DE1928483C3 - Verfahren zum Steuern motorisch angetriebener Zielerfassungsgeräte und/ oder Waffen auf bewegte Ziele und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Description

cot ti

/W

IO

den Wert cot/i bestimmt, daß ein Funktionsglied (136) vorgesehen ist, das aus cot// den Wert jt ermittelt, und daß ein Umschalter (S) für den Wechsel von Handsteuerung auf automatische Steuerung vorgesehen ist, der bei seiner Betätigung dtn so ermittelten Wert β an die Stelle des vom Rechner (R) errechneten Wertes 0 schaltet.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von motorisch angetriebenen zweiachsig gelagerten Zielerfassungsgeräten und/oder mit Zielerfassungsgeräten versehenen oder gekoppelten Waffen auf bewegte Ziele, wobei das Ziel von einer Bedienungsperson mit dem Zielerfassungsgerät angesteuert wird und, ausgehend von den vom Zielerfassungsgerät bzw. der Waffe laufend abgenommenen Werten des Seitenwinkels und des Höhenwinkels, zur Berechnung der als Steuergrößen für den Antrieb des Zielerfassungsgerätes und/oder der Waffe dienenden Seiten- und Höhenwinkelgeschwindigkeiten eine Darstellung der als geradlinig gleichförmig angenommenen Zielbewegung in Polarkoordinatcn in einer in konstanter Höhe angenommenen Kotangentenebene zugrunde gelegt wird.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des vorgenannten Verfahrens.

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens der vorstehend genannten Art bekannt, mittels der nach dem einmaligen Einsteuern durch eine Bedienungsperson ohne Kenntnis der Zielentfernung einem schnell beweglichen Luftziel automatisch gefolgt werden kann. Dabei werden die Steuergrößen für den Antrieb der Waffen bzw. der Zielerfassungsgeräte unter Zugrundelegung einer Darstellung der als geradlinig gleichförmig angenommenen Zielbowegung in Polarkoordinaten in einer in konstanter Höhe angenommenen Kotangentenebene mittels Recheneinheiten berechnet.

Bei dieser bekannten Steuervorrichtung ist eine Schätzung der Wechselpunktentfernung erforderlich. Da der Richtschütze seinen Blick nur auf das Ziel richtet und der Verfolgungsvorgang bei schnellen Zielen von üehr kurzer Dauer ist, muß die seitliche Schätzung der Wechselpunktentfernung als kompliziert und ungenau angesehen werden. Ferner wird bei dieser bekannten Steuervorrichtung vorausgesetzt. daß das Ziel die gleiche Höhe über dem Erdboden beibehält. Eine Neigung der Flugbahn wird bei dem bekannten Verfahren nicht berücksichtigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs genannte bekannte Verfahren und die eingangs genannte bekannte Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens dahingehend zu verbessern, daß auch ein Neigungswinkel des Zielweges gegen die Horizontalebene berücksichtigt wird und nur noch leicht zu schätzende oder zu ermittelnde Größen in die Rechnung eingeben.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Berücksichtigung des als konstant angenommenen Neigungswinkels f des Zielweges gegen die Horizontalebene der in der Kotangentenebene darstellbare Winkel ψ zwischen der Projektion des Zielweges in der Kotangentenebene und der Projektion der zugehörigen Horizontalen in der Kontangentenebene dient

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß es insbesondere bei im Tiefflug oder Sturzflug angreifenden Flugzeugen eine wesentlich genauere Zielverfolgung als die bekannten Verfahren ermöglicht. Durch die Darstellung eines dem Neigungs winkel F des Zielweges proportionalen Winkels ψ in der Kotangentenebene wird es möglich, geneigte Zielwege in der Kotangentenebene zu berechnen. Der Neigungswinkel <■ und die Zielgeschwindigkeit c werden vorzugsweise geschätzt. Die geschätzte Zielgeschwindigkeit und Neigung sind gleichzeii.g beobachtbare Größen, die zudem starken Beschränkungen durch die Flugzeugdynamik und die Angriffstaktik unterliegen und daher nur innerhalb bestimmter Grenzen liegen können und z. B. beim Erkennen des zu beschießenden Flugzeugtyps vielfach durch mittlere Erfahrungswerte ersetzt werden können. Eine Schätzung der Wechselpunktentfernung ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß Recheneinheiten vorgesehen sind, in denen die am Zielerfassungsgerät oder an der Waffe gemessenen Werte des Seitenwinkels α und des Höhenwinkels «·/ und die geschätzten Werte der Zielgeschwindigkeit v_g und des Neigungswinkels f gemäß den Gleichungen

sm ν

—^Y— = tan< · cot-·:
sm(/H- ψ}

h, ■ cot γ · I ft , , ,

rw '-,-:-= COt /<+ ψ)

1 (ft_r - cot -/)

verarbeitet werden, um den Winkel ψ und einen Seitenwinkel fi brw. trigonometrische Funktionen dieser Winkel zu bestimmen, wobei der Seitenwin-WcI ,,' sich dadurch von dem gemessenen Seitenwinkel '1 unterscheidet, daß er auf die Richtung der Horizontalkomponente der Zielbahn bezogen ist. und wobei γ ein Höhenwinkel ist. der sich von dem gemessenen Höhenwinkel 7 dadurch unterscheidet, daß er um einer· eventuell vorhandenen Aufsatzwinkel (i vermindert ist, und wobei l/i eine einem kleinen Zcitinkrcment entsprechende kleine Änderung des Seitenwinkels /f und Λ (h_c · cotg γ) eine entsprechende Änderung des Produktes aus der Höhe h_c der Kotangentenebene über der Horizontalebene durch den Standort, an dem die Werte des Seitenwink :ls η und des Höhenwinkels 7 gemessen werden, und dem Kotangens des Höhenwinkels γ ist. und daß Recheneinheiten vorgesehen sind, in denen

die Höhenwinkelgcschwindigkeit «>_y gemäß den Gleichungen

αι.. = 0,5 sin 2γ · COt (/( + ψ) ■ m_ß

und durch Differenzieren oder Diffcrenzcnbildung aus dem berechneten Wert /( des Seitenwinkels die Seitenwinkelgeschwindigkeit niß bestimmt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 5 bis 7 gekennzeichnet.

Falls man ein auf der Waffe montiertes und an deren Bewegungen teilnehmendes Zielerfassungs-Ziels und der Flugzeit t_(i des Geschosses bis zum Zusammentreffen mit dem Ziel abhängt. Senkrecht über dem momentanen Meßpunkt M liegt in derselben Höhe h über der Λ-Ebene wie der Punkt P

der Punkt H (Fig. 3). Die Horizontale PH schließt mit der Flugbahn PMT den Bahnneigungswinkel r ein, der für eine Zielverfolgung im allgemeinen konstant angenommen wird.
Eine senkrechte Projektion der Flugbahn in die

to /!-Ebene ergibt in dieser eine Spur Sp, auf der die Punkte P' und T sowie der Punkt M', der mit dem Punkt H' zusammenfällt, liegen (alle in die /!-Ebene

gerät verwendet, kann man auf Grund der erfin- projezierten Punkte sind durch einen Strich gekenndungsgemäßen Vorrichtung die Seiten- und Höhen- zeichnet). Durch die Geschützstellung 0 ist eine zur vorhaltewinkel λ und μ sowie den Aufsatzwinkel « ₁₅ Spur Sp parallele Gerade Sp₀ gelegt, die mit einer errechnen und das Zielerfassungsgerät um diese festen Null- bzw. Bezugsrichtung N, die im allge-Winkel gegenüber der Waffe zurückschwenken. meinen gleich der Nordrichtung ist, den für eine

' " ' Zielverfolgung konstanten Kurswinkel χ einschließt.

Zur Ableitung der Gesetzmäßigkeiten, nach denen ίο der Rechner die Steuerwerte Tür das Geschütz und das Visiergerät berechnet, wird in bekannter Weise die sogenannte Kotangentenebene, im folgenden kurz

Im folg nden wird die Erfindung an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausrührungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine geometrische Darstellung zur Ab

leitung der Grundgleichungen für das crfrndungs- C-Ebene genannt, eingeführt, die sich in konstanter gemäße Verfahren, Höhe h_c über der /!-Ebene erstreckt. Der Strahl, Fig. 2 eine gesonderte Darstellung eines Aus- ₁₅ der den Punkt 0 mit dem Laufpunkt des Zieles Verhi d Hritlb bid dh di CEb d iht f dieser

schnittes aus der Horizontalebene,

F i g. 3 eine gesonderte Darstellung einer durch einen Meßpunkt gelegten Vertikalebene,

Fig. 3 a eine Darstellung der Höhen winkel,

F i g. 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungs- ₎₀ beispieles des Rechners,

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform des Rechners,

F i g. 6 ein Blockschaltbild einer Adaptervorrichtung, die zwischen Rechner und den Antrieben der js Waffe bzw. des Visiers geschaltet ist,

F i g. 7 ein Prinzipschaltbild einer der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden Steueranordnung,

Fi g. 8 einen Ausschnitt der Horizontalebene nit der Projektion der Bewegungsbahn des Zieles und

F i g. 9 ein Ausführungsbeispiel einer Autosteuereinrichtung.

