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Die Erfindung betrifft eine Schießleit- oder -richtvorrichtung zum Richten einer Waffe durch eine Bedienungsperson.
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Es sind bereits herkömmliche Schießleit- oder -richtvorrichtungen bekannt, die eine Waffe, die um die Azimut- und die Standort- bzw. Nadirachse beweglich sind und deren Richtung auf jeder der beiden Achsen über eine Geschwindigkeitssteuerung erfolgt, die von einem Motorantriebselement der Waffe und einem Messfühler für die Winkelgeschwindigkeit durchgeführt wird, und eine Videokamera umfassen, die fest an der Waffe angebracht ist und deren Visierachse parallel zu der Achse der Waffe verläuft, welche Visierachse durch ein Fadenkreuz markiert ist, das in das Videobild eingeblendet ist.
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Der Benutzer verwendet somit das Videobild, das von der Kamera kommt, um ein Ziel dadurch anzuvisieren, dass er dieses Ziel zu dem Fadenkreuz ausrichtet, das in das Bild eingeblendet ist. Zu diesem Zweck bedient er einen Richtgriff, der die Einstellwerte der Geschwindigkeit im Azimut und im Nadir zur Steuerung der Waffe liefert, die zum Treffen des Zieles benötigt werden.
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In dem Fall, in dem die obige Vorrichtung an einem beweglichen Fahrzeug verwandt wird, ist es notwendig, für eine Stabilisierung der Waffe um die Azimut- und die Nadirachse zu sorgen, um Winkelstörungen der Richtung auszuschließen, die durch eine Bewegung des Kraftfahrzeuges verursacht werden.
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Die Stabilisation der Waffe erfolgt im Allgemeinen dadurch, dass als Messfühler für die Winkelgeschwindigkeit der Waffe ein gyroskopisches Organ (Gyrometer) verwandt wird.
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Bezüglich eines Beispiels für eine Vorrichtung zur automatischen Zielverfolgung wird insbesondere auf die
FR 2 484 626 A1 verwiesen.
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In dieser Druckschrift ist die Fernsehkamera, die die Beobachtungs- und Visiereinrichtung bildet, bezüglich eines Panzerturms beweglich.
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In zwei Freiheitsgraden sind Verarbeitungseinrichtungen vorgesehen, die es erlauben, Ziele zu verfolgen, auf die die Ausrichtung der Waffe zu steuern ist.
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Bei einer derartigen Vorrichtung ergeben sich die folgenden Schwierigkeiten:
- 1. Wenn die Kamera fest mit der Waffe verbunden ist, erfolgt die Visierung direkt durch das Ausrichten der Waffe. Unter Berücksichtigung der Masse und des Trägheitsmomentes der Waffe, die im Allgemeinen groß sind, der zahlreichen störenden Momente (Unwuchten, Reibungen ...), die sich auf die Steuerung auswirken, und der technischen Lösungen, die im Allgemeinen für diese Art des Motorantriebs (Zahnradgetriebe, Motor, der unvermeidlich ein gewisses Spiel und eine begrenzte mechanische Steifigkeit hat) sind die Leistungen der Richtsteuerung der Waffe ihrerseits begrenzt.
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Das hat zur Folge, dass die Qualität der Richtung der Waffe mäßig ist, was die Bedienungsperson beim Zielen spürt und was eine Feinverfolgung, dauerhaft und gut zentriert, beim Anvisieren des Ziels beeinträchtigt.
- 2. Die Stabilisierung der Visierung (Endkopplung gegenüber den Bewegungen des Fahrzeuges) wird direkt durch eine Stabilisierung der Waffe erzielt. Unter Berücksichtigung der oben erwähnten Schwierigkeiten sind gleichfalls die in herkömmlicher Weise erhaltenen Stabilisierungsqualitäten der Waffe beschränkt und im Allgemeinen nicht ausreichend, so dass in signifikanter Weise die Eigenqualität des von der Kamera gelieferten Bildes beeinträchtigt ist. Tatsächlich sind die Restbewegungen der Waffe, die direkt auf die Kamera übertragen werden, im Allgemeinen in einer Größenordnung, die deutlich über dem Eigenauflösungsvermögen der Kamera liegt, was zu einer Unschärfe des betrachteten Bildes führt, was sich in einer geringeren Beobachtungsweite auswirkt.
- 3. In dem Fall, in dem geschossen werden soll, wird wie bei allen herkömmlichen Schießricht- oder -leitvorrichtungen vorher die Achse der Waffe bezüglich der Richtung des Zieles um eine Winkelkorrektur im Azimut und Nadir verschoben (Schusskorrektur). Diese Schusskorrektur berücksichtigt insbesondere die Wirkungen der ballistischen Bahn der Munition (Korrektur in der Höhe) und eine Relativversetzung ggf. des Zieles bezüglich des Schützen während des Fluges der Munition (kinematische Korrektur).
