Verfahren und Vorrichtung zur Tarnung eines metallischen Objektes gegen Radiometerortung durch Anpassen seiner Eigenstrahlung an die Abstrahlung seiner Umgebung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tarnung eines metallischen Objektes gegen Radiometerortung durch Anpassen seiner Eigenstrahlung an die Abstrahlung seiner Umgebung im Mikrowellenbereich, vorwiegend im Bereich der atmosphärischen Fenster um 20, 35 und 95 GHz.

Die FR-A-2 131 929 enthält ein ähnliches Verfahren, das jedoch auf eine Tarnung gegenüber aktiver Radarortung beschränkt ist, das heisst darauf, dass als Mikrowellenstrahlungsquelle eine passive Mikroweiienrückstrahiungsqueiie verwendet wird. Diese Mikrowellenrückstrahlungsquelle ist ausserdem nicht nachregelbar.

Für militärische Anwendungen sind Breitbandstörquellen bekannt, die durch hohe Signalamplituden die Empfänger von aktiven Radaranlagen zustopfen und dadurch den einwandfreien Empfang der Echoimpulse vom Ziel verhindern. Bekannt sind ausserdem «intellig_ente» Störer, die schmalbandig auf dem Frequenzbereich des Radargerätes arbeiten und durch zeitlich synchronisierte Störimpulse Scheinziele vortäuschen.

Bekannt sind auch sogenannte Transponder, die Signale von dem Radargerät aufnehmen, verstärken und mit einer definierten Verzögerung in die Richtung des Radargerätes zurücksenden und damit auch das Vorhandensein von mehreren Zielen im Radarempfänger vortäuschen. Ebenfalls bekannt sind aus der Mikrowellentechnik sogenannte Radarabsorber, mit denen die Oberfläche eines Zieles abgedeckt werden kann und die die auftreffende Mikrowellenstrahlung mit einem hohen Dämpfungsgrad absorbieren und die Rückstreuung stark reduzieren. Diese Verfahren werden bei aktiven Radaranlagen des Gegners angewendet, bei denen reflektierte Senderstrahlung zur Zielortung und Vermessung ausgenutzt wird.

Aus dem Fachaufsatz «Weather Affects MM-Wave Missile Guidance Systems» der Zeitschrift «Microwaves», September 1977, Seiten 62-102, ist es ferner bekannt, dass sich in den atmosphärischen Fenstern um 20, 35 und 95 GHz natürliche Objekte, wie Gras und Pflanzenwuchs, wie Schwarzkörperstrahler, mit einem Emissionsgrad von nahezu 1 verhalten, während militärische Objekte, wie Panzer, LKWs usw., aus Metall einen Emissionsgrad von annähernd 0 und daher einen Remissionsgrad von annähernd 1 besitzen. Letztere sind somit ideale Reflektoren, wobei ein Teil der Strahlung gerichtet, ein Teil diffus reflektierend ist. Das bedeutet, dass bei radiometrischen Messungen von oben das militärische Objekt die Mikrowellenstrahlung des Himmels mit einer Temperatur von 30°K bei 35 GHz und 100°K bei 95 GHz reflektiert, während die Umgebung als Schwarzkörperstrahler mit der Umgebungstemperatur abstrahlt. Das militärische Objekt verhält sich also wie ein sehr kaltes Ziel in einer warmen Umgebung (Temperaturkontrast zwischen 240 und 280°K) und kann mit einem Mikrowellenradiometer als kalter Körper geortet werden. Bei bedecktem Himmel und Regen reduziert sich der Temperaturkontrast; er ist aber immer noch genügend hoch, um gepanzerte Fahrzeuge mit einem passiven Mikrowellensuchkopf zur Endphasenlenkung von Geschossen und Flugkörpern orten zu können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Temperaturkontrast so weit zu reduzieren, dass die Ortung eines metallischen militärischen Objektes in dem jeweils ausgewählten Mikrowellenbereich nicht möglich ist. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass laufend der Bewachungsgrad, die Umgebungstemperatur und der Wolkenbedeckungsgrad in der Umgebung des metallischen Objektes bestimmt werden und dem Objekt eine Mikrowellenstrahlungsquelle zugeordnet wird, deren Ausgangsleistung jeweils so eingestellt wird, dass die Summe der Strahlungsanteile der Eigenstrahlung des Objekts und der Strahlung der Mikrowellenstrahlungsquelle in zumindest einem der ausgewählten Spektralbereiche zusammen mit der reflektierten Himmelstrahlung ungefähr gleich der Abstrahlung der bewachsenen Umgebung ist.