In den Fig. 1 bis 3 sind die geometrischen Verhältnisse dargestellt, wobei angenommen ist, daß ₄₅ Bezeichnungen verwendet (vgl. Fig° 1 bis 3 a):
das Ziel sich mit konstanter Geschwindigkeit ν auf

bindet, durchsetzt die C-Ebene und zeichnet auf dieser eine Spur Sp_c durch die Punkte P_CM_CT_C, die eindeutig der wahren Flugbahn zugeordnet ist. Durch Projektion der Geraden PH in die C-Ebene erhält man die Gerade P_CH_C, die mit der Spur Sp_c der Flugbahn den Winkel ψ einschließt, der die Information der Flugbahnneigung f beinhaltet.

Bei senkrechter Projektion der vorstehend beschriebenen Punkte und Geraden der C-Ebene erhält man in der Λ-Ebene kongruente Punkte und Geraden, da die beiden Ebenen parallel zueinander sind. Die Geraden P[M¹J¹, und P[H'_C in der /!-Ebene schließen daher ebenfalls den Winkel v¹ zwischen sich ein (Fig. 2).

Die Lage der verschiedenen Punkte wird in Polarkoordinaten, ausgehend vom Standort O der Waffe, jeweils durch einen Seitenwinkel und einen Höhenwinkel bestimmt.

Weiter werden Für die Rechnung die folgenden

einer geraden Bahn PMT bewegt, die nicht in konstanter Höhe verläuft, sondern gegen eine Horizontalebene um einen Winkel r geneigt ist. Der Punkt O bezeichnet die Position eines Geschützes mit einem Zielerfassungsgerät das im vorliegenden Fall ein optisches Visiergerät ist. Durch den Punkt O ist eine horizontale Ebene, die /4-Ebene, gelegt Im Zielauffassungspunkt P wird das Ziel erstmalig mittels des Visiergerätes erfaßt und von da an entlang der Geraden PMT verfolgt In der folgenden Rechnung wird im allgemeinen vorausgesetzt, daß die Bedienungsperson nach Zielelfassung das Ziel Mir einem kurzen Moment genau verfolgt, so daß während dieser Anfangsphase der Zielverfolgung den im nach·- folgenden beschriebenen Recheneinrichtungen genaue von Hand gesteuerte Werte des Seitenwinkels und des Höhenwinkels zugeführt werden. Der Punkt M stellt die momentane Position des Ziels dar und wird im folgenden als der momentane Meßpunkt bezeichnet Punkt T ist der Treffpunkt der sich vom momentanen Meßpunkt M durch den Vorhalt unterscheidet, der im wesentlichen von der Geschwindigkeit des σ_τ = χ + ß_T Seitenwinkel des Treffpunkte bzw. Drehkranzwinkel an der Waffe (meßbar), der im Uhrzeigersinn von einer meist mit der Nordrichtung zusammenfallenden Null- bzw. Bezugsrichtung N aus gemessen wird, wobei χ der für eine Zielverfolgung konstante Kurswinkel zwischen der Spur Sp bzw. einer parallelen Sp₀ hierzu und der Bezugsrichtung N ist,

ßr = "τ — χ Winkel zwischen der Richtung Sp bzw.

Sp₀ und der Geraden OTJ', ß_M Seitenwinkel des momentanen Meßpunktes M, gegen die Richtung Sp₀ gemessen,

Ψτ = « + Ύτ Höhenwinkel der Waffe (meßbar). γ_τ Höhenwinkel des Treffpunktes T, y_M Höhenwinkel des momentanen Meßpunktes M,

^λ = ßr ~ ß_M Seitenvorhaltwinkel.

ti = V₇- — /Af Höhenvorhakwinkel (ohne Berücksichtigung des ballistischen Aufsatzwinkels It),

" ~ Ίτ~ϊτ Aufsatzwinkel, der mittels eines ballistischen Rechners errechnet wird (Fig. 3a).

Ir)_1n- und fii.._r Seiten- und Höhenwinkelgeschwindigkeiten, auf den Treffpunkt T bezogen.

ρ und q Komponenten des Verschiebungsvcktors auf der Spur P'_CT'_C in der /1-Ebene (Fig. 2),

v_e Geschwindigkeit auf der Spur P_c T_c in der C-Ebene und auf der Spur P'_r T'_c in der /1-Ebene,

w_c Komponente von v_c in Richtung der Geraden P_cH_t in der C-Ebene bzw.

P'_CH'_C in der /1-Ebene.

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Bei den folgenden Ausführungsbeispielen ist angenommen, daß die Waffe und das Zielerfassungsgerät den selben Standort haben, der in den F i g. 1 bis 3 mit O bezeichnet ist. Das Zielerfassungsgerät kann z. B. ein an der Waffe montiertes Visier sein, das um die Vorhaltwinkel gegen die Waffe verschwenkt wird.

Die im folgenden abgeleiteten Gleichungen beziehen sic'n durchwegs auf die Waffenlage im Treffpunkt und die dieser Waffenlage zugeordneten vier Werte Pt- Yti '»bt- ^f"yT· Die Beziehung zum Meßpunkt, der mittels eines meist optischen Visiergerätes verfolgt wird, ist durch die Vorhaltwinkel λ und /j hergestellt. Der Gravitätseinfluß auf das Geschoß wird durch den Aufsatzwinkel α kojnpensiert.

Zunächst werden zwei fundamentale Gleichungen Tür den Winkel y und Für die Spurgeschwindigkeit v_c in der Kotangentenebene abgeleitet. Wie man leicht in F i g. 1 verfolgen kann, ist die Entfernung zwischen den Punkten H und M gleich w · t · tan f, da die Entfernung von Punkt P zu Punkt H gleich w ■ t ist. Mit t ist in diesem Fall die Zeit bezeichnet, in der das Ziel den Weg PM zurücklegt.

Aus dem Strahlensatz ergibt sich dann, wie in F i g. 3 zu sehen ist, daß die Strecke zwischen dem Punkt H_c in der Kotangentenebene und dem Schnittpunkt einer durch den Punkt H_c gelegten Vertikalen mit der Verbindungslinie zwischen der Geschützstellung O und dem Meßpunkt M gleich

w f · -γ- tan F
η

ist. Da die Verbindungslinie OM mit der Kotangentenebene den Winkel y_M einschließt, ergibt sich die Projektion M_cH_c der Strecke M H in die Kotangentenebene als ^

w t · -j- tan F coty_Af.

Ebenfalls durch Anwendung des Strahlensatzes ergibt sich die in die Kotangentenebene projizierte Horizontalkomponente der Zielgeschwindigkeit zu

w_c = ^>v,

und die Strecke P_CH_C in der Kotangentenebene ist demnach

w_c ■ t = -^Wt. η

In 1·'i g. 2 ist von O eine Gerade senkrecht auf die Gerade P'_CM'_CT'_C gerichtet und schneidet diese im Punkt T'_c sowie die_ Gerade P'_CH'_C im Punkt T". Aus dem Dreieck P'_CT'_CT" folgt nun mit den vorstehenden Gleichungen speziell für den durch die F i g. 2 und 3 definierten Winkel ;■ _r:

wobei

sin ν = tan ,■ · cot r_m„,
^c°t Ymax = cot γ_τ ■ sin (ß_T + _v.)

ist, wie sich aus dem Dreieck O, T'_c und T'_t in der /1-Ebene (F i g. 2) ableiten läßt. Folglich ist

siny

— = tan f · cot γ-

Diese Formel gilt auch Tür beliebige laufende Werte des Höhenwinkels γ des Ziels bei der Annahme einer geradlinigen Zielbewegung.

Der Schnittpunkt der Geraden O T'_r mit der Geraden P'_CH'_C ergibt den Punkt T" in der /1-Ebene, wie in F i g. 2 gezeigt ist.

Aus dem Sinus-Satz Für das Dreieck P'_CT'_CT'_C' ergibt sich

iV = w_r ■ sin /ir/sin [ß_T + ψ),
w_c = t? (/i_c//i) cos f.

Man sieht hieraus, daß i_r keineswegs konstant ist und nur im Grenzfall

Hm i' = w_c = konstant

Für eine Zielverfolgung konstant ist.

Die Gleichungen Für die Komponenten ρ und q des Verschiebungsvektors auf der Spur P'_CT'_C in der /1-Ebene (F i g. 2) suvi dann für ein kleines Zeitinkrement Ii und eine entsprechende kleine Winkeländerung Aß_T

ρ = h_c ■ co\.)'_TAß_T = i'_r · sin (0p+y)-'If 1 (Ha)

q = . 1 {h_c - cot)'_T) = iv ■ COS(^₇ + ψ) At. (lib)
Hieraus ergibt sich

fy·)· (HI)

Die Gleichungen (I) und (111) bestimmen zu jedem Zeitpunkt die Winkel ψ und ß_T bei gegebenen Werten von h_c, r und γ_τ. Der Winkel ψ ist dabei, wie bereits oben gesagt, für eine Zielverfolgung konstant, da die Flugbahn des Ziels als Gerade angenommen wurde. Der Winkel /i_T ist eine reine Rechengröße. Er unterscheidet sich um den jeweils für eine Zielverfolgung konstanten Kurswinkel χ von dem Seitenwinkei σ_τ. Der Kurswinkel χ wird jedoch für die Rechnung nicht benötigt. Es sei noch bemerkt, daß die Änderungsgeschwindigkeit Wß_T von ß_T mit der Änderungsgeschwindigkeit bzw. Winkelgeschwindigkeit f«„_r von σ übereinstimmt, da χ konstant ist.