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Die Berechnung der Schusskorrektur macht insbesondere die Kenntnis des Abstandes des Ziels und der Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Ziel und dem Schützen notwendig. Diese Parameter sollten im Allgemeinen während einer Phase gewonnen werden, die dem Visieren des Zieles vorausgeht, in dem ein Entfernungsmesser verwandt wird, der mit der Videokamera gekoppelt ist, während die Werte der Winkelgeschwindigkeit der Richtung der Waffe während der Phase des Anvisierens des Zieles gewonnen werden.
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Bei einer Vorrichtung der erwähnten Art erfolgt die Einführung der Schusskorrektur über eine Verschiebung des Visierfadenkreuzes im Videobild um einen Winkel, der der berechneten Schusskorrektur entspricht.
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Die Schießabfolge ist somit die Folgende:
- – Einfangen des Zieles durch die Bedienungsperson in das Sichtfeld der Kamera.
- – Feinvisieren des Zieles durch die Bedienungsperson unter Verwendung seines Visierfadenkreuzes.
- – Gewinnen der Parameter, die zum Berechnen der Schusskorrektur notwendig sind.
- – Verschieben des Visierfadenkreuzes im Videobild, um eine Winkelversetzung gleich der Schusskorrektur zwischen der Richtung Waffe und der Richtung des Visierfadenkreuzes bei einer Versetzung bewirken zu können.
- – Erneutes Ausrichten auf das Ziel mit dem Visierfadenkreuzes durch die Bedienungsperson, so dass dieses seine neue Position einnimmt.
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Bei dieser Arbeitsabfolge muss die Bedienungsperson das Ziel ein erstes Mal anvisieren und dann ein zweites Mal nach der Einführung der Schusskorrektur durch eine Verschiebung des Fadenkreuzes erneut genau anvisieren.
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Dieses Verfahren in zwei Schritten ist nachteilig, was die Gesamtreaktionszeit des Systems vor dem Schuss anbetrifft, wenn insbesondere die Notwendigkeit berücksichtigt wird, dass die Bedienungsperson ein zweites Mal das Ziel mit dem Fadenkreuz genau anvisieren muss.
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Um die verschiedenen Nachteile zu überwinden, die oben angegeben wurden, besteht eine herkömmliche Lösung darin, eine Richt- und Stabilisierungseinrichtung geeigneter Art in Form einer Videoeinrichtung (zusätzlich zur Richt- und Stabilisierungseinrichtung der Waffe) vorzusehen, die darauf basiert, dass entweder ein zweiachsenstabilisierter Spiegel hinter der Kamera vorgesehen wird oder die Kamera direkt auf einer Plattform montiert wird, die mit zwei Kardangelenken stabilisiert ist.
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Mit diesen vorgeschlagenen Einrichtungen wird die Richtung und die Stabilisierung der Visierung unabhängig von der der Waffe die im Allgemeinen so gesteuert wird, dass die Visierposition kopiert wird.
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Die Richt- und Stabilisierungsleistungen, die am Visier erreicht werden, sind im Allgemeinen sehr gut.
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Die Einführung der Schusskorrektur erfolgt durch eine Versetzung der Waffe bezüglich des Visiers, wobei diese Versetzung automatisch dadurch bewirkt werden kann, dass eine direkte Versetzung in der Steuerung der Kopie der Ausrichtung der Waffe auf das Visier bewirkt wird. Das Visier, das in dieser Weise unabhängig stabilisiert ist, wird durch diese Einführung der Schusskorrektur nicht gestört und die Bedienungsperson muss die erneute Ausrichtung auf das Ziel nicht mehr durchführen. Die Ergonomie der Anordnung ist verbessert und die Gesamtreaktionszeit der Anordnung vor dem Schuss ist so klein wie möglich.
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Diese Lösung bietet zahlreiche technische Vorteile, sie hat jedoch den Nachteil einer wesentlich höheren Kompliziertheit und wesentlich höheren Kosten der Anordnung, was die Anwendungsmöglichkeiten stark begrenzt.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, dieselben Verbesserung wie die vorhergenannte Lösung in Hinblick auf die Leistung, die Ergonomie und die Reaktionszeit zu erzielen, indem jedoch eine Lösung vorgeschlagen wird, die ökonomischer und konstruktiv wesentlich weniger kompliziert und platzraubend ist.
