Die vorliegende Erfindung betrifft eine fernbedienbare Waffenstation mit einer Waffe, welche in einer Lafette in Azimut und Elevation richtbar gelagert ist, zur Bekämpfung eines Zielobjekts. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein militärisches Fahrzeug mit einer solchen fernbedienbaren Waffenstation sowie ein Verfahren zum Betreiben einer fernbedienbaren Waffenstation.
Militärische Fahrzeuge, wie beispielsweise Schiff oder Landfahrzeuge, sind häufig mit einer an der Außenhülle des Fahrzeugs angeordneten Waffe ausgerüstet, welche in einer Lafette in Azimut und Elevation richtbar gelagert ist. Derartige Lafetten sind häufig als fernbedienbare Waffenstationen ausgebildet, welche aus dem ballistisch geschützten Inneren des Fahrzeugs betätigbar sind.
Solche fernbedienbaren Waffenstationen sind beispielsweise aus der
Ferner ist aus der
Nachteilig bei den herkömmlichen Lösungen ist, dass die Ablage vom Operator oder Benutzer der fernbedienbaren Waffenstation manuell bestimmt und korrigiert werden muss. Daraus ergibt sich nachteiligerweise eine gewisse Ungenauigkeit bei der Bestimmung der Ablage. Des Weiteren ist dies zeitaufwändig, fehleranfällig und die Ablage kann nicht in Echtzeit bestimmt und korrigiert werden.
Eine herkömmliche fernbedienbare Waffenstation mit einer Waffe, welche in Azimut und Elevation richtbar gelagert ist, ist aus dem Dokument
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte fernbedienbare Waffenstation zu schaffen.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine fernbedienbare Waffenstation mit einer Waffe zur Bekämpfung eines Zielobjekts vorgeschlagen, welche in einer Lafette in Azimut und Elevation richtbar gelagert ist. Die fernbedienbare Waffenstation umfasst ein Anzeigesystem zur optischen Darstellung eines Zielbereichs der Waffe, eine erste Einheit zum Bestimmen eines auf dem Anzeigesystem dargestellten Bildpunkts eines Soll-Treffpunkts eines Geschosses der Waffe, eine zweite Einheit zum Bestimmen eines auf dem Anzeigesystem dargestellten Bildpunkts eines Ist-Treffpunkts in Abhängigkeit von mittels einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Bilddaten des Ist-Treffpunkts des Geschosses, und eine dritte Einheit zum Bestimmen einer Ablage der Waffe in Abhängigkeit von dem bestimmten Bildpunkt des Soll-Treffpunkts und von dem bestimmten Bildpunkt des Ist-Treffpunkts auf dem Anzeigesystem.
Vorteilhafterweise kann die aktuelle Ablage der Waffe automatisch bestimmt werden und von dem Feuerleitrechner zur Ansteuerung der Waffe der fernbedienbaren Waffenstation übernommen werden. Insbesondere können die erste Einheit, die zweite Einheit und die dritte Einheit zusammen die Ablage in Echtzeit berechnen beziehungsweise bestimmen.
Insbesondere können aufgrund von Fertigungstoleranzen nicht vermeidbare, individuelle Ablagen der jeweils auf einem militärischen Fahrzeug installierten Waffenstationen automatisch ermittelt werden.
Neben dieser automatischen Ermittlung der Ablage besteht ein weiterer Vorteil darin, dass keine weiteren Hilfsmittel, wie zum Beispiel eine Zielscheibe, zur Bestimmung der Ablage benötigt werden. Beispielsweise bei einem MLG-27-System (MLG; Marine-Leicht-Geschütz) werden die zur Schussabgabe eingestellten Parameter und die vom Schiff via Datenschnittstelle zur Schussabgabe übermittelten Daten verwendet, um zu berechnen, an welcher Stelle auf dem Anzeigesystem oder Bildschirm das Geschoss auf der Wasseroberfläche auftreten sollte (Soll-Treffpunkt des Geschosses). Dieser theoretische Treffpunkt oder Soll-Treffpunkt, beispielsweise bestimmt durch die Pixelkoordinaten auf dem Bildschirm des Anzeigesystems, wird mit dem tatsächlichen Treffpunkt des Geschosses (Ist-Treffpunkt) gemäß der Pixelkoordinaten auf dem Bildschirm des Anzeigesystems verglichen. Die Ermittlung der Ablage kann nunmehr vorzugsweise mittels einer Delta-Berechnung der beiden Pixelkoordinaten und deren Umrechnung in Millirad erfolgen. Das daraus resultierende Ergebnis gibt insbesondere an, welche spezifische Ablage bei der vorliegenden Waffenstation vorliegt.