Die Winkelgeschwindigkeit ω_βΤ, die wie im folgenden . gezeigt, zur Berechnung des Seitenvorhaltwinkels λ erforderlich ist wird im Rechner durch zeitliche Ableitung von ß_T gebildet, und die später benötigte Funktion sin ß_T wird ebenfalls im Rechner gebildet.

Die Höhenwinkelgeschwindigkeit ergibt sich nach Differenzieren der Gleichung (I) nach der Zeit. Dabei erhält man 2:uerst

erreicht, vergeht noch die Zeit t_(i. Der Faktor m wird auch aus dem ueschwindigkeitsvcrhiiltnis

sin ν ■

ψ) ·

sin·' i(l_T + ψ)

tan ι
SJn¹^r

r · cos/ I(
»■ ■ i f

wenn man berücksichtigt, daß di/'/df = O, da der Winkel ψ für eine Zielverfolgung konstant ist. In der linken Seite der vorstehenden Gleichung ist der so Ausdruck

sin v'/sin (/<_T + ψ)

enthalten, Tür den entsprechend Gleichung (I) tan F · cot γτ gesetzt wird. Die Ableitung der Gleichung (I) lautet somit

bestimmt.
Gleichung (II) mit dem Ausdruck für /> liefert

sin/i_r
mit I/ = konstantes Zeitinkrement. So folgt:

V · COS y IJ
W, I/

r · cos t

(VIII)

sin fl_r

tan F coty_r ■ cot(/?_r + ψ) · «>_βΤ =tanf

1
sin²)-r

Multipliziert man diese Gleichung mit sin² y_r und berücksichtigt, daß

cot γτ ■ sin γ_τ = cos γ_τ
und

cos γτ ■ sin y_r = 0,5 sin 2-/_r

ist. so erhält man schließlich

„_>yT = 0,5 sin 2,'r cot (/ir-l-v·)-"Mr- 0^v)

Um die Vorhaltwinkel / und μ Tür die Seiten- und die Höhenrichtung zu erhalten, benutzt man das Ergebnis der Veröffentlichung »Ein modernes Visier für leichte Flak« von D. Schröder, Wehrtechnische Monatshefte 61, 1964, H. 10, S. 367 bis 373, und zwar für λ die Beziehung

tan λ = o>ß_T · t_ü

wobei t₀ die Geschoßflugzeit ist, die im ballistischen Rechner errechnet wird.

Es ergeben sich dann die Gleichungen

In den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen eines Rechners wird gleich das Produkt ίο gebildet:

/!.COS, If

m/i, = —

p/sin/J₇-

tan λ = o>_ßT ■ t_G,

(V)

tan // = 0.5 sin 2·/_τ cot (fi_T + ψ) ■ tan /

wobei der Gleichung (VI) eine Vereinfachung zugrunde liegt, die davon ausgeht, daß // an sich klein gegenüber λ ist.

Es gilt schließlich noch, den Betrag der Entfernung vom Geschütz zum Luftziel zu bestimmen, der mit r bezeichnet wird, wobei r jedoch kein Vektor ist. r wird von dem Moment an, in dem das Ziel im Punkt P erfaßt wurde, laufend berechnet.

Wie aus Fi g. 3 a ersichtlich, gelten die Beziehungen

r =

r =

h-O-(t + t_G)sinr
sin, '_T

m h_c — ν ■ (t + t_c)sinf

(VII)

Hierbei ist m = h/h_c und f die Zeit, in der das Ziel fiir die Entfernung PM zurücklegt, weil der Rechner bereits beim Auffassen des Ziels im Punkt P zu rechnen beginnt. Bis das Ziel den Punkt T Die Eingabedaten ν und ,·_Γ oder eine Funktion von γ-, sind hinreichend für den ballistischen Rechner. In der praktischen Ausführung wird man noch Geschoßart, Temperatur, Wind und andere Parameter berücksichtigen. An seinem Ausgang müssen

der korrekte Aufsatzwinkel « und die Gesichoßflugzeit t_G erscheinen.

Zusammenfassend kann also festgestellt werden, daß zum Herleiten der theoretischen Beziehungen der Neigungswinkel f des Zielweges gegen die Horizontale dadurch in der in konstanter Höhe angenommenen Kotangentenebene dargestellt wird, daß sowohl der Zielweg als auch die Horizontale durch den Zielwegpunkt P, in dem das Ziel aufgefaßt wurde, durch Verbinden jedes Punktes des Zielweges und dieser Horizontalen mit dem Standort der Waffe in die Kotangentenebene projiziert werden. Dabei schließen die so in der Kotangentenebene erhaltenen Projektionen des Zielweges und der genannten Horizontalen den Winke! ψ ein. Auf Grund einiger aus den Fig. 1, 2 und 3 herleitbarer geometrischer Beziehungen läßt sich Gleichung (I) herleiten. Sie stellt eine Beziehung zwischen dem tatsächlichen Neigungswinkel e des Zielweges und dem den Neigungswinkel in der Kotangentenebene darstellenden Winkel ψ dar. Der in Gleichung (I) weiter vorhandene Winkel γ_τ ist gleich dem an der Waffe ablesbaren Höhenwinkel <f_T, vermindert um den vor einem ballistischen Rechner oder dergleichen gelieferten Aufsatzwinkel α. Der Höhenwinkel y_T is) daher ohne weiteres zugänglich. Dagegen ist der ir Gleichung (I) ebenfalls vorhandene Höhenwinkel /i, nicht ohne weiteres zugänglich, da er gegen die durch den Standort O der Waffe gelegte Parallele Sp₁ zur Spur des Zielweges Sp in der Horizontalebene gemessen ist. Da die Winkel ß_T und ψ sowohl ir Gleichung (I) wie in Gleichung (III) vorkommen kann man durch laufendes Einsetzen systematisch variierter Werte von /J₇- und y¹ in die Gleichungen (I und (III) diejenigen speziellen Werte von ß_T und ^ ermitteln, die die Gleichungen befriedigen. Aus derr so erhaltenen Wert von fl_T kann durch Differenzierer die Seitenwinkelgeschwindigkeit m_ßT erhalten wer den. Ferner kann aus der durch Differenzieren dei

Gleichung (I) nach der Zeit und einigen trigonometrischen Umformungen erhaltenen Gleichung (IV) die Höhenwinkclgeschwindigkeit r»_yT berechnet werden.

Aus der Geschoßflugzeit t_i; und der Seiten- und Höhenwinkelgeschwindigkeit uif_T bzw. i«_yT lassen sich die Vorhaltwinkel /. und μ gemäß Gleichungen (V) und (Vl) berechnen. Ferner kann gemäß Gleichung (VII) die Entfernung r zwischen dem Standpunkt 0 der Waffe und dem Treffpunkt T errechnet werden, wobei die Entfernung r für die Berechnung des Aufsatzwinkels η im ballistischen Rechner verwendet werden kann.

F i g. 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele von Rechnern, m'ttels derer das vorstehend beschriebene Rechen verfahren durchgeführt werden kann. Bei der ij Beschreibung dieser Rechner sind die Seiten- und Höhen winkel nicht mit dem index T versehen worden, da die Waffe, an der die in den Rechner eingegebenen Werte des Seiten- und Höhenwinkels abgenommen werden, zunächst mittels der Handsteuerung wird und daher zumindest in der Anfangsphase der Handsteuerung noch nicht genau auf die dem Treffpunkt entsprechende Richtung a_T und </_T ausgerichtet ist.

In die Rechner werden die an der Waffe laufend abgenommenen Werte des Seitenwinkels α und des Höhenwinkels 7 sowie die für jede Zielverfolgung als konstant angenommener geschätzten Werte der Zielgeschwindigkeit v_g und des Neigungswinkels f des Zielweges eingegeben. Die in F i g. 4 und 5 dargestellten Rechner umfassen jeweils einen ballistischen Rechner B bzw. B', der dazu dient, unter Berücksichtigung der vorgenannten, in den Rechner eingegebenen Werte und einiger zusätzlicher, in den ballistischen Rechner eingegebenen Parameter, wie Geschoßart, Temperatur, Wind u. dgl., den Aufsatzwinkel « und die Geschoßflugzeit t_G zu berechnen.

Aus dem in den Rechner eingegebenen, an der Waffe abgenommenen Seitenwinkel η kann durch Differenzieren nach der Zeit bzw. Differenzbildung dßidt bzw. .Iß gewonnen werden, da sich der an der Waffe abgenommene Seitenwinkel α von dem gegen die Richtung der Spur des Zielweges in der Horizontalebene gemessenen Seitenwinke] β nur durch einen konstanten Winkel χ unterscheidet, der beim Differenzieren bzw. bei der Differenzenbildung wegfällt. Aus dem von der Waffe abgenommenen und in den Rechner eingegebenen Höhenwinkel 7 wird durch Subtraktion des Aufsatzwinkels α der Höhenwinkel y gewonnen. Durch Recheneinheiten wird aus den vorgenannten Werten die rechte Seite der Gleichung (I), d. h. tan f · cot γ, und die linke Seite der Gleichung (III), d. h.

h.COiy \ß

gebildet.