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Es ist bereits bekannt, Videobilder, die durch Winkelablenkbewegungen beeinträchtigt sind, denen die Kamera unterwarfen wird, zu restaurieren, indem den Bildern eine Translation gegeben wird, die zu der Translation umgekehrt ist, denen das Bild unterliegt, sowie ggf. eine Unschärferestaurationsbehandlung vorzusehen.
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Diesbezüglich ist auf die
FR 2 689 354 A1 zu verweisen, die nur eine Bildrestauration für den Fall einer Kamera beschreibt, die an einer beweglichen Maschine montiert ist, die Winkeldestabilisationen ausgesetzt ist.
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Die erfindungsgemäße Schießleitvorrichtung zum Richten einer Waffe durch eine Bedienungsperson umfasst:
- – Motorbetriebseinrichtungen zum Antreiben der Waffe,
- – Einrichtungen zum Steuern der Motorbetriebseinrichtungen, um die Waffe in Abhängigkeit von einem Steuer- oder Befehlswert zu versetzen,
- – Richteinrichtungen, die es der Bedienungsperson erlauben, den Befehls- oder Steuerwert zu erzeugen,
- – Visier- und Beobachtungseinrichtungen, die eine Kamera aufweisen, deren Beobachtungsachse parallel zur Waffe verläuft, wobei das von der Kamera gelieferte Bild über eine Sichteinrichtung zur Bedienungsperson übertragen wird, und
- – Einrichtungen umfasst, die das der Bedienungsperson gelieferte Bild stabilisieren,
welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Beobachtungsachse der Visier- und Beobachtungseinrichtungen bezüglich der Waffe festliegt und dass die Stabilisierungseinrichtungen Einrichtungen umfassen, die einen Fehler bestimmen, der die Abweichung zwischen der Position, die dem Befehls- oder Steuerwert entspricht, und der tatsächlichen Position der Waffe wiedergibt, und die an das von der Kamera kommende Bild eine Verschiebung legen, die umgekehrt zu der Verschiebung ist, die dieser Positionsabweichung entspricht.
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Vorzugsweise umfassen die Einrichtungen zum Steuern der Motorbetriebseinrichtungen Einrichtungen zum Addieren einer Korrektur in Abhängigkeit von der Positionsabweichung, für die am Bild von der Kamera die Verschiebung gelegt wird, zu dem von den Richteinrichtungen erzeugten Steuer- oder Befehlswert, wobei die Summe des von den Richteinrichtungen erzeugten Steuer- und Befehlswertes und dieser Korrektur als Steuer- und Befehlswert zum Steuern der Versetzung der Waffe benutzt wird.
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Die zum Steuer- und Befehlswert, der von Richteinrichtungen erzeugt wird, addierte Korrektur kann insbesondere eine weitere Funktion einer Schusskorrektur sein, die an der Waffe liegt.
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Insbesondere ist es bevorzugt, dass die zum Steuer- und Befehlswert, der von Richteinrichtungen erzeugt wird, addierte Korrektur eine Funktion der Summe der Schusskorrektur und einer Versetzung ist, die dem Kehrwert der Verschiebung entspricht, die am Bild von der Kamera liegt.
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Im Folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.
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Die einzige Figur zeigt schematisch die Steuervorgänge, die einzeln an jeder der beiden Achsen, nämlich der Azimut- und Nadirachse des Waffensystems liegen, in einem schematischen Blockschaltbild.
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Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung umfasst einen Richtknüppel, Richthebel oder Richtgriff 1, der es der Bedienungsperson erlaubt, Geschwindigkeitsrichtwerte azimutal oder nadiral zu erzeugen.
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Es ist gleichfalls eine Motorbetriebseinrichtung 5 für die Waffe in Azimutal- oder Nadirrichtung vorgesehen. Diese Einrichtung 5 empfängt am Eingang einen Geschwindigkeitsfehler, der von einem Addierglied S3 kommt, und gibt am Ausgang eine Geschwindigkeit aus, die an die Waffe weitergeleitet wird. Das Addierglied S3 empfängt am Eingang einen Geschwindigkeitswert.
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Es subtrahiert die Geschwindigkeit der Waffe, die über einen Messfühler 6 gemessen wird, der die Winkelgeschwindigkeit der Waffe in Azimutal- oder Nadirrichtung misst. Der Messfühler 6 ist beispielsweise ein Gyrometer im Fall eines stabilisierten Systems.
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Die Motorbetriebseinrichtung 5, der Messfühler 6 und das Addierglied S3 bilden eine Regelschleife für die Geschwindigkeit der Waffe.