Die fernbedienbare Waffenstation ist insbesondere auf einem Militärfahrzeug angeordnet. Das Militärfahrzeug ist beispielsweise ein Kriegsschiff. Beispielsweise umfasst die Kommandozentrale des Kriegsschiffes einen Feuerleitrechner, mittels welchem die Waffenstation fernbedienbar ist.
Das Zielobjekt ist beispielsweise ein feindliches militärisches Fahrzeug, beispielsweise ein feindliches Kriegsschiff. Die Waffe ist beispielsweise ein Marinegeschütz.
Die jeweilige Einheit, zum Beispiel die erste Einheit, kann hardwaretechnisch und/oder softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit als Vorrichtung oder als Teil einer Vorrichtung, zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor oder als Feuerleitrechner ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein.
Das Anzeigesystem umfasst insbesondere einen Bildschirm, beispielsweise einen Touchscreen, und eine Benutzerschnittstelle mit Eingabemitteln zum Eingeben von Befehlen für das Anzeigesystem. Das Anzeigesystem ist insbesondere mit einer Anzahl von Kameras verbunden, welche die Umgebung der Waffe aufnehmen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die dritte Einheit dazu eingerichtet, die Ablage der Waffe basierend auf einer Differenz zwischen dem Bildpunkt des Soll-Treffpunkts und dem Bildpunkt des Ist-Treffpunkts auf dem Anzeigesystem zu bestimmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Waffenstation auf einem militärischen Fahrzeug angebracht, wobei die erste Einheit dazu eingerichtet ist, den Bildpunkt des Soll-Treffpunkts auf dem Anzeigesystem in Abhängigkeit von waffenspezifischen Parametern, von fahrzeugspezifischen Parametern und/oder von Umgebungs-Parametern zu bestimmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die waffenspezifischen Parameter eine Zielentfernung des Zielobjekts, eine physikalische Zielausdehnung des Zielobjekts, eine Art und/oder eine Streuung einer in der Waffe verwendeten Munition, eine Varianz in einer Mechanik der Waffe und/oder zumindest einen Wartungsparameter der Waffe.
Für das Beispiel eines Schiffes als militärisches Fahrzeug und eines MLG-27-Systems als fernbedienbare Waffenstation werden die Umgebungs-Parameter und oben genannten Schiffsparameter genutzt. Ferner wird vorzugsweise als eine Basisgröße die theoretisch ermittelte Aufschlagsentfernung der Geschosse genutzt. Bei der Durchführung zur Bestimmung der Ablage ist der Seegang vorzugsweise nicht größer 2, da ansonsten die automatisierte fehlerfreie Lokalisierung der Aufschlagposition von Kalibrierschüssen, das heißt die dadurch entstehenden Wasserfontänen, nicht optimal ist.
Wie im Weiteren ausgeführt, können auch Templates oder Referenz-Templates von typischen Wasserfontänen bei Aufschlägen von Geschossen im Wasser in einer Datenbank hinterlegt und verwendet werden. Vorzugsweise wird vor Beginn der Bestimmung der Ablage die Waffe mit einer Anzahl von Schüssen warm geschossen. Diese Anzahl ist beispielsweise 5.