In den Rechnern werden die linke Seite der Gleichung (I), d. h. der Ausdruck

sin v/sin (β+ψ), ^fc

und die rechte Seite der Gleichung(III), d.h. der Ausdruck cot Qi + ψ), mittels Funktionsgebern gebildet und in Abgleichvorrichtungen mit der erstgenannten zugehörigen Seite der Gleichung (I) bzw. (III) abgeglichen, wobei der Abgleich dadurch vorgenommen wird, daß jeweils gleichzeitig die gleichen Werte si und y' in die Funktionsgeber eingegeben werden, diese Werte /i und 1," jedoch ,jitlich so lange variiert werden, bis beide Gleichungen mit den gleichen Werten ji und ψ abgeglichen sind. Aus dem so erhaltenen Wert /J wird durch Differenzieren die Scitcnwinkelgeschwindigkcit n>_f erhalten, die gleich der Seitcnwinkclgcschwindigk;it «>„ der Waffe ist. Ferner wird gemäß Gleichung (IV) unter Verwendung der Scilenwinkelgeschwindigkcit m„ die Höhenwinkelgcschwindigkeit <»_r durch den Rechner berechnet und aus der Höhenwinkelgeschwindigkeit «i_r durch Addition mit der zeitlichen Änderung Hi₁ des Aufsatzwinkels « die dem Waffenantrieb zuzuführende Höhenwinkelgeschwindigkeit ω_ψ erhalten. Weiter wird durch Multiplikation der Seitenwinkelgeschwindigkcit n,_ß mit der vom ballistischen Rechner errechneten Geschoßflugzeit t_G der Tanyens des Seitenvorhaltwinkels χ gemäß Gleichung (V) berechnet und aus der Höhenwinkclgeschwindigkeit i>,_y und der vom ballistischen Rechner berechneten Geschoßflugzeit t_c gemäß Gleichung (VI) der Tangens des Höhenvorhaltwinkels // berechnet.

F i g. 4 zeigt einen Digitalrechner, dem die oben abgeleiteten Gleichungen zugrunde liegen. Mittels der Analog-Digitalumsetzer bzw. Pulscode-Umsetzer 1 urd 2 werden die an der Waffe gemessenen Seitenwinkel α und Höhenwinkel 7 zur Eingabe in den Rechner in binäre Form umgesetzt. Ein Block 3 enthält einen stabilisierten Oszillator, einen Zähler sowie einen Taktgeber, der die Schalter 4 und 5 in konstanten Zeitabständen ti z. B. alle 3 Millisekunden kurzzeitig, d. h. für eine Zeit, die klein gegenüber Ii ist, schließt, um jeweils einen neuen Wert von π bzw. 7 abzutasten und in Blöcke 6 und 7 einzugeben. Der Block 6 enthält zwei Register. Ein Wert von n, der zu einem bestimmten Zeitpunkt in das erste Register eingegeben wurde, wird nach Verstreichen des Zeitinkrements If, wenn ein neuer Wert n in das erste Register .ingegeben wird, in das zweite Register übertragen. Am Ausgang von Block 6 erscheint ( iß)/2.

Der Block 7 enthält zwei Register. In das erste wird der Wert 7 eingegeben, und in das zweite der Wert des Aufsatzwinkels «, der vom /\isgang eines ballistischen Rechners B kommt. Am Ausgang des Blocks 7 erscheint γ, das die Differenz der in diesen Block eingegebenen Werte <i und 7 ist. Der Wert · wird in den Block 8 eingegeben, der einen Speichel für zugehörige Werte von sin γ und cos γ_τ enth, t Die Ausgangswerte sin γ und cos γ des Blockes ί werden in den Block 9 eingegeben, in dem der Weri cot γ gebildet wird, der in Block IO mit dem kon stanten Wert h_c multipliziert wird, wodurch h_c ■ cot 3 erhalten wird. Dieser Wert wird nun einmal in Bloc! 11 mit dem Wert(,1/i)/2 aus Block 6 multipliziert um entsprechend der Gleichung (I Ia) den Wert p/; zu erhalten. Zum anderen wird er in Block 12 eingc geben, der zwei Register enthält. Der in das ersti Register zu einem bestimmten Zeitpunkt eingegeben 1 Wert wird, wenn nach Verstreichen des Zeitinkre mcnts It ein neuer Wert in das erste Register ein gegeben wird, in das zweite Register übertragen. An Ausgang des Blockes 12 erscheint die halbe Differen 1 (Ji₁. · cot y)/2 der Werte in den beiden Registern die nach Gleichung (lib) gleich dem halben Wert ql der Komponente q des Verschiebungsvektors in de C-Ebene ist. Die Eingangswerte zu den Blöcken 1 und 12 werden diesen über Schalter 11', II" und 12 zugeführt, die vom Taktgeber in Block 3 gesteuer

werden. Der Ausgangswert <j/2 aus Block 12 wird ta Block 13 durch den Ausgangswert p/7. des Blockes 11 dividiert, so daß am Ausgang von Block 13 der Wert q/p erscheint.

Die geschätzte Flugbahnneigung t wird vorzugsweise in diskreten Werten, z.B. 5, 10, J5° usw., in den Block 14 eingegeben, der binäre Hegister für seine Ausgangswerte istaf und cosr enthält. Durch Quotientenbildung dieser Werte in Block 15 ergibt sich der Wert tan f, der in Block 16 mit dem Wert cot y aus Block 9 multipliziert wird, um den Wert tan f cot y zu erhalten.

Mittels der aus den Blocken 17 bis 22 bestehenden Recheneinheit werden mit Hilfe des Wertes q/p aus Block 13 und des Wertes tan e · cot γ aus Block 16 die Werte /J und cot ifl + φ) bestimmt Die Recheneinheit umfaßt einen Block 17, in dem die verschiedenen möglichen Werte von cot (ß + ψ) und sun (/ί +- ψ) gespeichert sind sowie einen Block 18, der die verschiedenen Werte von sin y gespeichert enthiilt. Man kann sagen, daß die Blöcke 17 und 18 Tabellen der gewünschten Ausgangswerte gespeichert haben. Der Ausgangswert cot(/i + ψ) von Block 17, der die rechte Seite der Gleichung (IH) darstellt, wird in Block 19 mit dem Wert q/p aus Block 13 verglichen, der die linke Seite der Gleichung (IH) darstellt. Der Ausgangswert sin ψ aus Block 18 wird in Block ,11 durch den Ausgangswert sin (ß + ψ) aus Block 17 dividiert. Der dadurch erhaltene Wert sin v/sin {ß -I- ψ), der der linken Seite der Gleichung (I) entspricht, wird in Block 20 mit dem der rechten Seite von Gleichung (1) entsprechenden Wert tan / · cot γ aus Block 16 verglichen.

Am Ausgang des Blockes 20 erscheint die Speicheradresse »Adresse y>«, die einmal direkt in den Speicherblock 18 eingegeben wird und zum anderen in Block 22 zu der aus Block 19 kommenden Speicheradresse »Adresse ß« addiert wird, wodurch man die »Adresse (ß + y)« erhält, die in Block 17 eingegeben wird. Entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs in den Blöcken J9 und 20 werden in diesen Blöcken die Speicherauressen »Adresse y« und »Adresse ß« systematisch modifiziert, wodurch neue Werte in den Speicherblöcken 17 und 18 aufgerufen werden, mit denen die Vergleichsoperation wiederholt wird, bis die beiden Blöcke 19 und 20 Gleichheit feststellen. Bei Gleichheit sind die Bedingungen der Gleichungen (I) und (III) erfüllt und die richtigen Ausgangswerte »Adresse ß« und cot (/; + ψ) der aus den Blökken 17 bis 20 bestehenden Recheneinheit gefunden.

Die aus Block 19 kommende Speicheradresse »Adresse ß« wird in den Block 23 eingegeben, der die Werte von β und sin/i gespeichert enthält. Der Ausgangswert sin β dieses Blockes 23 wird — wie weiter unten beschrieben — zur Berechnung der Zielentfernung r verwendet. Dir Ausgatipwcrt /f stellt einen Ausgangswert des Rechners dar. Darüber hinaus wird der Wert β über einen Schalter 24, der vom Taktgeber in Block 3 gleichzeitig mit den Schaltern 4 und 5 betätigt wird, in den Block 26 eingegeben, der eine ähnliche Funktion wie die Blöcke 6 und 12 hat und den Wert Aß bildet, der ein Maß Tür die Winkelgeschwindigkeit «>_f der Seitendrehung der Waffe ist. Der Wert Λ β wird in rtlock 27 mit dem Faktor 200 multipliziert. Am Ausgang de« Blockes 27 erhält man den Wert ω_β. Der Wert <->», der gleich l/i/ Ii ist. ergibt sich durch Multiplikation von I/f. das man aus dem Block 26 erhält, mit dem Faktor 200, da in dem vorliegenden Ausfübrungsbeispiel 41 — 5 m/sec und

At

200 · Aß

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ist

Der Wert i»_r wird nach Gleichung (IV) berechnet Hierzu werden die Werte siny und cos;· von

ίο den Ausgängen des Blockes 8 in den Block 28 einge-• geben, in dem der Wert 0,5 -sin2}> berechnet wird, der dann dem Block 29 zugeführt wird, wo er mit dem Wert cot(p" + φ) aus Block 17 multipliziert wird.

