Neue Sensoren und Gegenmaßnahmen für den militärischen Einsatz Association of Old Crows Red Roost Baron Roost 21.01.2010 EADS Deutschland GmbH Defence Electronics Landshuter Strasse 26 85716 Unterschleißheim/Deutschland Tel. +49 (0) 89.31 79-8579 Fax +49 (0) 89.31 79-8928 Mobil +49 (0) 1 71.4 21 42 27 Email: rainer.ackermann@eads.com
Inhalt Einleitung Lasersysteme Unterteilung Bedrohung Indirekte Bedrohung Direkte Bedrohung Laserwaffen Laserwarnsensorik Gegenmaßnahmen Entwicklungstrends Zusammenfassung
Einleitung Im Rahmen der Elektronischen Kampfführung muß man inzwischen In zunehmendem Maße Lasersysteme berücksichtigen. Laserstrahlung ist genauso wie die Strahlung eines Radar- oder Rundfunksenders monochromatisch sowie zeitlich und räumlich kohärent und gestattet dadurch eine Lokalisierung. Wie Radar- Sender kann man auch Laser gepulst oder kontinuierlich betreiben. Die Unterschiede zwischen Laser und konventionellen" elektronischen Systemen liegen nicht im Prinzipiellen sondern sind nur quantitativer Natur. Besonders wichtig Ist dabei die kurze Wellenlänge der Laserstrahlung, die Vorteile bei der Anwendung bieten kann. Diese Vorteile liegen zum einen in der reduzierten Entdeckbarkeit und im anderen in der Möglichkeit das LIDAR als Sensor für Radarfunktion, Hinderniswarnung mit extrem hoher Auflösung aber auch als DIRCM (Directed Infrared Counter-measures) einsetzen zu können.
Lasersysteme Unterteilung Lasersysteme können in großem Umfang zum Ausgleich einer zahlenmäßigen Überlegenheit und zu präzisen "chirurgischen" Waffeneinsetzen genutzt werden. Insbesondere stehen mit dem Laser erstmals Systeme zur Verfügung mit denen neben den Funktion wie: Entfernungsmessung, Navigation, Präzisionshöhenmessung, Hinderniswarnung, Seeboden- Kartierung, Zielmarkierung, Flugkörperlenkung, Aufklärung, Signaturbestimmung, auch Gegenmaßnahmen im IR optischen bzw. elektro-optischen und dem LASER - Bereich selbst effektive Gegenmaßnahmen durchgeführt werden können, die das gesamte Spektrum von der Täuschung, Störung und Zerstörung (Hoch- Energie-Laser) in einem System vereinen und abdecken können.
Lasersysteme im Rahmen der EloKa Die Bedrohung wird in direkte Laserbedrohung und indirekte Laserbedrohung eingeteilt. Direkte Laserbedrohung: Lasersysteme die auf einen unmittelbar bevorstehenden lethalen oder nicht-lethalen Waffeneinsatz gegen Ziele beinhalten Indirekte Laserbedrohung: Lasersysteme die nicht zwangsweise auf eine sofortige bzw. direkte Bedrohung durch lethale oder nicht-lethale Waffen hinweisen Laserwaffen Hoch- und Mittelenergielaser (HEL, MEL, THEL etc.) Grauzonen: wie beim Laserentfernungsmesser (LEM), der für den direkten Einsatz z.b. einer Panzerkanone genutzt wird, während ein LEM für Beobachtungszwecke (Aufklärung) nicht zwangsweise einen direkten Waffeneinsatz bedeuten muß.
Laserbedrohungen Direkte Laserbedrohung Laserzielbeleuchter (LZB) Laserzielzeiger, -visier (Punktlicht zur Anzeige des Haltepunktes einer Waffe) Laserflugkörperlenkung (BEAMRIDER) Laserfeuerleitung EOTFCS, Electro-optical Tracking & Fire Control System, beinhaltet: Thermal Imaging- und/oder Videotracker für Tagund Nachtbetrieb und eye-safe Laser) Laserzielortung Aktives oder halbaktives Ladar im Zielsuchkopf eines Flugkörpers Laser Gegenmaßnahmen Laser Countermeasures Missile Countermeasures Device Dazzler/Blender KORET BASTION Dazzler
Laserbedrohungen Strahlreiterprinzip und Lenkung Dabei orientiert sich der Flugkörper nicht mehr am Ziel, sondern an einen Laserstrahl der seine jeweilige Sollposition angibt. Befindet sich das Geschoss außerhalb seiner durch den Laserstrahl definierten Sollposition, so wird dies durch Sensoren am Flugkörperheck festgestellt und durch Lenkbewegungen ausgeregelt. Vorteilhaft ist der unkomplizierte und damit billige Aufbau der Geschosslenkung. Das im Trägerfahrzeug installierte Leitgerät ist natürlich wiederverwendbar.
