DE102005041704A1

DE102005041704A1 - Verfahren zur Optimierung eines Feuerauslösens einer Waffe oder eine Geschützes

Info

Publication number: DE102005041704A1
Application number: DE102005041704A
Authority: DE
Inventors: André Boss; Karel Dr. Vit
Original assignee: Oerlikon Contraves AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2007-03-15
Also published as: EP1920209A1; US20090218400A1; ZA200800614B; DE502006009219D1; CA2620435A1; CN101300458B; DK1920209T3; EP1920209B1; WO2007028455A1; ES2364187T3; CN101300458A; US8579194B2; ATE503980T1

Abstract

Vorgeschlagen wird, Feuerkommandos und erwartete Treffpunkte (P1-P3) eines Geschosses und dem Ziel (2) mit Hilfe eines Algorithmus zu berechnen, ohne einen Feuerstoß real auszulösen, wozu das Ziel (2) gesucht, der Algorithmus zugeschaltet und hypothetisch Daten ermittelt werden. Zur Unterstützung werden diese graphisch auf einer Anzeige (4) dargestellt, wobei in den bevorzugten Ausführungen auch Zusatzinformationen hinzugezogen und/oder für einen Bediener (5) visualisiert werden.

Description

Bei der Bekämpfung von Zielen werden Feuerkommandos, d.h., der Abgangswinkel sowie das Moment der Schussabgabe mit der Absicht gewählt, eine möglichst hohe Trefferwahrscheinlichkeit zu erreichen. Die Genauigkeit der Einrichtung der Waffe, die Streuung der Munition und die atmosphärischen Einflüsse erschweren diese Aufgabe. Um diesen Störungen entgegenzuwirken, werden Maßnahmen ergriffen, wie beispielsweise das Eichen bei der Einrichtungsprozedur oder Messen von Luftdruck und Lufttemperatur und Wind. Hinzu kommt noch die Variabilität der Mündungsgeschwindigkeit, welche die Flugzeit des Projektils zum Ziel beeinflusst. In der Praxis wird daher oftmals die Mündungsgeschwindigkeit des Projektils gemessen und bei der Feuerleitung berücksichtigt. So ist aus der CH 691 143 A5 eine Vorrichtung zur Messung der Geschossgeschwindigkeit an der Mündung eines Waffenrohres bekannt. Diese umfasst zwei in einem Abstand voneinander an einem Tragrohr angeordnete, auf Veränderung eines magnetischen Flusses ansprechende Sensoren, die mit einer Auswerteelektronik in Verbindung stehen.

Zusätzliche Fehlerquellen sind insbesondere die unbekannten Zielbewegungen zwischen dem Zeitpunkt des Abfeuerns des Projektils und dessen Eintreffen im Ziel. So lässt sich besonders bei längeren Flugdistanzen des Projektils die voraussichtliche Position des Zieles im Treffpunkt schwierig vorausbestimmen. Zur Reduktion dieser Fehler werden Modelle der Zielbewegung formuliert und mit Messdaten des Zieles angesteuert, um die Kinematik des Zieles zu identifizieren. Diese Daten werden dann in der Feuerleitung zur Voraussage der Zielposition nach der erwarteten Flugzeit eingesetzt, in der Regel extrapoliert.

Mit Ausnahme der radialen Geschwindigkeit sind die Messungen jedoch reine Positionsbestimmungen. Im Filter werden aus diesen die Zielgeschwindigkeit und eventuell Zielbeschleunigung abgeleitet und für die Extrapolation eingesetzt. Die Genauigkeit der extrapolierten Daten ist besonders von der Qualität der Beschleunigungsschätzung abhängig. Sobald das Ziel zudem manövriert und die Beschleunigungen deswegen groß sind, kann es passieren, dass die Feuerleitung die Feuerempfehlung verweigert. Die bekannten Residuen des Filters, d.h., die Differenz zwischen der Schätzung und der Messung, sind zu diesem Zweck daher weniger geeignet, weil sie nur die Lagefehler zum Ziel beinhalten. Bei einem Zielmanöver dauert es stets eine gewisse Zeit, bevor der Filter die generierten Residuen in Beschleunigung transformiert. Hierbei wird vom Einschwingen des Filters gesprochen.

Die gesamte Zeitverzögerung zwischen dem Zielmanöver und der Zeit des Eintreffens des Projektil, dessen Feuerelemente diese Manöver berücksichtigen, am Ziel setzt sich zusammen aus
Zeitverzögerung = Einschwingen des Filters + Flugzeit des Projektils + übrige Totzeiten.

Unter übrige Totzeiten werden dabei der Zeitaufwand für die Messung, für die Datenverarbeitung und -transmission verstanden.

Verbesserungen der Feuerleitung werden durch Testprojektile bzw. Probeschüsse vorgenommen, was als „closed-loop" bezeichnet werden kann. Um statistisch die Messresultate der Testprojektile zu verbessern, werden diese in einer begrenzten Zahl hintereinander abgefeuert. Ein Feuerstoß, dessen erste Schüsse im Ziel vermessen werden, muss dabei länger als die Geschossflugzeit sein, wenn seine letzten Schüsse von den entsprechenden Korrekturen profitieren sollen. Je nach Anwendung sind derartige Messanlagen kompliziert und zudem teuer.

