DE1937356B2

DE1937356B2 - Vorrichtung zum erzeugen von signalen die fuer die winkelge schwindigkeit eines zieles charakteristisch sind

Info

Publication number: DE1937356B2
Application number: DE19691937356
Authority: DE
Inventors: Millard M. Thousand Oaks Calif. Frohock jun. (V.StA.). G08b 17-12
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1968-08-21
Filing date: 1969-07-23
Publication date: 1972-03-02
Also published as: JPS4938560B1; SE371492B; BE737684A; NL158289B; FR2016043A1; GB1261438A; NL6912086A; US3566743A; DE1937356A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen von Signalen, die für die Winkelgeschwindigkeit eines sich bewegenden Zieles im Azimut und in der Elevation in bezug auf die Ebene einer schrägstehenden Plattform, die um eine zu ihrer Ebene senkrechte Achse drehbar ist und dem Ziel nachgeführt wird, charakteristisch sind, mit einem auf der Plattform angeordneten Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer. der ein für die Winkelgeschwindigkeit der Plattform um ihre Drehachse charakteristisches Signal liefert.

Eine solche Vorrichtung ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 269 543 bekannt, und zwar ist dort bei einem Flugabwehrwagen eine Plattform vorhanden, die gegenüber einer Horizontalebene eine Schrägslelliing einnehmen kann, und es ist auf dieser Plattform ein zielverfolgendes Radargerät angeordnet. Die Plattform ist um eine zu ihrer Ebene senkrecht stehende Achse drehbar, und es ist außerdem das Radargerät um eine zur Plattformebene parallele Achse schwenkbar. Mit einer die Plattform tragenden Welle ist ein Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer in i'( rti eines Tachogenerators verbunden, der ein für die Winkelgeschwindigkeit der Plattform um ihre Drehachse charakteristisches Signal liefert. Außerdem ist mit der Welle eines Stellmotors zum Ausrichten der Antenne in der Elevation ein zweiter Winkelgeschwindi^keitsaufnehmer in Form eines Tachogenerators vorhanden, der ein für die Winkelgeschwindigkeit der Antenne in bezug auf die Plattformebene und damit ein für die Winkelgeschwindigkeit des Zieles im Azimut charakteristisches Signal liefert. Wenn sich das Ziel in einer horizontalen Ebene bewegt und die Ebene der Geschützplattform nur wenig von dieser horizontalen Ebene abweicht, ist die Winkelgeschwindigkeit des Zieles in der Elevation in bezug auf die Ebene der Plattform nur sehr klein, und es ist infolgedessen auch das von dem Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer gelieferte, für die Elevations-Winkelgeschwindigkeit charakteristische Signal so klein, daß es kleiner sein kann als von dem Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer für die Elevation gelieferte Rauschsignale. Daher ist die bekannte Anordnung in solchen Fällen nicht in der Lage, ein für die Winkelgeschwindigkeit des Zieles in der Elevation charakteristisches Signal zu liefern, obwohl ein solches Signal, trotz seines geringen Wertes, beispielsweise zur Berechnung des Aufsatzwinkels beim Richten von Geschützen mit sehr großer Genauigkeit benötigt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einfachen Mitteln und großer Genauigkeit die Winkelgeschwindigkeit eines horizontal bewegten Zieles in der Elevation in bezug auf eino schrägstehende Plat'form angibt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung zum Verfolgen eines horizontal sich bewegenden Zieles auf der Plattform ein Winkelmeßgerät, das den Winkel (h) zwischen der Plattform und der Horizontalebene angibt, angebracht und ebenso wie der Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer mit einem Resolver verbunden ist. der aus der Winkelgeschwindigkeit (W,) der Plattform und dem Winkel (H) zwischen Plattform und Horizontalebene die Winkelgeschwindigkeit (W₁) di> Ziels in der Elevation errechnet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung macht also nur von einem einzigen Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer Gebrauch, der die Azimut-Winkelgeschwindigkeit der schrägstehenden Plattform mißt, wenn die Plattform einem sich horizontal bewegenden Zie! folgt, und berechnet aus der Winkelgeschwindigkeit im Azimut und der Schräglage der Plattform die Winkelgeschwindigkeit in der Elevation. Das auf diese Weise für die Winkelgeschwindigkeit in der Elevation erzeugte Signal ist zwar nur ein Näherungswert, jedoch ist bei nur geringer Neigung der Plattform die erzielte Annäherung an den tatsächlichen Wert sehr gut, und es werden durch die Erfindung alle Fehlerquellen ausgeschaltet, die bisher durch das Eigenrauschen der Winkclgeschwindigkeitsaufnehmer bei geringen Winkelgeschwindigkeiten bedingt waren.