Der Ausgangswert des Blockes 29 wird in Block 30 noch mit dem Wert a>_ß aus Block 27 multipliziert, so daß man am Ausgang von Block 30 entsprechend der Gleichung (IV) den Wert m_v erhält.

Jetzt gilt es noch, den Teil des Rechners zu beschreiben, der unter Mitwirkung des ballistischen Rechners B die Funktionen tan / und tan « der Vorhaltwinkelinkremente / und // sowie den Aufsatzwinkel -ι berechnet. Dabei wird zuerst die Berechnung der Entfernung r zwischen Waffe und Ziel beschrieben, der die Gleichungen (VlI) und (IX) zugründe liegen. In Block 31 wird die geschätzte Fluggeschwindigkeit i_g des Ziels, die eine Eingangsgröße des Rechners ist, mit den Werten sin > und cos > aus Block 14 multipliziert, wodurch man an den beiden Ausgängen von Block 31 die Werte ;„ · cos

und r, -sin* erhält. In Block 32 wird der Wert i₉-coif mit dem konstanten Wert /i_f · If multipliziert, wobei der Wert von h_c · Ir gleich 1 gewählt ist. In Block 33 wird der Wert p/2 aus Block 11 mit dem Faktor 2 multipliziert um den Wert ρ zu erhalten. der im Block 34 durch den Wert sin,; aus Block 23 dividiert wird. Der Wert v_e ■ /1, ■ U- cos. aus Block 32 wird in Block 35 durch den am Ausgang von Block 34 erhaltenen Wert p/sin β dividiert. Am Ausgang von Block 35 erhält man dann ent-

sprechend Gleichung (IX) den Wert mh_c. wobei m gleich dem Verhältnis der Höhen h/h_c ist. Aus einem nach jeder Zielverfolgung auf Null zurückgesetzten Realzeitzähler wird die Zeit t ab dem Erfassen des Ziels in Punkt P in der Höhe h in den Block 36 eingegeben, wo ihr noch die Geschoßflugzeit t₀ aus dem ballistischen Rechner hinzuaddiert wird. Das Zurücksetzen des Realzeitzählers kann mit dem Einstellen des geschätzten Wertes des Bahnneigungswinkels / gekoppelt sein. Der Wert t + t_G wird in Block 37 mit dem Wert V₉ ■ sin t multipliziert. Das Produkt vom Ausgang des Blockes 37 wird in Block 38 von dem Wert mh_€ aus Block 35 abgezogen und der Ausgangswert von Block 38 wird dann entsprechend Gleichung (VII) in Block 39 durch d>;n

in Block 8 gewonnenen Wert sin ·/ dividiert. Der am Ausgang von Block 39 erhaltene Wert r der Zielcntfernung wird in den ballistischen Rechner B eingegeben.

Neben der errechneten Zielentfernung werden noch die beiden Werte cos γ aus Block 8 und · aus Block 7 in den ballistischen Rechner eingegeben. der dann daraus die Geschoßflugzeit I₀ und den Aufsatzwinkel n, der ein Ausgangswert des Rechners ist, errechnet.

Nach Gleichung (V) wird in Block 40 der Ausgangswert tan λ des Rechners als Produkt aus dem Wert ff, vom ballistischen Rechner ß und der Winkelgeschwindigkeit iitf aus Block 27 errechnet. Der

Ausgg tan /♦ des Rechners wird nach Gleichung (VJl durch Multiplikation von t₀ aus dem ballistischen Rechner B mit dem Wert m, aus Block 30 in Block 41 gebitdet

, Der Wert « aus dem ballistischen Rechner wird ober einem Schalter 42, der gleichzeitig mit den Schaltern 24, 4 und 5 vom Taktgeber in Block 3 betätigt wird, in den Block 43 eingegeben, der in derselben Weise wie Block26 arbeitet und den Wert .la bildet. In Block 44 wird in entsprechender Weise wie Λ β in Block 27 der Wert I α mit dem Faktor 200 multi pliziert, mm ω_β zu erhalten, das dann in Block 45 zu dem Weit v»_r aus Block 30 hinzuaddiert wird. Der Wert νι_φ = Ut₁ + ut_x aus Block 45 ist ein Ausgangswert des Rechners. ,₅

Bei denn vorstehend beschriebenen Digitalrechner werden die Schalter 4, 5, 11', 11", 12', 24 und 42 (Fig. 4) vom Taktgeber3 betätigt. Dabei ist die Abtasten dieser Schalter, d. h. die Zeitspanne, in der die Schalter geschlossen sind, klein gegenüber dem Zfiiliinkremeni It zwischen zwei Abtastungen. Die aus den Blöcken 17 bis 22 bestehende Recheneinheit benötigt Tür das Aufsuchen der richtigen Werte von β bzw. cot (/< 4- y>) im allgemeinen eine Zeit, die größer als die Abtastzeit der Schalter ist, die aber nicht größer als Ii sein sollte, um die gesamte Rechenzeit des Digitalrechners klein zu halten.

F i g. 5 zeigt einen Analogrechner, der dem Digitalrechner nach F i g. 4 äquivalent ist. Der Seitenwinkel <r steht als Drehwinkel einer Waffenantriebswelle zur Verfügung und treibt einen tachometrischen Dynamo 51 an, aus dem man den Wert der Geschwindigkeit dß/dt in Form einer elektrischen Größe erhält. Der Höhenwinkel 7 und der Aufsatzwinkel u werden ebenfalls als Drehwinkel von Wellen in den Rechner eingegeben. In einer mechanischer. Subtraktionseinrichtung 52, die z. B. ein Differentialgetriebe sein kann, wird α von 7 abgezogen, wodurch man 7 erhält, das in einen elektromechanischen Wandler 53 eingegeben wird, der an seinen Ausgängen die folgenden sechs Werte 0,5 -sin2γ. /vcoty, cosy, ·/, sin γ und cot γ in Form elektrischer Größen liefert. Der Wert cot γ wird in einen zweiten elektromechanischen Wandler 54 eingegeben, an welchem auch die geschätzte Fluggeschwindigkeit v_g des Ziels und die geschätzte Bahnneigung e eingestellt werden. Der Wandler 54 liefert die drei Werte tan f · cot ·/, v_g ■ cos ( und D₁₁ · sin f in Form elektrischer Größen. Der Wert /i_c · cot >' aus dem Wandler 53 wird erstens in Block 55 mit d/i/d; aus dem tachometrischen Dynamo 51 multipliziert, wodurch man nach Gleichung (Ha) den Weirt ρ erhält. Zweitens wird in Block 56 nach Gleichung (Hb) der Wert q als zeitliche Ableitung dieses Wertes h_c ■ cot ;■ gebildet und über eine Beruhigungsschaltung 57. aus der man den beruhigten Wert q erhält, dem Block 58 zugeführt, der den Quotienten q/p bildet, wobei der Wert ρ aus Block 55 in einer Beruhigungsschaltung 59 beruhigt und als Wert ρ in Block 58 eingegeben wird.

Mittels einer aus den Elementen 60 bis 68 bestehenden, zwei Regelkreise umfassenden Recheneinheit werden mit Hilfe des Wertes q/p aus Block 58 und des Wertes tan e · cot γ aus dem elektromechanischen Wandler 54 die Werte β und cot {ß + ψ) *j bestimmt. Die Recheneinheit umfaßt einen Resolver * 60. der an seinen Ausgängen die Werte sin {ß+ ψ) und cos· l/l + ν) als elektrische Großen liefert, wobei der Drehwinkel der Welle dieses Resolvers 60 dem Wert/f + y. entspricht. In Block 61 wird der Wert cot (ß + ψ) als Quotient der beiden Ausgangswerte des Resolvers 60 gebildet Die Recbenscbaltung umfaßt weiter einen zweite« Resolver 62, dessen Drehwinkel dem Wert ψ entspricht und der als elektrische Ausgangsgröße den Wert sin ψ liefert, der in Block 63 durch den Wert sin {ß + ψ) aus dem ersten Resolver dividiert wird. Der Ausgangswert cot (ß + φ} von Block 61, der die rechte Seite der Gleichung (HI) darstellt, wird in Block 64, der als Verstärker ausgebildet ist, mit dem Wert q/p aus Block 58 verglichen, der die linke Seite der Gleichung (III) dar stellt Der Wert sin v/sin (ß + ψ) aus Block 63, der der linken Seite der Gleichung (I) entspricht, wird in Block 66 mit dem der rechten Seite der Gleichung (I) entsprechenden Wert tan f · cot γ aus den* elektromechanischen Wandler 54 verglichen. Entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs in den als Verstärker ausgebildeten Blöcken 64 und 66 werden die Servomotoren 65 bzw. 67 gesteuert, mittels welcher die Wellen der Resolver 60 bzw. 62 so gedreht werden, daß die Blöcke 64 und 66 Gleichheit feststellen. Bei Gleichheit sind die Bedingungen der Gleichungen (I) und (III) erfüllt und die richtigen Werte von (,f + ψ\ und _v als Drehwinkel der Wellen der Resolver und von cot (ß + ψ) als elektrische Ausgangsgröße aus Block 61 gefunden. In einer mechanischen Subtraktionseinrichtung 68, z. B. einem Differentialgetriebe, wird die Differenz der Drehwinkel der beiden Resolverwellen gebildet, wodurch der Wert ß, der ein Ausgangswert des Rechners ist, als Drehwinkel einer Welle erhalten wird. Diese Welle treibt unter anderem einen tachometrischen Dynamo 69 an, der über eine Beruhigungsschaltung 70 den Wert i->_p als elektrische Größe abgibt.