Zur Parametereinstellung der MLG-27-Waffenstation wird das System vorzugsweise in einen manuellen Modus gestellt und die Waffe in eine vorgegebene Elevations-/Azimut-Position gestellt. Es wird insbesondere keine Stabilisierung angewählt und auch kein Ziel getrackt. Demzufolge wird vorzugsweise auch kein dynamischer Vorhalt berechnet. Bei der Ermittlung des Soll-Treffpunkts wird vorzugsweise eine Drall-Ablage berücksichtigt. Im Folgenden wird das System in den Feuermodus HP (HP; High Precision) gestellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Waffenstation außerdem einen Laserentfernungsmesser zur Bestimmung der Zielentfernung des Zielobjekts.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die fahrzeugspezifischen Parameter einen Kurs des Fahrzeuges, eine Geschwindigkeit des Fahrzeuges, einen ein Wogen betreffenden Parameter, einen ein Schwoien betreffenden Parameter, einen ein Tauchen betreffenden Parameter, einen ein Rollen betreffenden Parameter, einen ein Stampfen betreffenden Parameter und/oder einen ein Gieren betreffenden Parameter.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Aufnahmeeinrichtung eine Kamera, eine Wärmebildkamera, ein Radargerät und/oder ein Sonargerät.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Bildpunkt des Soll-Treffpunkts auf dem Anzeigesystem ein Pixel oder eine Fläche aus einer Mehrzahl von Pixeln und/oder der Bildpunkt des Ist-Treffpunkts auf dem Anzeigesystem umfasst ein Pixel oder eine Fläche aus einer Mehrzahl von Pixeln.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Einheit dazu eingerichtet, den Bildpunkt des Ist-Treffpunkts auf dem Anzeigesystem basierend auf einer Mustererkennung unter Verwendung der mittels der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Bilddaten und von in einer Datenbank hinterlegten Referenz-Templates für Geschoss-Einschläge zu bestimmen.
Die durch den Einschlag der Geschosse auf dem Wasser entstehenden Wasserfontänen haben einen typischen Charakter und können als Templates oder Referenz-Templates in der Datenbank zur automatischen Erkennung und Positionsbestimmung hinterlegt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die dritte Einheit dazu eingerichtet, eine Azimut-Ablage und eine Elevations-Ablage basierend auf dem bestimmten Bildpunkt des Soll-Treffpunkts und dem bestimmten Bildpunkt des Ist-Treffpunkts auf dem Anzeigesystem zu bestimmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die dritte Einheit zur Bestimmung der Azimut-Ablage dazu eingerichtet, bei einer Mehrzahl M von aufeinander folgenden Schüssen durch die Waffe den Elevations-Winkel jeweils auf 0° einzustellen und den Azimut-Winkel jeweils um eine vorbestimmte Gradzahl zu verändern, jeweils einen Wert für die Azimut-Ablage zu einem jeden der aufeinander folgenden Schüsse basierend auf dem bestimmten Bildpunkt des Soll-Treffpunkts und auf dem bestimmten Bildpunkt des Ist-Treffpunkts auf dem Anzeigesystem zu bestimmen, und die Azimut-Ablage unter Verwendung eines auf die M Werte für die Azimut-Ablage angewendeten probabilistischen Verfahrens zu bestimmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die dritte Einheit zur Bestimmung der Elevations-Ablage dazu eingerichtet, bei einer Mehrzahl M von aufeinander folgenden Schüssen durch die Waffe den Azimut-Winkel jeweils auf 270° einzustellen und den Elevations-Winkel jeweils um eine vorbestimmte Gradzahl zu verändern, jeweils einen Wert für die Elevations-Ablage zu einem jeden der aufeinander folgenden Schüsse basierend auf dem bestimmten Bildpunkt des Soll-Treffpunkts und auf dem bestimmten Bildpunkt des Ist-Treffpunkts auf dem Anzeigesystem zu bestimmen, und die Elevations-Ablage unter Verwendung eines auf die M Werte für die Elevations-Ablage angewendeten probabilistischen Verfahrens zu bestimmen.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein militärisches Fahrzeug vorgeschlagen, welches eine Anzahl N von fernbedienbaren Waffenstationen gemäß dem ersten Aspekt aufweist, mit N ≥ 1.
Das militärische Fahrzeug ist beispielsweise ein Kriegsschiff. Alternativ kann das militärische Fahrzeug auch ein Landfahrzeug, wie ein Panzer, insbesondere ein fernbedienbarer Panzer, sein.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer fernbedienbaren Waffenstation mit einer Waffe zur Bekämpfung eines Zielobjekts, welche in einer Lafette in Azimut und Elevation richtbar gelagert ist, und mit einem Anzeigesystem zur optischen Darstellung eines Zielbereichs der Waffe vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Die für die vorgeschlagene Waffenstation beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.
Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches auf einer programmgesteuerten Einrichtung die Durchführung des wie oben erläuterten Verfahrens gemäß dem dritten Aspekt veranlasst.
Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
In
Die fernbedienbare Waffenstation 1 umfasst ein Anzeigesystem 4 zur optischen Darstellung eines Zielbereichs der Waffe 2.
In
Ferner umfasst die fernbedienbare Waffenstation 1 eine erste Einheit 5, eine zweite Einheit 6, welche mit einer Aufnahmeeinrichtung 7 koppelbar ist, und eine dritte Einheit 8. Die erste Einheit 5, die zweite Einheit 6 und die dritte Einheit 8 sind insbesondere in einem Feuerleitrechner 9 der Waffenstation 1 integriert.
Die erste Einheit 5 ist dazu eingerichtet, den auf dem Anzeigesystem 4 dargestellten Bildpunkt T1 des Soll-Treffpunkts des Geschosses der Waffe 2 zu bestimmen.
Wie oben bereits ausgeführt, ist die zweite Einheit 6 mit der Aufnahmeeinrichtung 7 koppelbar und ferner dazu eingerichtet, von der Aufnahmeeinrichtung 7 aufgenommene Bilddaten BD des Ist-Treffpunkts des Geschosses zu empfangen. Dabei entspricht der Ist-Treffpunkt des Geschosses insbesondere dem Geschoss-Einschlag G der
Die dritte Einheit 8 ist dazu eingerichtet, eine Ablage, insbesondere eine Azimut-Ablage und eine Elevations-Ablage, der Waffe 2 in Abhängigkeit von dem bestimmten Bildpunkt T1 des Soll-Treffpunkts auf dem Anzeigesystem 4 und von dem bestimmten Bildpunkt T2 des Ist-Treffpunkts auf dem Anzeigesystem 4 zu bestimmen. Dabei ist die dritte Einheit 8 insbesondere dazu eingerichtet, die Ablage der Waffe 2 basierend auf einer Differenz zwischen dem Bildpunkt T1 des Soll-Treffpunkts und dem Bildpunkt T2 des Ist-Treffpunkts auf dem Anzeigesystem 4 zu bestimmen. Die Differenz kann beispielsweise ein Differenzvektor, insbesondere ein zweidimensionaler oder ein dreidimensionaler Differenzvektor sein.
Für das Beispiel, dass die Waffenstation 1 auf einem militärischen Fahrzeug, wie beispielsweise auf einem Schiff, angeordnet ist, ist die erste Einheit 5 dazu eingerichtet, den Bildpunkt T1 des Soll-Treffpunkts auf dem Anzeigesystem 4 in Abhängigkeit von waffenspezifischen Parametern, von fahrzeugspezifischen Parametern und/oder von Umgebungs-Parametern zu bestimmen. Beispiele für die Umgebungs-Parameter sind meteorologische Daten, wie Umgebungstemperatur, Windrichtung und Windstärke.
Beispiele für waffenspezifische Parameter sind die Zielentfernung des Ziels Z oder Zielobjekts, eine physikalische Zielausdehnung des Zielobjekts, eine Art und/oder eine Streuung einer in der Waffe 2 verwendeten Munition, eine Varianz in einer Mechanik der Waffe 2 und/oder Wartungsparameter der Waffe, wie beispielsweise Wartungsintervalle.
Beispiele für die fahrzeugspezifischen Parameter umfassen einen Kurs des Fahrzeugs, beispielsweise einen Schiffskurs, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, einen ein Wogen betreffenden Parameter, einen ein Schwoien betreffenden Parameter, einen ein Tauchen betreffenden Parameter, einen ein Rollen betreffenden Parameter, einen ein Stampfen betreffenden Parameter und/oder einen ein Gieren betreffenden Parameter.
Die Aufnahmeeinrichtung 7, welche mit der zweiten Einheit 6 gekoppelt ist, umfasst beispielsweise eine Kamera, eine Wärmebildkamera, ein Radargerät und/oder ein Sonargerät.
