Reichert, Curt (Brementhaler Strasse 5, Heimbach, D-5169, DE)

EP19900115901

05/18/1994

08/20/1990

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SenSys AG (Im Ziel 122, Kaiserstuhl, CH-8434, CH)

(IPC1-7): F42C13/06

DE3101722A
FR2495762A
GB2108246A
3614723				AIMING ARRANGEMENT
3902172				Infrared gated radio fuzing system

Döring, Dr. Ing. Wolfgang (Mörikestrasse 18, Düsseldorf, 40474, DE)

1. A device for detecting objects and for causing a ground-to-air mine to be fired at them, said device being suitable for helicopter combat and having a microphone (40) sensitive with respect to helicopter noise,
characterized by
an infrared sensor (44) having a directional characteristic (3, 20) which is adjusted to the spreading range of said ground-to-air mine, and
electronic evaluation means for analysing the helicopter noise and for causing said ground-to-air mine to be fired when a predetermined intensity is reached and the infrared sensor (44) simultaneously reacts.

2. The device according to claim 1, characterized in that said electronic evaluation means divides the signals generated by said microphone (40) and/or said infrared sensor (44) into different branches, evaluates the same separately, and feeds the same to a comparator (42) and then to a logical combining member (43).

3. The device according to claim 2, characterized in that said electronic evaluation means divides the signals generated by said microphone (40) into a branch of 5-40 Hz and a branch of 200-1000 Hz.

4. The device according to one of the preceding claims, characterized in that said infrared sensor (44) has a sensitivity distribution according to which a plurality of segments (30) of maximun sensitivity is located within an active cone (20).

5. The device according to one of the claims 1 to 3, characterized in that said infrared sensor (44) has a beam-like directional club (3) aligned with a direction of fire of said ground-to-air mine.

6. The device according to one of the preceding claims, characterized in that said microphone (40) is a directional microphone directed to a target area and having a conical acoustic directional characteristic (2) and defining a target field with its acoustic directional characteristic (2).

7. The device according to claim 6, characterised in that said directional club (3) is narrow relative to said acoustic directional characteristic (2), and in that said directional club extends in the centre of the target field of said acoustic directional characteristic (2).

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Zielerkennung und Abschußauslösung für abzufeuernde Boden-Luft-Minen bei der Hubschrauberbekämpfung mit einem für Hubschraubergeräusche empfindlichen Mikrofon. Mit Boden-Luft-Mine wird eine Abwehrmine bezeichnet, die vom Boden abgefeuert wird, jedoch ein fliegendes Objekt, beispielsweise einen Hubschrauber, bekämpft.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der EP-A-0 152 516 bekannt. In dieser Veröffentlichung ist eine Boden-Luft-Mine beschrieben, die eine rein akustische Ortungsvorrichtung besitzt. Diese Ortungsvorrichtung weist vier elektroakustische Wandler auf, die als Mikrofone mit Rundumcharakteristik ausgebildet sind.

Akustische Vorrichtungen zur Waffenauslösung sind ferner in der DE-A-31 01 722 und FR-A-2 495 762 beschrieben. Die in der erstgenannten Veröffentlichung beschriebene Vorrichtung weist einen Schallaufnehmer auf, beispielsweise ein Mikrofon oder ein Piezoelement. Die zuletzt genannte Veröffentlichung betrifft eine Zündschaltung, insbesondere für eine Mine, welche einen akustischen Detektor sowie einen weiteren Detektor aufweist. Bei dem weiteren Detektor kann es sich um einen Näherungsdetektor handeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für die Zielerkennung und den Abschuß einer solchen Boden-Luft-Mine zu schaffen, die sich durch eine besonders große Einfachheit und Funktionssicherheit sowie einen geringen Energieverbrauch auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Merkmale gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-7 dargelegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung verknüpft die Vorteile einer Mine, die autonom ist und unauffällig plaziert werden kann, mit moderner Elektronik und Sensorik und macht folglich diese Mine in der dritten Dimension nutzbar. Die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstete Boden-Luft-Mine wird starr aufgestellt. Eine Nachführung findet nicht statt. Es müssen folglich einige Minen nebeneinander mit verschiedenen Schußrichtungen aufgestellt werden, um einen Luftraum zu einem vorgegebenen Teil abzudecken. Die Dichte der Aufstellungen und die Streuwirkung des Geschosses entscheiden über die Wirksamkeit des in der dritten Dimension funktionierenden Minengürtels.

Erfindungsgemäß kann mit einem einzigen Mikrofon gearbeitet werden. Die aufgenommenen Geräusche werden auf die für Hubschrauber typische Struktur analysiert. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt nicht eine akustische Ortung, sondern vielmehr eine akustische Erkennung. Diese akustische Erkennung definiert gleichsam eine zweite Phase, in der der Infrarotsensor und die entsprechende Elektronik beigeschaltet werden und in der auch die dritte Phase, nämlich der Abschuß, erfolgt.