Es kann damit gerechnet werden, dass der Temperaturkontrast des ungetarnten Objektes zu seiner Bekämpfung mit Geschossen und Flugkörpern ausgenutzt wird, deren Abmessungen die Verwendung einer grossen Antenne in den drei erwähnten Mikrowellenbereichen nicht zulässt, so dass die Bündelungsschärfe der Antenne nicht ausreicht, um in Auffassentfernung von einigen hundert Metern nur Strahlung von dem Ziel bzw. Teilen des Zieles zu empfangen. Es werden immer Anteile der Umgebungsstrahlung vorhanden sein, die den Ziel/Hintergrund-Kontrast reduzieren. Um diese Kontrastverminderung so klein wie möglich zu halten, zieht man den kurzwelligen Bereich um 95 GHz den übrigen Bereichen gegenüber vor. Auch in diesem Bereich ist die Antennenbündelung jedoch noch ungenügend, so dass es nach einer Weiterbildung der Erfindung möglich ist, als aktive Mikrowellenstrahlungsquelle einen Kugelstrahler auf dem zu tarnenden Fahrzeug zu installieren, dessen in Kugelwellen ausgesandte Strahlungsenergie das Fahrzeug unter allen Aspektwinkeln, unter denen Geschosse und Flugkörper anfliegen können, zu tarnen vermag. Den gleichen Effekt erzielt man beim Einsatz von passiven Tarnmitteln, wenn man ausnutzt, dass Radarabsorber in dem gleichen Wellenlängenbereich emittieren, in dem sie absorbieren. Es genügt also, nur einen Bruchteil der Oberfläche des Fahrzeuges mit einem Radarabsorber zu verdekken, wenn es gelingt, die Temperatur des Absorbers für das zu störende Radarband so weit anzuheben, dass die integrale Abstrahlung des aufgeheizten Radarabsorbers der Abstrahlung des von dem Ziel abgedeckten bewachsenen Untergrundes in dem ausgewählten Wellenlängenbereich entspricht. Diese Temperatur kann in weiten Grenzen an die abstrahlende Fläche angepasst werden, wenn man nach einer Weiterbildung der Erfindung die Absorberfläche mittels der Triebwerkabgase aufheizt und über die Abgaszuführung die Strahlungsdichte reguliert.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert, wobei die in den einzelnen Figuren einander entsprechenden Teile dieselben Bezugszahlen aufweisen. Es zeigt

• Fig. 1 die schematische Darstellung des Emissions- bzw. Remissionsverhaltens des Zieles und seiner Umgebung,
• Fig. 2 die schematische Darstellung des Amplitudenverlaufs der Strahlungsdichte L, in der Szene gemäss Fig. 1 für den Millimeterwellenbereich von 95 GHz bei unbedecktem und bedecktem . Himmel, mit charakteristischem Einschnitt bei metallischem Ziel ohne Tarnung (a) und bei Anpassung der Strahlungsdichte des Zieles durch aktiven Kugelstrahler oder passive Kontrastanpassung über aufgeheizten Mikrowellenabsorber (b),
• Fig. 3 die schematische Darstellung der Wirkungsweise eines Störstrahlers bei Installation auf einem gepanzerten Fahrzeug,
• Fig. 4a die schematische Darstellung der Wirkungsweise eines aufgeheizten Mikrowellenabsorbers als Störstrahler,
• Fig. 4b die Montage zweier Mikrowellenabsorber auf einem Panzer in der Nähe der Auspuffanlage,
• Fig. 5 das Blockschaltbild eines aktiven Kugel-strahlers mit manueller Einstellung des Dämpfungsgliedes und
• Fig. 6 das Blockschaltbild eines aktiven Kugelstrahlers nach Fig. 3 mit automatischer Einstellung des Dämpfungsgliedes.

In Fig. 1 ist schematisch das Emissions- bzw. Remissi^qnsverhalten des Zieles 1, des klaren und wolkenbedeckten Himmels 2 und der bewachsenen Umgebung 3 dargestellt. Die dicken Pfeile 4 zeigen die natürliche Pflanzenemission (Emissionsfaktor E = 1, Remission R=0), die dünnen Pfeile 5 kennzeichnen die wegen der wesentlich niedrigeren Strahlungstemperatur von 30. bis 100°K wesentlich geringere Strahlungsemission des Himmels und die gekrümmten Pfeile sollen das starke Remissionsverhalten des Zieles (E=0, R = 1) darstellen.