Es ist zwar bei Feuerleitsystemcn an sich bekannt, von einem Rechner in einem horizontalen Koordinatensystem gelieferte Werte für die Geschützausrichtung in ein an eine schrägstehende Plattform gebundenes Koordinatensystem umzurechnen, jedoch gibt eine solche Umrechnung von Koordinatenwerten keine Lösung für die Erfindungsaufgabe, sehr geringe Winkelgeschwindigkeiten eines Zieles mit einer höheren Genauigkeit zu ermitteln, als es mit bisher be-

kanntei, Winkelgeschwindigkeitsaufnehmern möglich ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung von Teilen einer Vorrichtung nach der Erfindung zur Veranschaulichung der Winkelbeziehungen und

F i g. 2 das Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Geschützplattform 10 kann es sich beispielsweise um den Turm eines Panzers oder den das Geschütz tragenden Teil handeln, der in einer Lafette im Azimut schwenkbar ist. Ein nicht dargestelltes Geschütz, aas auf der Geschützplattform 10 montiert ist, ist so angeordnet, daß es um eine in der Ebene der Plattform liegende Achse schwenken kann, d. h. in der Elcationsrichtung. Die Azimutrichtung ist durch die Linie 12 und die Elevationsrichtung durch die Linie 14 wiedergegeben. Ein nicht dargestellter Ziellinienverfolger bewegt die Plattform in bezug auf ihre Basis in der Azimutrichtung und das Geschütz in der Elevationsrichtung in bezug auf die Geschützplattform. Es kann jede bekannte Verfolgungseinrichtung verwendet werden, wie beispielsweise ein optisches, Infrarot . Rader- oder dergleichen Gerät.

Bei dem Ziel 16 handelt es sich um ein bewegliches Ziel, und es wird angenommen, daß es sich in gleicher Höhe, und zwar im wesentlichen in Bodenliöhe, bewegt. Die Bewegungsrichtung des Zieles 16 ist durch die Linie 18 angegeben. Die Linie 18, längs der sich das Ziel bewegt, steht senkrecht auf dtr Schwererichtung 20. Die Annahme, daß sich das Ziel längs einer Horizontallinie bewegt, ist gerechtfertigt, weil große Erdfahrzeuge Steigungen und Gefalle nur mit geringen Geschwindigkeiten bewältigen können und große Geschwindigkeiten nur in einem horizontalen oder im wesentlichen horizontalen Gelände vorkommen. Wasserfahrzeuge sind an die Wasserfläche gebunden.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Ebene der Geschützplattform 10 nicht horizontal ist. Wenn ein Geschütz auf einer Artillerielafette oder in einem Hubschrauber, Schiff oder Panzerwagen installiert ist, weicht die Geschützplattform gewöhnlich von der Zielebenc, die durch die Bewegungslinie des Zieles 18 und das Zentrum der Geschützplattform definiert ist, um einen Winkel w ab. Daher muß sowohl die EIevationskorrektur als auch die Azimutkorrektur so vorgenommen werden, daß sie einem beweglichen Ziel voreilt. Durch die Erfindung werden die notwendigen Einrichtungen geschahen, um hinreichend genaue Vorhaltesignale von einer einzigen Geschwindigkeitsmeßeinrichtung zu erhalten. Der Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer 22 ist auf der Gcschiitzplattform 10 befestigt, um die Drehgeschwindigkeit der Geschützplattform in der Azimutrichtung zu messen. Unter der Voraussetzung, daß die Winkelgeschwindigkeit in der Azimutebene gleich der Winkelgeschwindigkeit in der Zielebene ist. was für kleine Werte des Winkels W annähernd gilt, dann kann die Winkelgeschwindigkeit des Zieles sowohl in der Azimut- als auch in der Elevationsrichtung gemäß den folgenden Gleichungen berechnet werden:

W_A = W₁ (cos W) s W, (cos W). (I)

W, = U't (·■- sin W) s* W_x (- sin W). (2) In diesen Gleichungen sind

W₁ = die Winkelgeschwindigkeit des Zieles in

der Zielebene,

W _A = Winkelgeschwindigkeit in der Azimutrichtung,

Wa = Winkelgeschwindigkeit in der Elevationsrichtung.

Bei der richtigen Ausrichtung des Geschützes ist der Gesamtvorhaltewinkel, also der Betrag, um den das Geschütz dem Ziel voreilen muß, wenn sich das Ziel bewegt, gleich dem Produkt aus der Winkelgeschwindigkeit und der FlugzeU des Geschosses, wie es durch die folgenden Gleichungen gegeben ist:

= W_et.

In diesen Gleichungen ist

L_A = Vorhaltewinkel in der Azimutrichtung, L₁. = Vorhaltewinkel in der Elevationsrichtung,

ι = Flugzeit des Geschosses. Es ist hier angenommen, daß der Betrag des Vorhaltewinkels in Azimutrichtung gleich dem Betrag des Vorhaltewinkels in der Zielebene ist. Hierbei handelt es sich selbstverständlich um eine Annäherung, jedoch ist diese Annäherung für kleine Winke! ausreichend genau.