In Weiterbildung der Erfindung spaltet die elektronische Auswerteeinrichtung die vom Mikrofon und/oder Infrarotsensor erzeugten Signale in verschiedene Zweige auf, bewertet diese getrennt, führt sie einem Komparator und dann einer logischen Verknüpfung zu. Bei einer speziellen Ausführungsform spaltet die elektronische Auswerteeinrichtung die vom Mikrofon erzeugten Signale in einen Zweig von 5 - 40 Hz und einen Zweig von 200 - 1000 Hz auf. Der zuerst genannte Bereich entspricht einem Schallfrequenzbereich (Infraschall), der durch den drehenden Rotor eines Hubschraubers verursacht wird, während in dem an zweiter Stelle genannten Bereich die Maschinengeräusche des Hubschraubers liegen. Nur wenn Signale beider Frequenzbereiche vorhanden sind sowie der Infrarotsensor anspricht, wird ein Abschuß bewirkt. Mit anderen Worten, bei der erfindungsgemäßen Lösung nimmt die Auswerteelektronik eine Aufspaltung in mehrere Bereiche vor, und die Mine wird nur dann gezündet, wenn Signale erzeugt werden, die in diese für Hubschrauber charakteristische Frequenzbereiche fallen. So ist der vorstehend erwähnte Frequenzbereich von 5 - 40 Hz, der das durch die Rotordrehung entstehende Geräusch repräsentiert, für Hubschrauber besonders charakteristisch.

Durch die vorstehend erwähnte Aufteilung in mehrere Frequenzbereiche und die anschließende logische Verknüpfung werden Fehlauslösungen weitgehend vermieden, da auf diese Weise die Zahl der Kriterien erhöht wird, die für ein Auslösen der Mine erfüllt sein müssen. An jedem Zweig muß somit ein Signal anliegen, bevor ausgelöst wird.

Was die Ausbildung des Infrarotsensors anbetrifft, so besitzt bei einer Ausführungsform der Erfindung dieser eine strahlenförmige Richtkeule, in deren Richtung die Boden-Luft-Mine abfeuerbar ist. Der Begriff "Richtkeule" bezeichnet die Empfangscharakteristik eines Infrarotsensors oder eines Aggregates aus Infrarotsensoren. Sie ist im Funktionsbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung mehr oder weniger keulenförmig. Die Empfindlichkeit nimmt zur Achse hin zu.

Der Infrarotsensor muß mit einer Richtcharakteristik ein geeignetes Auslöseverhalten sicherstellen. Bei einer größeren Höhe erscheint jedoch der Hubschrauber bzw. dessen Infrarotquelle (Turbine) recht klein gegenüber dem Streukegel der Mine. Somit ergibt ein Infrarotdetektor, dessen Empfindlichkeit direkt auf den Streukegel abgestimmt ist, nur ein relativ schwaches Infrarotsignal. Dadurch ist eine gewisse Anfälligkeit für Störungen (z.B. ziehende Wolken) nicht auszuschließen. Außerdem ist es technisch aufwendig, eine scharfe Begrenzung eines so großen Gesichtsfeldes zu erreichen. Eine scharfe Begrenzung ist notwendig, um ein in weiten Grenzen von der Hubschraubergeschwindigkeit unabhängiges Auslöseverhalten zu gewährleisten.

Zur Behebung dieser Nachteile bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform schlägt die Erfindung eine weitere Alternative vor, bei der der Infrarotsensor eine Empfindlichkeitsverteilung besitzt, bei der sich eine Vielzahl von Segmenten maximaler Empfindlichkeit innerhalb eines Wirkkegels befindet. Eine solche Empfindlichkeitsverteilung des Infrarotsensors läßt sich problemlos durch segmentierte Infrarotlinsen oder -spiegel erreichen. Hierbei ergibt sich beim Flug des Hubschraubers durch eines der Segmente ein sehr deutliches Signal, und die Empfindlichkeit gegen Störungen wird verringert.

Was das erfindungsgemäß eingesetzte Mikrofon anbetrifft, so besteht die Bedingung, daß dieses für Hubschraubergeräusche empfindlich ist, insbesondere für solche im Infraschallbereich (verursacht durch Rotordrehung). Ein solches Mikrofon braucht keine spezielle Richtcharakteristik zu besitzen. Man kann jedoch auch für die erfindungsgemäße Lösung ein auf das Zielgebiet gerichtetes Richtmikrofon mit kegelförmiger akustisches Richtcharakteristik einsetzen, das mit seiner akustischen Richtcharakteristik ein Zielfeld definiert. Hierbei verläuft dann vorzugsweise die gegenüber der akustischen Richtcharakteristik schmale Richtkeule des Infrarotsensors im Zentrum des Zielfeldes der akustischen Richtcharakteristik. Mit dem Begriff "akustische Richtcharakteristik" wird die Empfangscharakteristik eines Richtmikrofon bezeichnet. Sie ist im Funktionsbereich bei dieser Ausführungsform der Erfindung mehr oder weniger kegelförmig geschaltet, wobei die Empfindlichkeit zum Zentrum des Kegels hin zunimmt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1

perspektivisch eine Boden-Luft-Mine mit akustischer Richtcharakteristik und Richtkeule einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Figur 2

die Verhältnisse beim Ansprechen der Vorrichtung;