Laserbedrohungen Indirekte Laserbedrohung Laserentfernungsmesser (LEM) Laserhöhenmesser (Laser zur exakten Bestimmung des Flugprofils und der Detektion des Zieles im Endanflug) Kampfstoff Fernortungslaser 1-D-22 KLION-54 Handheld LEM Differential Absorbtion Laser (DIAL) KDKhR-1N, russisches DIAL zur Kampfstoffortung Das System besteht aus einem CO2-Gas- Laser (10,6 µm) der die Kontamination der Atmosphäre in Luftschichten nahe am Boden nach chemischen Kampfstoffen aufklären soll. Das System detektiert die Kampfstoffe, bestimmt die Lage und Ausdehnung und gibt eine Warnung aus. Außerdem nimmt es Bodenproben zur Überprüfung auf chemische Kampfstoffe. Das System ist in einen Panzer vom Typ MT-LB integriert. Es wird vom russischen Militär auch als DAL (Weitsichtiger) bezeichnet.
Laserbedrohungen Laserwaffen Seit geraumer Zeit wird der Einsatz von Laserwaffen úntersucht. Besonders in einige östlichen und süd-ost asiatischen Ländern sind mehrere Anwendungsmöglichkeiten bereits realisiert. Eigenschaften von Laserwaffen: Da Strahlung keine Masse hat, ist die Schussbahn, mit Ausnahme der beschriebenen Einflüsse, geradlinig Energieübertragung geschieht mit Lichtgeschwindigkeit, d.h. für die in Frage kommenden Entfernungen ist die Energieübertragung praktisch momentan. Geringe Abschusssignatur. Die Strahlungswaffe hinterlässt keine Spuren. Die Strahlungswaffe erreicht am Ziel eine Brandwirkung. Unkompliziertes Feuerleitsystem. Hat das Feuerleitsystem das Objekt erfasst, so kann es momentan bekämpft werden. Die Produktion von Laserstrahlungswaffe ist vergleichsweise aufwendig. In der Wirkung sicher ist die Schädigung der Warnempfänger. Besondere Vorteile bietet die Zerstörung der Sensoren mit Laser. Diese wirken nicht nur gegen Lidar/Ladar sondern können gegen alle Sensoren im UV, E/O- TV, IR- und Laserbereich eingesetzt werden. Zerstörungen an einem Periskop nach Laserbeschuss HIND (Mi-24) Cockpit, nach Laserbeschuss DAGGER, LASER- Gewehr zur Blendung von Lfz-Besatzungen US THEL
Laserbedrohungen Laserwaffen Niedrigenergie-Laser < 1 mj/cm 2 In-band In-field-of view Blenden, Stören oder Zerstören von Sensoren Mittelenergie-Laser > 1 J/cm 2 Out-of-band Zerstören optischer Oberflächen Hochenergie-Laser > 1 kj/cm 2 Out-of-band Zerstören von Materialstrukturen
Laserbedrohung Wellenlängenbereiche Nd. YAG 0,532μm Ruby 0,694μm Alexandrite 0,73-0,79μm Munition guidance only by this laser Nd. YAG 1,06μm LRF in modern Fire&Control Nd. YAG 1,54μm Erbium 1,6μm Holmium 2,1μm Bsher kaum genutzt CO 2 10,6μm selten Military Lasers Semic. GaAs 0,9-1,0μm Optical Spectrum 0,4μm 0,5μm 0,8μm 1,1μm 1,3μm 1,7μm 12,0μm Visible range Eye safe LRF / LTD detection LBR detection
Laserwarnsensorik Eingeführte Laserwarner Landfahrzeuge Goodrich AN/AVR-2 MILTAS /MUSS SDIO LIRD-4 SHTORA POMALS Maritime Träger COLDS AS Class FD Luftfahrzeuge COLDS NG HMS Sundsval SAVI NLWS CH-53 PV ALTAS 2QB TIGER MH-53/CH-53 G ROIVALK
Laserwarnsensorik Neue Laserwarner: Strahlreiter Warner Im Gefechtsfeld stellen lasergelenkte Flugkörper eine ernstzunehmende Bedrohung insbesondere für fliegende, maritime Plattformen und Landfahrzeuge dar. Neben Laserzielbeleuchtern und Laserentfernungsmessern gewinnen insbesondere Laserstrahlreiterwaffen in den Bedrohungsszenarien zunehmend an Wichtigkeit. Im Rahmen bisher durchgeführter Studien wurden Auslegungsdaten sowie Leistungsparameter untersucht und Tests eines neuartigen Sensors für Strahlreiter gelenkte Bedrohungen durchgeführt. Zum Schutz gegen militärische Laserbedrohungen eignet sich neben den bekannten, zeitauflösenden Verfahren (Vermessung der Pulslänge beziehungsweise der Intensitätsmodulation) vor allem auch die Detektion der Kohärenz der Laserstrahlung. Ein Sensor, der eine Unterscheidung zwischen kohärenten und inkohärenten Lichtquellen vornehmen kann, hätte entscheidende Vorteile gegenüber den zeitauflösenden Verfahren
Gegenmaßnahmen Beamrider Countermeasure Lasergelenkte Flugkörper sind, neben IR-gelenkten Flugkörpern, eine Bedrohung für fliegende, landgestützte und maritime Plattformen, die ständig an Bedeutung gewinnen. Dabei sind vor allem Strahlreiter (Beamrider) in den Mittelpunkt gerückt, für die es bislang keine oder kaum Möglichkeiten zur Abwehr gibt. Anhand neuester Erkenntnisse auf den Gebiet der Laserwarner die die Möglichkeit bieten, auch Beamriderlaser mit hoher Winkelauflösung zu detektieren, ist es erstmals möglich neben ungerichteten Gegenmaßnahmen (z. B. Nebel) auch gerichtete Gegenmaßnahmen gegen Beamriderwaffen zu entwickeln. Unverzichtbare Voraussetzung für gerichtete Gegenmaßnahmen, wie das Stören bzw. Blenden der Abschußanlage, ist, die Visiereinrichtung zu erkennen und mit einer hohen Richtungsgenauigkeit eines Kohärenzsensors zu detektieren.