Der Wert cot [Ji + ψ) aus Block 61 wird in Block 71 mit dem Wert 0,5 sin 2 γ aus dem elektromechanischen Wandler 53 multipliziert, und das aus diesem Block 71 erhaltene Produkt wird in Block 72 noch mit dem Wert m_f aus Block 70 multipliziert, wodurch man entsprechend Gleichung (IV) den Wert Ui₁ erhält.

Im folgenden wird ein Teil des Rechners beschrieben, der mit Hilfe eines ballistischen Rechners B' die Funktionen tan / und tan μ der Vorhaltewinkelinkremente λ und μ sowie den Aufsatzwinkel η berechnet. Dabei wird wieder zuerst die Berechnung der Entfernung r zwischen Waffe und Ziel beschrieben, der die Gleichungen (VH) und (IX) zugrunde liegen. Von der Ausgangswelle der Subtraktionseinrichtung 68, deren Drehwinkel dem Wert /( entspricht, wird auch ein Resolver 73 angetrieben, der den Wert sin β in Form einer elektrischen Größe liefert. In Block 74 wird der Wert ρ aus Block 59 durch diesen Wert sin β dividiert. In Block 75 wird der Wert v_e ■ cos f aus dem elektromechanischen Wandler 54 durch den so in Block 74 erhaltenen Quotienten dividiert, wodurch man nach der Gleichung (VIII) den Wert wi erhält, der in Block 76 mit dem konstanten Faktor h_c multipliziert wird, um den Wert mh_c zu erhalten.

Der Wert ν ■ sin >■ aus dem elektromechanischen Wandler 54 wird im Block 77 über die Zeit integriert, wobei t = 0 der Zeitpunkt ist, in dem das Ziel im Punkt P erfaßt wird. Zum anderen wird der Wert v_e ■ sin f in Block 78 mit dem Wert r_G der Geschoßflugzeit, die im ballistischen Rechner B' errechnet

wird, multipliziert. Die beiden Produkte v. · sin <■■ · t »us Block 77 und v_f · sin r · i_Q aus Block 78 werden m Block 79, der eine Suromatorscbaltung enthält, »ddiert, wodurch man den Wert v_e ■ sta r · (f + t_c) erhält, der mit einem negativen Vorzeichen ta einen s eine Summatorschaltung umfassenden Block 80 eingegeben wird, wo er von dem Wert mh_c aus Block 76 abgezogen wird. Der der Differenz der beiden Eingangswerte entsprechende Ausgangswert von Block 10 wird entsprechend Gleichung (VII) ta Block 81 noch durch den Wert sta γ aus dem elektromechanischen Wandler 53 dividiert, um den Wert r der Zielentfernung zu erhalten, der ta den ballistischen Rechner B' etagegeben wird.

Neben dem errechneten Wert der Zielentfernung r werden noch die Werte cos γ und γ aus dem elektromechanischen Wandler 53 ta den ballistischen Rech ner B' eingegeben, der dann die Geschoßflugzeit t_c und den Aufsatzwinkel «, der ein Ausgangswert des Rechners ist, errechnet.

Nach Gleichung (V) wird in Block 82 der Ausganswert tan λ des Rechners als Produkt aus dem Wert /_c vom ballistischen Rechnci B' und den Wert der Winkelgeschwindigkeit οι β aus Block 70 errechnet. Der Ausgangswert tan μ des Rechners wird nach der Gleichung (VI) durch Multiplikation des Wertes t_G aus dem ballistischen Rechner B' mit dem Wert Ui₁ aus Block 72 in Block 83 gebildet.

In Block 84 wird die zeitliche Ableitung m_x des als elektrische G.öße am Ausgang des ballistischen Rechners B' erhaltenen Wertes « gebildet. Der so erhaltene Wert <«„ wird in Block oS. der eine Summatorschaltung enthält, zu eiern V ert «>_y aus Block *- addiert, wodurch man den Ausgangswert ι·>_φ des Rechners gewinnt. Der Wert π vom Ausgang des ballistischen Rechners B' wird darüber hinaus in einer nicht gezeigten Einheit mit Hilfe eines Verstärkers und eines Servomotors in die Drehung einer Welle umgewandelt und in dieser Form in die Subtraktionseinrichtung 52 am Eingang des Analogrechners eingegeben.

An Stelle der Resolver 60, 62 und 73 können auch andere geeignete Funktionsgeneratoren, wie z. B. Sinus-Kosinus-Potentiometer oder Rechenkondensatoren, verwendet werden.

Es kann zweckmäßig sein, den Rechner als Hybridrechner auszubilden, in dem Elemente der Digitalrechentechnik und der Analogrechentechnik miteinander verbunden sind, insbesondere um einen schnellen und genauen Rechner zu erhalten.

In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde, wie vorstehend bereits erwähnt, angenommen, daß die Waffe und das Zielerfassungsgerät den selben Standort haben, der in den Fig. 1 bis 3 mit O bezeichnet ist. Falls die Standorte jedoch verschieden sind, kann der ballistische Rechner so ausgelegt werden, daß er neben dem Aulsatzwinkel <i und den Vorhaltewinkelkomponenten /. und /* zwei weitere Korrekturwerte λ_κ und μ_κ für den Höhenwinkel und den Seitenwinkel des Zielerfassungsgerätes errechnet, die den Standortunterschied ausgleichen.

F i g. 6 zeigt eine Adaptervorrichtung, die die Ausgangswerte des Rechners in die zum Steuern der Antriebe der Waffe und des Visiergeräts erforderliche Form bringt. Die Blöcke 88 bis 92 enthalten Digital-Analog-Umsetzer und wandeln die digitalen Ausgangswerte des Digitalrechners in analoge Form um. Der in Block 88 gebildete analoge Wert von /f 483 (I

ist einer der Ausgangewerte des Adapters. Aus dem in Block 90 gebildeten analogen Wert von tan μ wird in Block 93, der ein Funktionsglied enthält, der Wert/* gewonnen. Der so erhaltene Wert/* wird in Block 94, der eine Summatorschaltung enthält, zu dem Wert α aus Block 89 addiert und der Wert α + μ bildet einen Ausgangswert des Adapters. Aus dem Wert tan Λ wird ta dem ein Funktionsglied enthaltenden Block 95 der Wert λ gebildet Der vom Rechner errechnete Wert von ω, wird nach seiner Umformung ta die analoge Form ta Block 92 einem Potentiometer 98 zugeführt An dem Potentiometer 98 wird ein Teilbetrag ω* des errechneten Wertes von w„ abgegriffen. Bei Handsteuerung wird der vom Richtschützen am Steuerknüppel K etagestellte Wert von ω_ ta den Etagang d des Adapters eingegeben und als Vergleichswert einem Verstärker 96 zuge führt, dem auch ω* zugeführt wird und der einen Abgleich von o>% mit dem Vergleichswert <·,_φ vornimmt. Bei dieser Normierung von <»* steuert der Verstärker 96 einen das Potentiometer 98 betätigenden Servomotor 97 derart, daß der am Potentiometer abgegriffene Ausgangswert ω* des Adapters gleich ist dem während der Handsteuerung den Waffenantrieben zugefiihrten Wert ι»_φ. Hierdurch wird ein stetiger übergang voi. der Handsteuerung auf die automatische Zielverfolgung sichergestellt. Während der automatischen Zielverfolgung sind die beiden Eingänge von Block 96, wie man aus F i g. 7 ersehen kann, kurzgeschlossen, und die Stellung des Potentiometers 98 wird nicht mehr verändert.

Bei Verwendung eines Analogrechners, wie er z. B. in F i g. 5 dargestellt ist, entfallen die die Digital-Analog-Umsetzer enthaltenden Blöcke 88 bis 92 des Adapters.