Figur 3

perspektivisch eine Boden-Luft-Mine mit Infrarotsensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und

Figur 4

ein Blockdiagramm der elektronischen Auswerteeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die in Figur 1 dargestellte Boden-Luft-Mine 1 dient der Hubschrauberbekämpfung. Sie besitzt ein Richtmikrofon mit kegelförmiger akustischer Richtcharakteristik 2. Das Richtmikrofon ist für Hubschraubergeräusche, insbesondere die Frequenzbereiche 5 - 40 Hz und 200 - 1000 Hz, empfindlich. In Figur 1 sind verschiedene Kegel dieser Richtcharakteristik 2 dargestellt. Die Vorrichtung besitzt ferner einen Infrarotsensor mit strahlenförmiger Richtkeule 3. Aus Maßstabsgründen sind das Richtmikrofon und der Infrarotsensor in Figur 1 nicht erkennbar. Sie bilden gleichsam die Wurzeln von 2 und 3. In Richtung der Achse der akustischen Richtcharakteristik 2 und damit in Richtung der Achse der Richtkeule 3 ist die Boden-Luft-Mine 1 abfeuerbar. Sie besitzt im übrigen eine elektronische Auswerteeinrichtung.

In Figur 2 sind die als Meßschrieb 4 über eine Zeitachse aufgetragenen Hubschraubergeräusche, die die elektronische Auswerteeinrichtung aufnimmt, sowie das Infrarotsignal 5, welches die elektronische Auswerteeinrichtung vom Infrarotsensor übernimmt, dargestellt. Man erkennt, daß das Richtmikrofon auf das Zielgebiet gerichtet ist und mit seiner akustischen Richtcharakeristik 2 ein Zielfeld definiert, in dessen Zentrum die gegenüber der akustischen Richtcharakteristik 2 schmale Richtkeule 3 verläuft. Die elektronische Auswerteeinrichtung analysiert die Hubschraubergeräusche. Bei Erreichen einer vorgegebenen Intensität der Hubschraubergeräusche sowie bei gleichzeitigem Ansprechen des Infrarotsensors wird die Boden-Luft-Mine 1 abgefeuert, d.h. die Zündung für die Marschbewegung der Boden-Luft-Mine 1 bewirkt.

Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Boden-Luft-Mine 10 ähnlich Figur 1, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Infrarotsensors (nicht gezeigt) Anwendung findet. Dieser Infrarotsensor besitzt eine Vielzahl von Wirkkegeln 3, die Segmente maximaler Empfindlichkeit bilden, welche in einem Gesamtwirkkegel 20 angeordnet sind. Eine solche Empfindlichkeitsverteilung kann durch segmentierte Infrarotlinsen oder -spiegel erreicht werden. Beim Flug des Hubschraubers durch eines der Segmente 30 ergibt sich ein sehr deutliches Signal. Die Lücken zwischen den Segmenten 30 führen dazu, daß der Hubschrauber beim Durchgang durch den Kegel mit gewisser Wahrscheinlichkeit nicht erfaßt wird. Diese Wahrscheinlichkeit nimmt mit steigendem Abstand zur Mine immer mehr zu. Ein solches Verhalten ist sehr erwünscht, da die Wirksamkeit der Mine auf eine bestimmte Entfernung (beispielsweise 100 m) begrenzt ist. Damit ist ein gewisser Schutz gegenüber Fehlauslösungungen durch in zu großer Höhe fliegende Hubschrauber gegeben.

Figur 4 zeigt ein Blockdiagramm der Auswerteelektronik, die bei den Ausführungsformen der Figuren 1 bis 3 Anwendung findet. Die Einrichtung umfaßt ein Mikrofon 40, dessen in Abhängigkeit vom Hubschraubergeräusch erzeugte elektrische Signale durch Filter 41, 41 in verschiedene Zweige aufgespalten werden. Bei dieser Ausführungsform sind 2 Filter dargestellt; es können jedoch auch weitere Unterteilungen getroffen werden. Die aufgespaltenen Signale werden dann getrennt bewertet und über jeweilige Komparatoren 42 einem Verknüpfungsglied 43 zugeführt.

Figur 4 zeigt desweiteren einen Infrarotsensor 44. Dessen Signale werden ebenfalls über ein Filter 45 und einen Komparator 46 dem Verknüpfungsglied 43 zugeführt. Auch hierbei kann eine Aufspaltung in mehrere Zweige erfolgen, wie in gestrichelter Weise angedeutet ist. Das Verknüpfungsglied 43 bewirkt eine Auslösung der Zündeinrichtung der Mine, wenn dort Signale der beiden Zweige des Mikrofons bei Anliegen eines Signales vom Infrarotsensor anstehen.

Es versteht sich, daß anstelle des beschriebenen Verknüpfungsgliedes ein diese Funktion ausführender Prozessor eingesetzt werden kann. Die zugeführten Signale werden dann über jeweilige A/D-Wandler geführt.