Laserwarnsensorik Strahlreiter Warner - Konzepte Modulationsverfahren Funktionsprinzip: Die Modulation des BR-Lasers wird zur Zielerkennung verwendet. Systemkonzept: Eine speziell entwickelte, hochempfindliche Photodiode mit optischem Filter detektiert den Beamriderlaser zeitaufgelöst. Aus den Zeitsignalen werden mittels eines speziellen Algorithmus die Modulationsfrequenzen ermittelt. Der Beamriderlaser wird anhand bestimmter Spezifika (z. B. Modulationsfrequenzen) klassifiziert. Kohärenzverfahren Funktionsprinzip: Die Kohärenz des Laser dient als Unterscheidungskriterium zu anderen Lichtquellen. Systemkonzept: Ein speziell ausgelegtes holographisches Gitter bildet Lichtquellen abhängig von ihrer spektralen Breite unterschiedlich auf ein CCD-Element ab. Die aufgezeichneten Bilder werden mittels einer speziellen Beamrider- Bildverarbeitungssoftware ausgewertet. Der Beamriderlaser wird anhand seiner spezifischen Abbildung auf dem CCD- Element klassifiziert.
Entwicklungstrends Gegenwärtig sind LASER- Entfernungsmesser sowie Zielbeleuchter in vielen Truppen als Standard eingeführt. Es kann erwartet werden, daß in der nächsten Zukunft weitere LIDAR- Systeme für die verschiedensten Anwendungen operationell eingesetzt werden. Die veränderten Aufträge für das Militär, insbesondere die immer stärker geforderten selektiven, "chirurgischen" Waffeneinsätze werden diesen Trend verstärken. Damit werden auch Gegenmaßnahmen gegen die betreffenden LIDAR- Systeme eingeführt, gegen die eine Härtung erforderlich wird. Als mögliche Gegenmaßnahmen werden Täusch- und Blend- LASER erwartet, die auch gegen passive Beobachtungssysteme (IR-Zielsuchköpfe, EO- Tracker und Luftraumüberwachung bei SAMs) eingesetzt werden können. Darüberhinaus setzt sich immer mehr der Trend zur Sensor- und CM (Small Aperture DIRCM) Fusion und deren Miniaturisierung durch um möglichst effektiv auf auch kleinere Plattformen wie Light Weight Helicopter (LUH) schützen zu können.
Zusammenfassung Militärische Platformen sind aufgrund des potentiellen Bedrohungsspektrums durch laserbasierte Waffensysteme auf effiziente Warn- und Gegenmaßnahmesysteme angewiesen Die neuartigen Lösungsansätze für abbildende Laserwarnsensorik erlauben erstmals eine sichere Detektion der Bedrohung in Echtzeit mit hoher Winkelauflösung Damit verbunden ist es erstmaligst möglich neben ungerichteten Gegenmaßnahmen (z. B. Nebel) auch gerichtete Gegenmaßnahmen gegen Beamriderwaffen einzusetzen Bei der Systemauslegung von Warn- und Gegenmaßnahmesysteme ist jedoch eine definierte Laserbedrohungsbibliothek, die alle Aspekte, Anwendungen und Paramter beinhaltet um Laserwarnsysteme optimal auszulegen Voraussetzung dringend erforderlich. Der Auftraggeber muß in der Lage sein die hierzu notwendigen Anforderungsparameter beizustellen. Ein dazu notwendiges Laser-Aufklärungssystem sollte daher schnellstmöglich realisiert werden.