In dem in F i g. 7 daigestellten Blockdiagramm ist eine Waffe W mittels eines Höhen- und Seitenantriebs G der Seite und der HoN nach verschwenkbar. In der Anfangsphase einer Zielverfolgung, in der der Richtschütze das Visiergerät V mittels einer Knüppelsteuerung K auf das Ziel einsteuert, befinden sich die Schalter 102 und 104 in ihrer in gestrichelten Linien eingezeichneten Stellung. In dieser Anfangsphase werden die Werte <»_φ und m_a den Waffenantrieben G von der Knüppelsteuerung K zugeführt. Einem Rechner R, der ein Digitalrechner nach F i g. 4 oder ein Analogrechner nach F i g. 5 sein kann, werden laufend die an der Waffe gemessenen Seiten- und Höhenwinkelstellungen 7 und σ der Waffe zugeführt, und die geschätzten Werte der Flugbahnneigung ± t sowie der Fluggeschwindigkeit 1₉ werden manuell in den Rechner R eingegeben. Ist der Rechner ein Digitalrechner, so werden die an der Waffe gemessenen Werte 7 und π dem Rechner in kodierter Form als elektrische Signale zugeführt. Einem Analogrechner werden diese Werte als Drchwinkel von Wellen zugeführt.

Die Ausgangswerte des Rechners R werden einem Adapter D zugeführt, der im einzelnen in Figo dargestellt ist und schon eingehend beschrieben wurde. Der Ausgangswert β des Adapters wird einer Autosteuereinrichtung E zugeführt.

Sobald der Richtschütze das Ziel für einen Moment genügend genau verfolgt hat, schallet er mittels des Autoschahers S die Schalter 102 und 104 um. Die weitere Zielverfolgung wird dann von den Rechnern gesteuert.

Im folgenden wird die Autosteuercinrichtung E

„Hier erläutert. Aus^FUj* JaSSCn₁ sich die der des Servomotors UO dreht, die ihrerseits den Schleifer 116 eines Potentiometers 114 verschwenkt. Der Widerstand des Potentiometers 116 ist proportional Das Potentiometer 114 ist in Reihe -nit

zu sinV- Das Potentiometer 114 ist in
einem zu Justierzwecken einstellbaren Widerstand Π8 und einem Potentiometer 120 an eine Spannungsquelle angeschlossen, die eine konstante Gleichoder Wechselspannung liefert. Der durch den Schleifer 116 am Potentiometer 114 abgegriffene Span-

nente der Wecbselpunktentfernung ist in F i g. 8 mit x'mi* bezeichnet Nach F i g. 8 gilt die Beziehung

Antostewerung zugrunde liegenden Gleichungen ableiten. In Fig- 8 ist mit O die Position der Waffe angegeben. Da vorausgesetzt wird, dafi das Visier in der Waffe montiert ist, gibt O auch die Position Visiers an. Die gestrichelte Urne Sp stellt die der Flugbahn in der Horizontalebene und r' Horizontalkomponente der Treflpunktentfer-

_m__w. dar, wobei r' mit der Spur Sp und ebenso „,„ , _Mlw..„_wlH^„. .., ..-p-o-

Jrit der sich zur Spur parallel erstreckenden Geraden ₎₀ nungswert"wird denT Ausgang"*? Ter~Au*tosteuerem-Sp₀ den Winkel fi_T einschließt. Die Horizontalkompo- richtung sowie einem Verstärker 122 zugeführt. Dem

.._ «/.„u„„i th«tf. - .·_ ^ - η ..... verstärker 122 wird weiter der Wert ω, zugeführt,

der über den Eingang α von der Knüppelsteuerung K in der Anfangsphase der Zielverfolgung geliefert wird (F i g. 7). Ein ram Verstärker 122 gesteuerter Servomotor 124 betätigt das Potentiometer 120, das auf diese Weise so eingestellt wird, daß der am Potentiometer 114 abgegriffene Spannungswert mit dem von der Knüppelsteuerung gelieferten Wert ω_α übereinstimmt. Hierdurch wird der für eine Zielverfolgung konstante Wert w/x'_mm bestimmt. Er entspricht dem durch das Potentiometer 114 fließenden Strom, der durch Verstellen des Potentiometers 120 eingestellt wird.

Nach Gleichung Pi) ist das Produkt von w/x'_min-nn²ß = ω_β, d.h. der am Potentiometer 114 abgegritfene Spannungswert ist gleich u>_t. Da sich die Winkel α und β nur um einen konstanten Win-

wobei w die Horizontalkomponente der Geschwindig- kel κ unterscheiden, sind ihre Winkelgeschwindigkeit!' des^ Ziels ist bzw. die^ Geschwindigkeit, mit der _?0 keiten gleich. Der mit dem vom Steuerknüppel K ' ^m ' " ' gelieferten Wert ω_σ abgeglichene Wert von <n_ß ist

als c>* bezeichnet, um anzudeuten, daß es sich hierbei um einen abgeglichenen Wert handelt, der beim Umschalten von Handsteuerung auf automatische Zielverfolgung einen stetigen Obergang sicherstellt.

Wenn der Richtschütze in der Anfangsphase det Zielverfolgung das Ziel mittels Handsteuerung eine kurze Strecke genau verfolgt hat, kann er durch

wobei der W-rt w/x'_miH jeweils für eine Zielverfolgung Betätigen des Schalters S (Fig. 7) auf d>c autokonstant ist. In anderer Form lautet Gleichung (X) 4» mat.sche Zielverfolgung umschalten. Hierbei wire

*■ durch Betätigen des Schalters S gleichzeitig ubei

den Eingang c der Autosteuereinrichtung der Schalter 106 (F i g. 9) in die in einer vollen Linie eingezeichnete Stellung umgeschaltet. Ό:ζ Autosteuereinrichtung erhält dann den Wert β nicht mehr vorr Rechner, sondern bildet ihn nach Gleichung (XI mit Hilfe der die Blöcke 126, 132, 134 und 136 umfas senden Schaltung selbst. Während der automatischer Zielverfolgung sind die beiden Eingänge des Ver - cot β-, ₅o stärkers 122. wie man aus F i g. 7 ersehen kr-.nn kurzgeschlossen, so daß die Stellung des Potentio met^Ts 120 und damit -icr durch die Widerstände 114 ί 18 und 120 fließende Strom und der Wert vor w/x'_mi„ nicht mehr verändert werden.

Beim Umschalten auf automatische Zidverfolgunf wird ebenfalls der Schalter 128 betätigt, wodurch ir einem Block 126 die Integralion des am Widerstanc 118 abgegriffenen Wertes w/r'_min über die Zeit t aus gelöst wird. Weiter wird beim Umschalten der Schal

_¥ ^ für eine Zielverfolgung konstant ist. Durch

piffereiraeren der obigen Gleichung nach der Zeit erhält man

-^- ■ sin/J_r + r' ■ ^- ■ cos,;,- = 0.

Wie man aus F i g. 8 ersehen kann, ist dr'/'dr = w cosp'_r.

tich der Punkt T' auf der Spur Sp bewegt. Mit ι' = x'_mJs\nß_T

lcann man dann schreiben
άβ_τ

ι» «τ — ~rr

dt

— ----- ■ sin~ χ

I¹T ■

(X)

>v

di.

Durch Integration erhält man daraus

C ist dabei der Anfangswert -cot/i,,, von im Zeitpunkt der Umschaltung von der Handsteuerung auf die automatische Zielverfolgung Man kann also schreiben

ß_T(t) = arc cot fcot /(„, - ^M -A. |X 11

L turn .J

45

Die in Fig. 9 dargestellte Autosteuereinrichtung
umfaßt einen Schalter 106, der während der Anfangsphase der Zielverfolgung, in der der Richtschütze to ter 130 für einen kurzen Augenblick geschlossen, un das Visier von fland auf das Ziel einsteuert, die den zum Zeitpunkt des Umschaltvorganges von gestrichelt eingezeichnete Stellung einnimmt. Der Rechner über den Adapter gelieferten Wert β abzu im Rechner R berechnete und über den Adapter I)
(Fig. 7) als clckirischc Größe zugeführic Wen,;
wird in diesem Fall einer Stelleinrichtung zugeführt.

tasten, der den 'Vcrt ,(₀ für die Berechnung von

die einen Verstärker 108, einen Servomotor 110 und ein Potentiometer 112 aufweist und entsprechend dem Wert von // die gesichelt eingezeichnete Welle nach Gleichung (X!) darstellt. Der Wert/Z₀ wird in Block 132. der ein Funktionsglied umfaßt, in der Wert cot ,(„ umgeformt und in dieser Form gespci chcrt und während der automatischen Zielverfolgung ständig in den eine Summatorschaltung enthaltender

Block 134 eingegeben. Dort wird er zu dem vom Integrator gelieferten Wert

_ J

d/

addiert, wodurch man den Wert cot /i erhält, der in dem ein Funktionsglied enthaltenden Block 136 in den Wert β umgeformt wird. Der Block 136 kann z. B. ein Diodennetzwerk zur Umwandlung von cos/f in β aufweisen.

Der so erzeugte Wert β wird wie vorher der vom Rechner errechnete Wert β der die Elemente 108, 110 und 112 umfassenden Stelleneinrichtung zugeführt, die den Schleifer 116 des Potentiometers 114 betätigt. Der Ausgangswert w* der Autosteuerung wird über den Ausgang b dem Seitenantrieb der Waffe zugeführt.

