahlungsempfängers 4 ist die Normale der bei umlaufendem Rotationskörper 6 durch die optische Achse aufgespannten Vertikalebene. Trifft von der vorzugsweise im Bezugshorizont der Rotationsachse angeordneten Miniaturstrahlungsquelle 11 die Strahlung durch die Strahlungsoptik 7 auf das Strahlungselement 9, so wird im Elektronikteil 10 der Nullrichtungsimpuls erzeugt und an die Auswertestation 3 abgegeben. Gelangt von einem die Vertikalebene passierenden Flugkörper Strahlung (z. B. Infrarot- oder Wärmestrahlung) durch die Strahlungsoptik 7 auf das Strahlungselement 9, so wird ein Zielimpuls im Elektronikteil 10 erzougt und ebenfalls an die Auswertestation 3 abgegeben. Die Zeitdifferenz zwischen den Vorderflanken dieser beiden Impulse ist dem gesuchten Höhenwinkel proportional.

In der Zeichnung nicht dargestellte Modifikationen eines Strahlungsempfängers 4 können im Rotationskörper auch mehrere parallele oder divergierende Strahlungsoptiken besitzen, wodurch verschiedene charakteristische Merkmale des Flugkörpers erfaßbar wären.

Ein Strahlungsempfänger 4 mit unbeweglicher Strahlungsoptik 7 besteht gemäß Fig. 4 aus einer Vielzahl z. B. halbkreisförmig angeordneter Strahlungsoptiken 7 mit den zugehörigen Filtern 8 und Strahlungsempfangselementen 9 sowie aus einem Impulsgenerator 12 und einem Ringzähler 13. Der Impulsgenerator 12 erzeugt Zählimpulse, die den Ringzähler 13 ansteuern. Der zweite bis n-te Ausgang des Ringzählers 13 dienen der Abfrage des η-ten Strahlungeempfangselementes 9 (m = η -1). Die vom ersten Ausgang des Ringzählers 13 kommenden Impulse dienen als Nullimpulse (und können ebenfalls als Kennungsimpulse des jeweiligen Strahlungsempfängers 4 genutzt werden) und werden an die Auswertestation 3 übertragen. Trifft ein vom zweiten bis η-ten Ausgang des Ringzählers 13 abgegebener Impuls auf ein durch Strahlungseinwirkung angeregtes Strahlungsempfangselement 9, so wird ein Zielimpuls an die Auswertestation 3 übertragen. Die Auswertung der Impulsfolge erfolgt in der bereits beschriebenen Art.

Die rotierende hat gegenüber der unbeweglichen Strahlungsoptik 7 den Vorteil einer höheren Ortungsgenauigkeit und eines geringeren Aufwandes an elektronischen und optischen Bauelementen. Als Nachteil-"! bestehen der höhere Energiebedarf für den elektromotorischen Antrieb sowie in der Notwendigkeit einer Wartung der bewegten Teile.

Aus den Ephemeriden der Sonne lassen sich nach bekannten astronomisch-geodätischen Verfahren die Einfallswinkel der Sonnenstrahlung für jeden Standort der Strahlungsempfänger 4 exakt berechnen und damit Störimpulse infolge Sonneneinstrahlung auf rechnerischem Wege eliminieren. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht

aber darin, daß benachbarte Strahlungsempfänger 4 bei Sonneneinstrahlung immer Störimpulse liefern, die ein und demselben Winkel adäquat sind. Wenn außer der Sonneneinstrahlung noch Strahlung von einem Flugkörper in einen Strahlungsempfänger 4 gelangt, so wird auch an die Auswertestation 3 neben dem Nullrichtungsimpuls und dem Störimpuls (Sonne) zusätzlich ein dritter Impuls (Flugkörper) abgegeben. Geben z. B. ein Strahlungsempfänger 4 und sein linker benachbarter Strahlungsempfänger 4 keinen dritten Impuls ab, weil der Stör- und Zielimpuls identisch sind, dann liefert der rechte benachbarte Strahlungsempfänger 4 aber einen dritten Impuls (Zielimpuls). Aus der Größe des Winkels, der vom ungestörten Strahlungsemp. jnger 4 abgeleitet wird, kann gescchlußfolgert werden, welcher benachbarte Strahlungsempfänger 4 (z. B. linker oder rechter) gestört wird. Daraus ergibt sich, daß eindeutig der Zielimpuls des ungestörten und der Störimpuls (verdeckter bzw. überlagerter Zielimpuls) des selektierten gestörten Strahlungsempfängers 4 zur Ortung herangezogen werden können.