Eine radiometrische Vermessung mit einem senkrecht nach unten schauenden Mikrowellenradiometer 7, das in Pfeilrichtung 8 über die Szene von Fig. 1 geführt wird, liefert ein Signal mit einem Amplitudenverlauf nach Fig. 2 für den Millimeterwellenbereich bei 95 GHz und klarem Himmel bei 9 bis wolkenbedecktem Himmel bei 10. Während L. für den bewachsenen Boden unabhängig von der Wolkenbedeckung und damit der Temperatur des Himmels ist, bringt der blaue Himmel mit einer Temperatur von etwa 30°K bei der vom Ziel remittierten Himmelstrahlung einen tieferen Einschnitt (ausgezogen gezeichnete Kurve 9) als bei bewölktem Himmel mit einer Temperatur von etwa 100°K (gestrichelt gezeichnete Kurve 10). Die schematische Darstellung zeigt jedoch einen grossen Strahlungsunterschied zwischen Zielremissionsstrahlung und Emissionsstrahlung des Bewuchses. Dieser Strahlungskontrast kann. wie bereits erwähnt, in einem passiven Mikrowellensuchkopf zur Ortung des militärischen Objektes 1 ausgenutzt werden.

Fig. 2b zeigt den Amplitudenverlauf der Strahlung l_e, bei der durch aktive oder passive Tarnmassnahmen die Lücke 11 ausgefüllt und dem Radiometer 7 (Fig. 1) eine weitgehend konstante Strahlungsdichte über Ziel und bewachsenem Erdboden angeboten wird.

In Fig.3 ist der Störstrahler 12, z.B. ein Mikrowellen-Rundumstrahler, auf dem Turm des Panzers 1 montiert und strahlt die Störstrahlung in alle Richtungen des oberen Halbraumes gleichmässig ab, wie die sternförmig auseinanderlaufenden Pfeile 13 anzeigen. Bei optimaler Einstellung der Ausgangsleistung wird die Bestrahlungsdichte des Halbraums über dem Panzer durch den Störstrahler an die Umgebungsstrahldichte angepasst.

Die schematische Darstellung der Wirkungsweise eines aufgeheizten Mikrowellenabsorbers 12' in Fig. 4a zeigt wieder - durch die Pfeile 13 symbolisiert - die Strahlungsemission der Mikrowellenenergie, die durch die Durchflussmenge und die Temperatur der bei 14 eintretenden und bei 15 austretenden Auspuffabgase geregelt werden kann. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Emission auch mit Hilfe einer elektrischen Heizung geregelt werden. Die Absorberoberfläche 16 ist so gestaltet, dass sie für den ausgewählten Mikrowellenbereich absorbiert. In Fig. 4b ist als Beispiel die Montage der in Form von Platten ausgebildeten Absorberoberflächen 17 nahe der Auspuffanlage des Panzers 1 dargestellt. Es reicht aus, wenn die Absorber nur einen Teil der Panzeroberfläche bedecken, sofern die Oberflächentemperatur so hoch gewählt wird, dass die Bestrahlungsdichte L. gleich derjenigen der Umgebung ist.

Die in Form eines aktiven Kugelstrahlers ausgebildete Mikrowellenstrahlungsquelle 12 gemäss Fig. setzt sich hinsichtlich ihrer optronischen Bauelemente - wie dies im Blockschaltbild der Fig. 5 dargestellt ist - aus dem breitbandigen Mikrowellenrauschgenerator 17 für den ausgewählten Spektralbereich sowie dem nachgeschalteten Filter 18 für den ausgesuchten Mikrowellenbereich und dem einstellbaren Dämpfungsglied 19 zusammen. Über den Nachverstärker 20 wird die Rundstrahlenantenne 21 gespeist.

Die Einstellung des Dämpfungsgliedes zur Regelung der Abstrahlung und Beleuchtungsdichte kann - wie in Fig. 5 - manuell erfolgen. Sie kann aber auch - wie in Fig. 6 - durch die Steuereinheit 22 automatisch geregelt werden. Sie bekommt die wichtigsten Parameter für die Einstellung von den für die Umgebungstemperatur und den Wolkenbedeckungsgrad vorgesehenen Sensoren 23 bzw. 24. Diese Sensoren bestimmen den Strahlungsunterschied von Ziel und Hintergrund und führen ihn als Stellgrösse dem Dämpfungsglied 19 zu. Bei anderen Ausführungsbeispielen lassen sich auch noch andere Parameter für die Regelung heranziehen, um den Anpassvorgang des Zieles an die Umgebung zu optimieren, ohne dass dadurch der Rahmen der Erfindung überschritten wird. Der Aufwand wird jeweils durch die Kosteneffektivität und die Bedeutung des zu tarnenden Zieles festgelegt.