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Der Geschwindigkeitswert, der am Eingang des Addiergliedes S3 liegt, ist die Summe der von der Bedienungsperson ausgehend vom Richtgriff 1 befohlenen Geschwindigkeit und einer Geschwindigkeitskorrektur, die von einer Anordnung bestimmt wird, die im Folgenden beschrieben wird.
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Diese Anordnung umfasst Addierglied S1, das von der von der Bedienungsperson mittels des Richtgriffes 1 angewiesenen Geschwindigkeit die Geschwindigkeit der Waffe abzieht, die durch den Messfühler 6 gemessen wird.
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Das Ausgangssignal dieses Addiergliedes S1 wird auf Einrichtungen 2 übertragen, die eine zeitliche Integration des Geschwindigkeitsfehlers durchführen, der dem Ausgangssignal des Addiergliedes S1 entspricht.
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Der in dieser Weise integrierte Geschwindigkeitsfehler wird auf Einrichtungen
3 übertragen, die für eine Restaurierung des gestörten Bildes sorgen, in dem eine Verarbeitung der in der
FR 2 689 354 A1 beschriebenen Art durchgeführt wird, die darin besteht, dass am laufenden Bild eine Verschiebung gelegt wird, die umgekehrt zu dem Wert ist, der vom Integrator
2 kommt (die Abtastung des Ausgangs des Integrators
2 erfolgt synchron mit der Gewinnung der Videobilder).
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Der von den Einrichtungen 2 ausgegebene integrierte Geschwindigkeitswert wird darüber hinaus auch auf den Eingang eines Addiergliedes 52 übertragen.
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Das Addierglied 52 bewirkt eine Addition zwischen diesem von den Einrichtungen 2 ausgegebenen integrierten Fehlerwert und einem Schusskorrekturwert, der unabhängig berechnet wird und in die Anordnung einzuführen ist. Die Verarbeitungen der Schusskorrekturen können verschieden sein (ballistische Höhenkorrekturen, Antizipationen der Bewegung des Zieles, Wettervorhersagen und usw.) und sind ihrerseits dem Fachmann bereits bekannt.
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Das Ausgangssignal des Addiergliedes S2 wird auf Einrichtungen 4 übertragen, die an diesem Signal eine Verstärkung des Geschwindigkeitsbefehls bewirken, derart, dass die Positionsverschiebung vom Addierglied S2 in einen Geschwindigkeitswert zum Steuern der Waffe umgewandelt werden kann.
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Im Folgenden werden verschiedenen Arbeitsweisen, die der oben beschriebene Aufbau bietet, nacheinander und voneinander unabhängig beschrieben:
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Stabilisierung des Bildes beim Fehlen bei einer befohlenen Richtgeschwindigkeit und einer einzuführenden Schusskorrektur
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Der Messfühler 6 misst die Restgeschwindigkeit der Waffe, die unter Berücksichtigung der unvollständigen Stabilisierung der Waffe nicht vollständig gleich null ist.
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Das Ausgangssignal des Integrators 2 rekonstruiert die Positionsbewegung der Waffe und somit der Kamera (die aufeinanderfolgenden Positionen der Kamera bei jedem Bild).
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Die Einrichtungen 3 realisieren an jedem Bild eine Verschiebung, die umgekehrt zu der Restbewegung der Kamera ist, die vom Integrator 2 kommt, wodurch eine Kompensation dieser Bewegung möglich wird. Das der Bedienungsperson gelieferte Bild erscheint dann stabilisiert.
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Unabhängige Steuerung des Visiers in seiner Geschwindigkeit beim Fehlen der Stabilisierung (Fahrzeug angehalten) und der einzuführenden Schusskorrektur
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Der Richtgriff 1 liefert einen Geschwindigkeitsrichtsteuerwert dem Visier. Dieser Wert wird zur Geschwindigkeitssteuerung der Waffe (Antizipationsbefehl) übertragen. Die Waffe kopiert nur unvollständig diesen Geschwindigkeitswert. Das Addierglied S1 bildet den Unterschied zwischen der Befehlsgeschwindigkeit für das Visier und der von der Waffe realisierten Geschwindigkeit, die vom Messfühler 6 gemessen wird. Das Ausgangssignal des Integrators 2 gibt die Positionsverschiebung zwischen der dem Visier befohlenen Position und der gemessenen Position der Waffe und somit der Kamera wieder. Die Einrichtungen 3 bewirken bei jedem Bild eine Verschiebung, die umgekehrt zu der ist, die der Positionsabweichung entspricht, die vom Integrator 2 kommt. Das Bild, das sich der Bedienungsperson zeigt, ist somit von der der Waffe eigenen Bewegung abgekoppelt. Das läuft für die Bedienungsperson darauf hinaus, dass ein direkter Visierbefehl unabhängig von der Waffe gegeben wird, die dennoch die Kamera trägt.