In einfachster Form wird nachfolgend die Koordinatenberechnung eines georteten Marschflugkörpers M, Fig. 5.. angegeben. Die Orte Si und S₂ zweier Strahlungsempfänger müssen in kartesischen Koordinaten (x, y, z) bekannt sein, wobei mit ζ die Abstände über einer Höhenbezugsfläche bezeichnet sind. Die Strahlungsempfänger Si und S₂ sind so aufeinander ausgerichtet, daß ihre optischen Achsen ein und derselben Ebene angehören.

Gegeben: S₁ (xt,yi,Z|)undS₂(x₂,y₂,z₂)

Gemessen: φ, und <p₂ (Höhenwinkel)

Gesucht: M (χμ,Υμ,ζμ).

Lösung: s =y x_t-x_i)⁷ + {Y

Z₂-Zi

δ = arctan

β =φ₂-δ

_b S sin β

sin δ sin (α+ β) ρ lbcos<p, I

t = arctan

x_M = x, + pcost Ym =Vi + psint z_M =z, +b sin φι

Vorzugsweise ist die Anordnung der Strahlungsempfänger auf solchen Punkten vorzusehen, die bereits koordinatenmäßig bekannt sind, im Gelände frei stehen, lange Flächen zusammenhängender Ebenen ergeben, dem Menschen normalerweise nicht zugänglich sind und einen Blitzschutz haben. Besonders geeignet sind damit Masten von Hochspannungsleitungen und von elektrischen Eisenbahnstrecken. Im oberen Teil der Masten könnten die Strahlungsempfänger dauerhaft befestigt werden. Alle Strahlungsempfänger in einem stationären Überwachungsabschnitt könnten vorzugsweise durch Kabelverbindung mit einer Auswertestation verbunden sein. Von der Auswertestation erfolgen die Stromversorgung, Überwachung und Wartung der Strahlungsempfänger, welche wiederum ständig ihre Kennungsimpulse und im Falle der Fremdortung eines Marschflugkörpers zusätzlich Impulse zur rechnerischen Auswertung an die Auswertestation liefern. In der Auswertestation befindet sich eine elektronische Recheneinrichtung, in der alle kartesischen Standortkoordinaten der zugehörigen Strahlungsempfänger gespeichert sind, so daß das Ortungsergebnis sofort in vollständiger numerischer Form ermittelt werden kann. Damit ist die unmittelbare Übertragung an eine Zentrale und die Inbetriebnahme eines geeigneten automatischen Abwehrsystems möglich. Im mobilen Betrieb müssen die Strahlungsempfänger separat eine Stromversorgung und eine Sendeeinrichtung zur Impulsübertragung an die Auswertestation haben. Die Koordinaten ihres Standortes sind durch geodätische Messungen und Berechnungen zu ermitteln. Für diese Messungen sind moderne elektronische Tachymeter besonders geeignet, die noch zusätzlich mit einer an sich bekannten Vorrichtung zur automatischen Datenfernübertragung über einen Funkkanal an die Auswertestation ausgerüstet sind.

Mittels einer geeigneten Vorrichtung könnten die Strahlungsempfänger im mobilen Einsatz z. B. auch von Hubschraubern aus abgelassen werden. Der Ort des Hubschraubers über dem jeweiligen Strahlungsempfänger ließo sich dann koordinatenmäßig bestimmen, und zwar ebenfalls mittels geodätischer Verfahren (z.B. räumliches Vorwärtseinschneiden). Falls es für den stationären Fall aus operativ-taktischen Gründen notwendig ist, könnten die Strahlungsempfänger natürlich auch bodengleich eingebaut werden. Insbesondere eignen sich dazu freie Stellen an Flußläufen odor Verkehrswegen.

Claims (2)

1. Anordnung zur ständigen Überwachung des bodennahen Luftraumes durch passive Fremdortung von wärmestrahlenden tieffliegenden Objekten, insbesondere von Marschflugkörpern, unter Verwendung von Strahlungsempfängern, die in der Brennebene ihrer Eingangsoptik einen Detektor und zwischen der Eingangsoptik einen Detektor und dem Detektor ein auf die Wellenlänge der Wärmestrahlung des zu ortenden Objektes abgestimmtes Spektralfilter besitzen, gekennzeichnet dadurch, daß an der Grenze und in der Tiefe eines zu überwachenden regionalen oder kontinentalen Territoriums viele quasivertikale Ebenen erzeugt werden, die sich dem Gelände gut anschmiegen und die vorzugsweise jeweils geschlossene, nach operativ-taktischen Aspekten festgelegte und im Kartengrundriß als etwa konzentrische Ringpolygone darstellbare Flächen bilden, wobei die Ebenen durch an sich bekannte Strahlungsempfänger erzeugt werden, welche gruppenweise mit jeweils einer Sofortauswertestation und mehrere Sofortauswertestationen mit einerZentrale informationstechnisch verbunden sind.

2. Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Strahlungsempfänger vorzugsweise im stationären Einsatz und auf koordinatenmäßig bekannten Punkten fest installiert sind.