Der Bildpunkt T1 des Soll-Treffpunkts auf dem Anzeigegerät 4 ist beispielsweise ein Pixel oder eine Fläche aus einer Mehrzahl von Pixeln. Entsprechend ist auch der Bildpunkt T2 des Ist-Treffpunkts auf dem Anzeigesystem 4 ein Pixel oder eine Fläche aus einer Mehrzahl von Pixeln.
Das zweite Ausführungsbeispiel der
Die zweite Einheit 6 der
Ferner ist die dritte Einheit 8 dazu eingerichtet, eine Azimut-Ablage ΔA und eine Elevations-Ablage ΔE basierend auf dem bestimmten Bildpunkt T1 des Soll-Treffpunkts und von dem bestimmten Bildpunkt T2 des Ist-Treffpunkts auf dem Anzeigesystem 4 zu bestimmen.
Insbesondere ist die dritte Einheit 8 für die Bestimmung der Azimut-Ablage ΔA dazu eingerichtet, bei einer Mehrzahl M von aufeinanderfolgenden Schüssen durch die Waffe 2 den Elevations-Winkel jeweils auf 0° einzustellen und den Azimut-Winkel jeweils auf eine vorbestimmte Gradzahl zu verändern, jeweils einen Wert für die Azimut-Ablage ΔA zu einem jeden der aufeinanderfolgenden Schüsse basierend auf dem bestimmten Bildpunkt T1 des Soll-Treffpunkts und auf dem bestimmten Bildpunkt T2 des Ist-Treffpunkts auf dem Anzeigesystem 4 zu bestimmen und die Azimut-Ablage ΔA unter Verwendung eines auf die M Werte für die Azimut-Ablage angewendeten probabilistischen Verfahrens zu bestimmen.
Hierzu zeigen die
Bei der Abfolge der fünf Schüsse ist der Schiffskurs für das Beispiel eines Schiffs als militärisches Fahrzeug vorzugsweise derart zu wählen, dass der meteorologische Wind entweder in Schussrichtung oder aus der Schussrichtung weht (kein Querwind). Die Schiffsgeschwindigkeit und der Kurs sind vorzugsweise während der gesamten Ermittlung der fünf Werte für die Azimut-Ablage ΔA konstant zu halten. Als Schiffsgeschwindigkeit wird vorzugsweise eine Geschwindigkeit zwischen 10 und 20 Knoten gewählt.
Des Weiteren ist die dritte Einheit 8 der
Beispielsweise wird der Elevations-Winkel für fünf aufeinanderfolgende Schüsse auf folgende Schusswinkel gestellt: -1°; -0,5°; 0°; +0,5°; und +1°. Während der Ermittlung der Elevations-Ablage wird, wie oben ausgeführt, der Azimut-Winkel beispielsweise auf 270° gestellt. Unter einer jeden Winkeleinstellung für den Elevations-Winkel wird ein Schuss abgegeben und der tatsächliche Treffpunkt gemäß dem Bildpunkt T1 wird mit dem theoretischen Treffpunkt gemäß dem Bildpunkt T2 auf dem Anzeigesystem 4 anhand der vorliegenden Pixelpositionen verglichen. Ein Beispiel hierfür zeigen die schematischen Ansichten des Anzeigesystems 4 gemäß der
Nach Abschluss dieser fünf Schüsse wird aus den fünf vorliegenden, insbesondere in Millirad umgerechneten Werten die statistisch am wahrscheinlichsten anzunehmende Elevations-Ablage ΔE als Offset-Wert von dem Feuerleitrechner 9 übernommen.
Für das Beispiel eines Schiffs als militärisches Fahrzeug, auf welchem die fernbedienbare Waffenstation 1 installiert ist, ist der Schiffskurs derart zu wählen, dass der meteorologische Wind quer zu der Schussrichtung (kein Rücken- oder Gegenwind) weht. Die Schiffsgeschwindigkeit und der Kurs sind während der gesamten Ermittlung der fünf Elevations-Ablagen konstant zu halten. Als Schiffsgeschwindigkeit ist vorzugsweise eine Geschwindigkeit zwischen 10 bis 15 Knoten zu wählen.
Das Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.