Hier greift die Erfindung die Aufgabe auf, ein Verfahren anzugeben, welches einen Operateur bei der Wahl des günstigsten Feuerstoßes insbesondere bei Zielmanövern unterstützt.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, zur Bestimmung des günstigsten Moments der Feuerauslösung auf sich bewegende Ziele einen bekannten Rechenalgorithmus eines realen Schießens zu verwenden, jedoch dabei den Feuerbefehl nicht wirklich auszulösen. Dieser läuft rein hypothetisch ab. Es werden dadurch Daten durch laufendes Berechnen und Sammeln der Feuerkommandos und der damit verbundenen voraussichtlichen Treffpunkte ermittelt und herangezogen.

Das Verfahren basiert also darauf, dass die Feuerkommandos und der erwartete Treffpunkt berechnet werden, ohne das Feuer jedoch real auszulösen. Das Ziel wird gesucht, der Algo rithmus wird zugeschaltet und dieser berechnet alles Weitere hypothetisch. Im Algorithmus enthalten sein kann dabei auch das Steuern der Geschütze als Grundlage für den Feuerbefehl.

Nach der so berechneten Flugzeit des hypothetischen Geschosses wird die wirkliche Ziellage ermittelt und der Fehlerabstand zwischen dem Ziel und dem vorgerechneten Treffpunkt berechnet. Dieser gibt eine Aussage darüber wie genau geschossen worden wäre. Zwar ist diese Information um die Flugzeit veraltert, kann aber laufend generiert und wichtige Hinweise über den Verlauf der zu erwartenden Treffwahrscheinlichkeit liefern.

Der Fehler im Ziel kann beispielsweise als ein minimaler Abstand zwischen den Trajektorien des Geschosses und des Zieles sein. Wenn auch der Zeitpunkt im Ziel eine Rolle spielt, wie beispielsweise bei sich zerlegenden Geschossen oder Granaten mit einem Zeitzünder, ist der Abstand der beiden zum Zerlegungszeitpunkt maßgebend. Alternativ können Winkelfehler in Betracht gezogen werden. Auch eine geeignete Kombination verschiedener Fehlerdefinitionen ist denkbar, das Resultat wird aber vorteilhaft mit einer skalierbaren Größe beschrieben.

Bevorzugt werden Darstellungen mit sichtbarer Entwicklung der Fehler, beispielsweise graphische Kurven über die Zeit, die der Korrelationszeit des Verhaltens entspricht, da die Daten Auskunft nicht nur über den momentanen Fehler liefern sollten, sondern hauptsächlich eine Abschätzung deren Verhalten in der nahen Zukunft erlauben sollen. Dazu werden dem Bediener neben den hypothetischen Daten aktuelle bzw. quasi aktuelle Zusatzdaten vorzugsweise eben via Anzeige zur Verfügung gestellt. Bei einer Automatisierung des Verfahrens ist eine softwaremäßige Berücksichtigung im Algorithmus vorzusehen, wobei die graphische Darstellung beibehalten werden kann.

Mit Hilfe des Verfahrens ergibt sich also ein geeignetes Maß der Trefffehler, sobald sich das Ziel dem im Voraus berechneten Treffpunkt nähert. Das berechnete Maß der Trefffehler wird graphisch dargestellt, laufend aufdatiert und dem Operateur bzw. Algorithmus zusätzlich zur Verfügung gestellt. Es findet keine Korrektur der Feuerkommandos statt, vielmehr wird ohne eine aufwendige Messung im Zielgebiet dem Bediener ein Verfahren/eine Darstellung zur Verfügung gestellt, welche ihn bei der Wahl des günstigsten Moments der Feuerauslösung unterstützen.

Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 in einer blockbildartigen Darstellung die für das Verfahren benötigten Mittel,
2 eine graphische Darstellung eines Feuerstoßes,
3 eine Darstellung der berechneten Zielablagen in einem Zeitfenster,
4 die Darstellung aus 3 mit einer ersten Zusatzinformation,
5 die Darstellung aus 3 mit einer weiteren Zusatzinformation.
1 zeigt ein mit 1 gekennzeichnetes richtbares Geschütz, welches von einem Rechner 3 mit Daten versorgt ein Ziel 2 bekämpft. Der Rechner 3 ist mit dem Geschütz 1 elektrisch als auch mit einem Anzeigegerät 4 für einen Bediener 5 verbunden. Im Rechner 3, der in der Regel der Feuerleitrechner ist, sind üblicherweise die Zielmessungen mit dem Grundtakt der Feuerleitung synchronisiert, sodass sie nicht mit den vorhersagbaren Trefferpunkten P1–P3 zusammenfallen. In 2 ist ein Teil eines Feuerstoßes dargestellt. Ein selbst nicht näher dargestelltes Geschütz 1 feuert in regelmäßigen Abständen auf ein sich näherndes Ziel 2. Die Flugzeit zum Ziel 2 beträgt im dargestellten Beispiel zwei bis drei Feuerzyklen. Bevor die Zielablagen berechnet werden, werden die Daten durch eine geeignete Interpolation zeitlich vereinheitlicht. Die Geschützdaten werden mindestens für die Dauer der Projektilflugzeit aufbewahrt. Infolge der Zielbewegung kommt es zu einer gewissen Zeitausdehnung, sodass keine oder mehrere Zielmessungen zwischen zwei Schüssen anfallen, was bei der Datenverarbeitung berücksichtigt wird.
3 zeigt eine mögliche Anwendung der berechneten Zielablagen in einem Zeitfenster der Breite T_W (T_W = Zeitfenster), die in der Anzeige 4 darstellbar sind. In dieser Implementierung werden die Daten graphisch als eine sich nach links bewegende Kurve 6 dargestellt. Das Alter der jüngsten Daten gleicht der Flugzeit und wird auf der rechten Seite des Fensters aufgetragen (f). Die älteren Daten mit Alter T_W + T_F (T_F = Geschossflugzeit) verschwinden aus dem Fenster auf dessen linken Rand (a). Je höher die Kurve 6 ist, desto größer wären die Trefferfehler zu jener Zeit, wenn geschossen worden wäre.
In dieser Darstellung läst sich erkennen, dass in (b) eine günstige aber kurze Gelegenheit verpasst wurde, während die Zeiten in (c) und (e) besonders ungünstig gewesen wären. Dafür hat sich der Fehler zur jetzigen Zeit (f) auf einen kleinen Wert beruhigt, sodass der Operateur 5 mit Vorteil das Feuer auslösen könnte und eine höhere Treffgenauigkeit erreicht.
Zur Verbesserung der veralterten Daten T_F werden bevorzugt Zusatzinformationen in das Verfahren eingebunden, welche dem Operateur 5 andere relevante Informationen jüngeren Ursprungs zur Verfügung stellen, damit der Bediener 5 feststellen kann, ob der Zeitpunkt auch unter dem Gesichtspunkt von T_F richtig gewählt worden wäre.
Dazu werden in einer ersten Variante dem Operateur 5 zusätzlich Daten mit T_F/2 als Teilkurve (g) graphisch zur Verfügung gestellt (4). Die Teilkurve (g) gibt im gezeigten Beispiel an, dass das jetzige Moment nicht günstig ist, wie aufgrund der 3 angenommen wurde, da die Trefffehler wieder ansteigen.
Eine weitere, nicht näher dargestellte Quelle für Zusatzdaten können die geschätzten Beschleunigungen aus dem Filter sein. Diese werden laufend mit Hilfe der neuesten Zielmessung aufdatiert.
Alternativ biete sich die direkte Beobachtung des Zieles 2 an. Bevor ein Flugzeug 2 ein Manöver ausübt, muss es seine Lage relativ zur Flugrichtung ändern. In diesem Fall kann, wie in 5 dargestellt, ein Videobild des Zieles 2 in das Darstellungsdiagramm der Anzeige 4 eingeblendet werden. Dieses liefert gleichfalls aktuelle Daten bzw. Zusatzinformationen, die vom Bediener 5 berücksichtigt, ihn bei der Wahl des günstigsten Moments der Feuerauslösung unterstützen.
Die graphischen Darstellungen nach 3 bis 5 unterstützen also den Operateur 5, der diese angezeigten Daten so interpretiert, dass er aus der Tendenz der Abläufe auf die zukünftige Entwicklung der Trefffehler schließen kann.
Eine alternative Implementierung der Erfindung ist, das Verfahren durch einen geeigneten Algorithmus zu automatisieren, um das Resultat einfacher darzustellen, beispielsweise mit einer Lampe oder zur Selbstauslösung des Feuers durch ein entsprechendes Feuerkommando.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines günstigen Moments der Feuerauslösung auf sich bewegende Ziele (2), dadurch gekennzeichnet, dass Feuerkommandos und zu erwartete Treffpunkte (P1–P3) eines Geschosses mit dem Ziel (2) mit Hilfe eines Algorithmus berechnet werden, ohne einen Feuerstoss real auszulösen, wozu das Ziel (2) gesucht, der Algorithmus zugeschaltet und hypothetisch Daten ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der so berechneten Flugzeit des hypothetischen Geschosses die wirkliche Ziellage ermittelt wird und der Fehlerabstand zwischen dem Ziel (2) und dem vorgerechneten Treffpunkt (P1, P2, P3) berechnet wird, was eine Aussage darüber gibt, wie genau geschossen worden wäre.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten graphisch und in einer Anzeige (4) dargestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die graphische Darstellung mit sichtbarer Entwicklung der Fehler erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass graphische Kurven über die Zeit verwendet werden, die der Korrelationszeit des Verhaltens entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass reale und aktuelle bzw. quasi aktuelle Zusatzinformationen hinzugezogen werden können.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Daten mit T_F/2 als Teilkurve (g) graphisch zur Verfügung gestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass geschätzte Beschleunigungen verwendet werden, welche laufend mit Hilfe der neuesten Zielmessung aufdatiert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Videobild des Zieles (2) in das Darstellungsdiagramm der Anzeige (4) eingeblendet wird.