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Einführung der Schusskorrektur beim Fehlen der Stabilisierung (Fahrzeug ist angehalten) und einer befohlenen Richtgeschwindigkeit
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Die Schusskorrektur (Winkelversetzungswert in Azimut- oder Nadirrichtung) wird über das Addierglied S2 eingeführt.
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Dieser Wert wird in einen Geschwindigkeitsbefehl zum Steuern der Waffe über das Verstärkungsglied 4 umgewandelt.
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Die Steuerung der Waffe reagiert und die Waffe wird mitgenommen. Der Messfühler 6 misst die von der Waffe verwirklichte Geschwindigkeit und versorgt den Integrator S2, der eine progressive Verschiebung des Bildes bewirkt.
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Wenn die am Bild verwirklichte Verschiebung gleich der einzuführenden Schusskorrektur ist, wird der Geschwindigkeitswert vom Addierglied S2 gleich null und wird die Waffe stillgesetzt.
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Die Waffe wird dann bezüglich des Visiers um den Wert der Schusskorrektur versetzt, wobei das der Bedienungsperson gelieferte Bild unbeweglich bleibt.
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In der Praxis überlagern sich die verschiedenen unabhängig voneinander analysierten Betriebsweisen.
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Man erhält somit gleichzeitig eine Anordnung:
- • Mit Stabilisierung des Bildes für die Bedienungsperson (das Bild ist von den Bewegungen des Fahrzeuges und der Waffe abgekoppelt).
- • Mit einer unabhängigen Steuerung des Visiers in seiner Geschwindigkeit (die nicht von der Qualität der Steuerung der Waffe abhängt).
- • Mit einer automatischen Einführung der Schusskorrektur ohne Störungen des Visiers (was eine minimale Reaktionszeit vor dem Schuss erlaubt).
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Andere Ausbildunsvarianten als die beschriebene sind ersichtlich möglich:
- • Die Videokamera kann eine Fernsehkamera oder ein Infrarotkamera bzw. eine Kamera für Wärmebilder sein.
- • Die Erfindung findet ihre Anwendung hauptsächlich bei Anordnungen, die Kameras verwenden, die mit Matrizendetektoren ausgerüstet sind, die somit nicht mit einer internen Einrichtung der Zeilenablenkung oder Spaltenablenkung versehen sind. Die Erfindung kann dennoch auch auf Kameras angewandt werden, die mit einem Reihendetektor ausgerüstet sind, der eine interne Einrichtung zur Zeilenabtastung notwendig macht. In diesem Fall kann die Bildstabilisierung nur an einem begrenzten Bereich des Bildes in zufriedenstellender Weise erhalten werden, für den die Bild für Bild erfolgende Erfassung der Bewegung der Kamera vollständig mit der Erfassung diese Bereiches des Bildes synchronisiert ist.
- • Die Kamera muss nicht direkt an der Waffe angebracht sein, sondern kann in ein Visier integriert sein, dass über einen Richtspiegel verfügt, der mechanisch mit der Waffe verbunden ist, was es erlaubt, die Visierkamera fest und koaxial an der Waffe anzubringen (Visier auf dem Dach des Geschützturmes zum mechanischen Kopieren der Waffe).
- • Die Stabilisierung der Waffe kann mit anderen Regelungseinrichtungen verwirklicht werden, als sie beschrieben wurden (beispielsweise Stabilisierung in einer offenen Schleife der Waffe ausgehend von einem Gyrometer im Gehäuse für den Azimut und einem Gyrometer im Turm für den Nadir). Die gute Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung macht es nur notwendig, einerseits die Versetzung der Waffe zu steuern und andererseits über ein Maß der Geschwindigkeit oder der Position der Waffe zu verfügen (im letzten Fall ist das Addierglied S1 hinter dem Integrator 2 im Blockschaltbild in der Zeichnung angeordnet).
- • Im Fall eines stehenden Fahrzeuges kann die Stabilisierungssteuerung der Waffe durch eine einfache Steuerung der Geschwindigkeit auf der Grundlage der Verwendung eines Geschwindigkeitsmessers ersetzt werden, der es erlaubt, die Relativgeschwindigkeit der Waffe bezüglich ihres Unterbaus zu messen. Die Funktionen der unabhängigen Steuerung der Visierlinie und die automatische Einführung der Schusskorrektur sind bei einer derartigen Ausbildung immer verfügbar.