F i g. 2 zeigt eine bevorzugte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Signalen für den kinematischen Vorhaltewinkel zur Feuerleitung gegen Erdziele mit einem einzigen Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer. In F i g. 2 ist als Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer 22 ein Kreisel angegeben, jedoch versteht es sich, daß andere Geschwindigkeitsaufnehmer benutzt werden können. Die Entfernung wird unmittelbar von einem Entfernungsmesser 24 auf jede geeignete Weise bestimmt. An Hand der Entfernung und ballistischer Informationen wird die Flugzeit / des Geschosses im Rechner 26 berechnet. Die Flugzeit wird im Multiplikator 28 mit de· Winkelgeschwindigkeit W_A multipliziert, so daß das Ausgangssignal des Multiplikators den Wert

HV hat.
Wird der Addierer 30 zunächst vernachlässigt, so

wird das Signal W_A t in den Schwerefühler 32 gcleitet. Bei dem Schwerefühler 32 handelt es sich um einen auf der Plattform 10 montierten Resolver, der ein Pendel 34 besitzt, das in einer zum Schwerefeld parallelen Richtung gehalten wird. Das Pendel 34 ist mit beweglichen Spulen 36 und 38 verbunden. Der auf die Schwerkraft ansprechende Resolver 32 hat den Zweck, eine Multiplikation mit geeigneten Funktionen des Winkels W vorzunehmen. Der Addierer 30 ist mit der beweglichen Spule 36 verbunden, so daß die Ausgangssigna'e der Statorspulen 40 und 42 durch die folgenden Gleichungen wiedergegeben werden können:

L.^»·',, (cos W)/. L₁: si W_A (- sin W) /.

Außer den Azimut- und Elevationsvorhalten, die erforderlich sind, damit ein Geschoß ein sich bewegen&s Ziel trifft, müssen im Hinblick auf die Flug-

bahn des Geschosses an der Geschützausrichtung ballistische und Windkorrekturen angebracht werden. Daher sind außer den vom Resolver 32 gelieferten Werten L_A und L_n noch weitere Faktoren im Ausgangssignal vorhanden. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind daher noch ein Ballistikrechner 46 und ein Windrechner 44 vorgesehen. In den Ballistikrechner 46 werden den Eigenschaften des zu verfeuernden Geschosses entsprechende Ballisttkwerte eingegeben, um ein ballistisches Korrektursignal B zu erzeugen, das dem Unterschied zwischen der ballistischen Bahn und der Sichtlinie Rechnung trägt. Hierbei handelt es sich um eine Vertikalkorrektur. Ähnlich werden in den Windrechner 44 Informationen über Windstörungen eingegeben, um ein den Wind berücksichtigendes Korrektursignal N für eine Horizontalkorrektur zu erzeugen. Das Ausgangssignal N des Windrechners 44 gelangt zum Addierer 30, wogegen das Ausgangssignal B des Ballistikrechners 46 der beweglichen Spule 38 des Resolvers zugeführt wird. Es versteht sich, daß sowohl die Ballistikkorrekturen als auch die Windkorrekturen in Abhängigkeit vom Winkel H der Plattform vorgenommen werden müssen. Die Gesamtkorrekturen sind in den folgenden Gleichungen wiedergegeben:

D = ßsine 4- (/V+

E = B cos θ - (Nt- W,, O sin β. (8)

In diesen Gleichungen ist D der Wert, der im wesentlichen dem Winkel in der Plattformebene zwischen der Sichtlinie zum Ziel und der Richtung der Geschützausrichtung für einen Treffer auf ein be-

>5 wegliches Ziel entspricht, wenn die Plattform von dem Plattformantrieb 48 gedreht wird. E ist der Wert, der im wesentlichen dem Winkel in einer zur Plattformebene senkrechten Ebene zwischen der Sichtlinie zum Ziel und der Ausrichtung des Geschützes zum

ao Treffen eines beweglichen Zieles dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Signalen, die für die Winkelgeschwindigkeit eines sich bewegenden Zieles im Azimut und in der Elevation in bezug auf die Ebene einer schrägstehenden Plattform, die um eine zu ihrer Ebene senkrechte Achse drehbar ist und dem Ziel nachgeführt wird, charakteristisch sind, mit einem auf der Plattform angeordneten Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer, der ein für die Winkelgeschwindigkeit der Plattform um ihre Drehachse charakteristisches Signal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Vorrichtung zum Verfolgen eines horizontal sich hc wegenden Zieles auf der Plattform (10) ein Winkelmeßgerät (34), das den Winkel (H) zwischen der Plattform (10) und der Horizontalebene (18) angibt, angebracht und ebenso wie der Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer (22) mit einem Resolver (32) verbunden ist, der aus der Winkelgeschwindigkeit (T^₄) der Plattform (10) und dem Winkel (H) zwischen Plattform (10) und Horizontalebene (18) die Winkelgeschwindigkeit [W₁-) des Zieles (16) in der EIevation errechnet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Teil ei .er Feuerleitanlage ist und eine Einrichtung (26, 28) zur Berechnung der Flugzeit (/) eines Geschosses sowie zur BiI-dung des Produktes aus der Geschoßflugzeit und der Winkelgeschwindigkeit (W_A) der Geschützplattform (10) umfaßt und daß dieses Produkt dem Resolver (32) zugeführt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Entfernungsmeßeinrichtung (24) aufweist und die Einrichtung (26) zur Berechnung der Geschoßflugzeit (/) mit der Entfernungsmeßeinrichtung verbunden ist.

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