Durch die Integration in Block 126 wird eine kontinuierliche Änderung der Stellung des Schleifers 116 am Potentiometer 114 bewirkt, die der Änderung von β entspricht, die einer geradlinigen Weiterbewegung des Zieles mit konstanter Geschwindigkeit entspricht. Der am Potentiometer 114 abgegriffene Wert von to_f, der die Autosteuereinrichtung E als ο* verläßt, wird nach Umschalten von Handsteuerung auf automatische Zielverfolgung über den Schalter 104 den Waffenantrieben G zugeführt (F i g. 7). Des weiteren wird beim Umschalten von Handsteuerung auf automatische Zielverfolgung den Waffenantrieben G der Wert ω* über den Schalter 102 zugeführt. Wie im Zusammenhang mit der Adaptervorrichtung gemäß F i g. 6 beschrieben, wir der Wert <o* in der Anfangsphase, in der die Zielverfolgung von Hand vorgenommen wird, mit dem vom Steuerknüppel K über den Anschluß d gelieferten Wert <ιι_φ abgeglichen, so daß beim Umschalten von Handsteuerung auf automatische Steuerung der den Waffenantrieben G zugeführte Wert der Winkelgeschwindigkeit von I₁ keinen Sprung aufweist.

Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen ist angenommen, daß das Visiergerät auf der Waffe W montiert ist und an den Schwankbewegungci letzterer teilnimmt.

Zur Berücksichtigung des Vorhalts und des Auf-

to satzwinkels werden die Werte λ und u + // aus der Adaptereinrichtung D, dem Visiergerät V zugeführt und steuern die Lage von Visiergerät und Waffe relativ zueinander. Wahrend der Anfangsphase der Zielverfolgung, in der der Richtschütze das Visier und die Waffe von Hand auf das Ziel einsteuert, unterstützt der Rechner R diese Handsteuerung durch die Berechnung der Vorhaltwinkel und des Aufsatzwinkels. Die Autosteuereinrichtung E, die nach Umschalten von Handsteuerung auf automatische Steuerung

selbständig die Seitenwinkelgeschwindigkeit «>* au) Grund der Gleichungen (X) und (XI) erzeugt, ist zur automatischen Zielverfolgung nicht unbedingt erforderlich. Die Seitenwinkelgeschwindigkeit m_f kann auch aus den im Rechner punktiert eingezeichneten A ;isgängen den Waffenantrieben G zugeführt werden. Dabei wird man in analoger Weise wie für die errechnete Höhenwinkelgeschwindigkeit ω_φ auch für die errechnete Seitenwinkelgeschwindigkeit m_ß einen Abgleich mit der von d«r Handsteuerung K geliefer-

ten Seitenwinkelgeschwindigkeit ω_β vornehmen, um einen normierten Wert von ω_β beim Umschalten zur Verfügung zu haben und damit einen stetigen Übergang sicherzustellen. Bei einer derartigen Steueranordnung ohne Autosteuereinrichtung E wird insbesondere auf Grund der Trägheit der Waffenantriebe eine kontinuierliche Zielverfolgung sichergestellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahre» zum Steuern von motorisch angetriebenen zweiiacbeig gelagerten Zielerfassungsge- raten und/odeir mit Zielerfassungsgeräten versehenen oder gekoppelten Waffen auf bewegte Ziele, wobei das Ziel von einer Bedienungsperson mit dem Zielerfassungsgerät angesteuert wird und, ausgebend von den vom Zielerfassungsgerät bzw. der Waffe laufend abgenommenen Werten des Seitenwinkels und des Höhenwinkels, zur Berechnung der als Steuergrößen für den Antrieb des Zielerfassungsgerätes und/oder der Waffe dienenden Seiten- und Höhen Winkelgeschwindigkeiten eine Darstellung der als geradlinig gleichförmig angenommenen Zielbewegung in Polarkoordinaten in einer in konstanter Höhe angenommenen Kotangentenebene zugrunde gelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Be- rücksichtigung des als konstant angenommenen Neigungswinkels F des Zielweges (PMT) gegen die Horizontellebene der in der Kotangentenebene (C-Ebeme) darstellbar Winkel ν zwischen der Projektion (Sp_c) des Zielweges (PM T) in der Kotangentenebene und der Projektion (P_CH_C) der zugehörigen Horizontalen (PH) in der Kotangentenebene dient

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel r des Zielweges (PMT) geschätzt wird..

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zic-lgeschwindigkeit r geschätzt wird.

4. Vorrichtving zum Durchrühren des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Recheneinheiten (6—23; 51—68) vorgesehen sind, in denen die am Zielerfassungsgerät (V) oder an der Waffe (W) gemessenen Werte des Seitenwinkels π und des Höhenwinkels <f und die geschätzten Werte der Zielgeschwindigkeit v_g und des Neigungswinkels :■■ gemäß den Gleichungen

sin ψ

sin(/}+ ψ)

= tan f · cot■

45

h_c ■ coty -Aß

= cot (/i

verarbeitet werden, um den Winkel ψ und einen Seitenwinkel β bzw. trigonometrische Funktionen dieser Winkel zu bestimmen, wobei der Seitenwinkel β sich dadurch von dem gemessenen Seitenwinkel σ unterscheidet, daß er auf die Richtung (Sp₀) der Horizontalkomponente der Zielbahn bezogen ist, und wobei γ ein Höhenwinkel ist, der sich von dem gemessenen Höhenwinkel 7 dadurch unterscheidet, daß er um einen eventuell Vorhandenen Aufsatzwinkel « vermindert ist, und Wobei Aß eine einem kleinen Zeitinkremcnt ent- iprechende kleine Änderung des Seitenwinkels β und A (h_c ■ cotgy) eine entsprechende Änderung des Produktes aus der Höhe h_e der Kotangenten- ebene (C-Eberie) über der Horizontalcbenc (/!-Ebene) durch den Standort (O), an dem die Werte des Seitenwinkels σ und des Höhenwinkels ψ gemessen werden, und dem Kotangens des Höhenwinkels γ ist, und daß Recheneinheiten (26—30; 69—72) vorgesehen sind, in denen die Höhenwinkelgeschwindigkeit ωγ gemäß den Gleichungen

M₁ = 0,5 sin Iy · cot (/* -f- y») · «>ß

und durch Differenzieren oder Differenzenbildung aus dem berechneten Wert β des Seitenwinkels die Seitenwinkelgeschwindigkeit m_f bestimmt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Recheneinheiten (31—39; 73—81} die Entfernung r zum Ziel gemäß der Gleichung

X =

siny

bestimmt wird und daß mittels eines br-lhVrischen Rechners (B, B') unter Berücksichtigung der errechneten Entfernung r der Aufsatzwinkel α und die Geschoßfiugzeit r_G errechnet werden, wobei v_g die Zielgeschwindigkeit, r die seit dem Auffassen des Ziels (Zielauffassungspunkt P) vergangene Zeit und in das Verhältnis h/h_c zwischen der Höhe /1, in der das Ziel aufgefaßt wurde (Zielauffassungspunkt P) und der Höhe l._c der Kotangentenebene (C-Ebene) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Recheneinheiten (40, 41; 82, 83) vorgesehen sind, in denen aus den Werten der Höhen- und Seitenwinkelgeschwindigkeiten <■<.. und (iiß sowie aus dem Wert der Geschoßflugzeit t_a durch Multiplizieren die Tangenswerte des Höhenvorhaltewinkels // und des Seitenvorhaltwinkels /. gemäß den Gleichungen

tan// = in-. ■ t_G tan/ = op ■ ig

bestimmt werden und daß aus diesen mittels den Arcustangens bildender Funktionsglieder (93. 95) die Höhen- und Seitenvorhaltwinkel /; und /. bestimmt werden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Autosteuereinrichtung (E) vorgesehen ist. die ein Sinusquadrat-Potentiometer (114), dessen Widerstand sich bei der Drehung des Schleifers (116) mit dem Sinusquadrat des Drehwinkels ändert, und einen sJbstabgieichenden Regelkreis (108. 110. 112) umfaßt, der den Schleifer (116) des Sinusquadrat-Potentiometers (114) entsprechend dem vom Rechner (R) errechneten Wert des gegen die Spur des Zielweges in der Horizontalebene gemessenen Seitenwinkels β auf den Widerstandswert sin²,; verschwenkt, und daß ein zweiter Regelkreis (J20, 122, 124) vorgesehen ist, der gemäß der Gleichung

durch Verstellen des Schleifers eines Stromregelpotentiometers (120) den durch das Sinusquadrat-Potentiometer (114) fließenden Strom auf den Tür eine bestimmte Zielverfolgung konstanten Wert des aus der Horizontalkomponente w der Zielgeschwindigkeit f und dem Minimumwert x'_mi„ der Horizontalkomponente der Zielentfcrnung

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gebildeten Quouenten w/x'_mi„ dadurch einstellt, daß er die am Sinusquadrat-Potentiometer(ll4) abgegriffene, der Seitenwinkelgeschwindigkeit ,„. entsprechende Spannung mit dem vom Steuerknüppel (K) gelieferten Spannungswert ,„. der Sei- s tenwinkelgescbwindigkeit abgleicht, daß ein Integrator (126) vorgesehen ist, der gemäß der Gleichung