DE19750672A1 - Verfahren zur Kompensation der Displacement-Verzögerungszeit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation der Displacement-Verzögerungszeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die hier angesprochene indirekte Displacementprädiktion besteht in einem Verfahren, das die durch die Verzögerungszeit während der Bilddatenver­ arbeitung und Datenübertragung entstehenden Ungenauigkeiten der Ziel­ position im Suchkopfbild durch Verwendung von im System bekannten Drehraten und Winkeln kompensiert. Bedingt durch die Bilddatenver­ arbeitungszeit sowie durch die Laufzeit während der Datenübertragung ergeben sich bekanntermaßen sogenannte Ablagefehler für die Position eines fahrenden, fliegenden oder stehenden Zieles.

Die Hauptaufgabe der Waffenanlage besteht darin, daß auf Anforderung des Schützen die Munition möglichst schnell und genau das Ziel während des "Handovers" zuzuweisen. Es ist bekannt, daß das von der Waffenanlage an die Munition übertragene Displacement um 40 ms veraltet ist. Damit soll ausgesagt sein, daß gerade für die sehr kritische Initialisierung des Homing- Head-Trackers - den Erfolg des "Handovers" betreffend - neben Meßfehler von Visiertracker und Alignmentprozessor auch noch Fehler aufgrund nicht zu erreichender zeitlicher Synchronisation zwischen Zielposition im Bild und zugehörigem Bildinhalt selbst hinzukommen. Als Lösung zur Verbesserung des Displacements bleibt nach heutigem Stand der Technik lediglich mit einer "direkten Prädikation" über ein implementiertes "Fading-Memory-Filter" im Alignmentprozessor zu arbeiten und die näherungsweise Kompensation über direkte Prädiktionsverfahren, das heißt zum Beispiel über im Alignment­ prozessorimplizierte "Fading-Memory-Filter".

Dadurch sind aber folgende Nachteile gegeben:
Einmal müßten die Displacements differenziert werden, was jedoch zu einer Verstärkung des Meßrauschens führen würde.

Zum andernmal bedarf es einer verhältnismäßig langen Zeit bis eine Verbesserung der Genauigkeit durch Prädiktion gegeben ist, da sich die Displacements während der Initialisierung des Homing-Head-Trackers beziehungsweise während des Handovers wegen des Einschwingvorganges des Nachführungskreises mitunter relativ stark ändern. Eine Extrazeit für diesen Vorgang während des Handovers zu reservieren ist wegen der An­ forderungen an die Einweisungszeit nicht zulässig. Dieses Verfahrens muß daher als wenig erfolgreich und nicht optimal eingestuft werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs genannten Art aufzuzeigen, das die Genauigkeit einer von der Waffenanlage zu ermittelnden Zielposition für die Initialisierung des Homing- Head-Trackers verbessert ohne hierbei die Einweisungszeit zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungs­ beispiel erläutert. Die Figuren der Zeichnung ergänzen diese Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels zu dem Konzept der "direkten Prädiktion" des Displacements,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines prinzipiellen zum Stand der Technik zählenden Aufbaus eines Suchkopf-Nachführregelkreises über den Alignmentprozessor,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Konzeptes der "indirekten Prädiktion" des Displacements.

Der allgemeine Erfindungsgedanke schlägt eine "indirekte Prädiktion" des Displacements vor, bei der zusätzliche Zustandsgrößen, die bereits im System vorhanden sind, zur Rekonstruktion des aktuellen Displacements erangezogen werden. Bezüglich der Waffenanlage ist zu sagen, daß es sich hier um die im Alignmentprocessor AP bereits zur Verfügung stehende "Suchkopf-Slaving- Drehrate" handelt, die sich aus der transformierten Visierdrehrate zusammen­ setzt. Außerdem ist zur kompletten Prädikation der Sichtlinienbewegung theoretisch die Prädikation der Zielbewegung im Visierbild erforderlich. Diese Prädikation kann im Visiertracker der Waffenanlage vorgenommen werden. Abhängig von der Nachführgenauigkeit des Visierregelkreises kann jedoch auch unter Umständen auf die Zielpositionsprädikation im Visierbild verzichtet werden.

Was nun die Munition betrifft, handelt es sich um die zur autonomen Nach­ führregelung des Homing-Head HH verwendete integrierte Suchkopfdrehrate.

Werden diese Zustandsgrößen in der in Fig. 3 dargestellten Form mit dem Displacement kombiniert, so ist die Möglichkeit das zur Homing-Head- Tracker-Initialisierung verwendete Displacement zu aktualisieren oder mit dem Suchkopfbild zu synchronisieren. Die Figuren der Zeichnung sind für einen Fachmann so eindeutig, daß detaillierte Ausführungen hierzu nicht erforderlich erscheinen.

Der Vorteil, den die vorbeschriebene und in der Zeichnung veranschaulichte Maßnahme gewährleistet, ist darin zu sehen, daß die der zur Rekonstruktion des aktuellen Displacements maßgeblichen Zustandsgrößen (Visier- und Suchkopfdrehrate) nicht differenziert werden müssen. Außerdem sind keine Zeitverzögerungen zu erwarten, die durch Ungenauigkeiten aus dem Einschwingverhalten des Nachführregelkreises resultieren. Der Alignment­ processor AP wird im vorliegenden Fall ein um das prädizierte LOS (line of sight)-Winkel-Inkrement vorausberechnete Displacement liefern und durch Subtraktion des im Homing-Head HR gemessenen OAS (Optische-Achse- Suchkopf)-Winkel-Inkrements wird dieses Displacement auf den geschätzten aktuellen Wert korrigiert.

Um nun das Signalrauschen weitgehend gering zu halten, ist es sinnvoll, für die Berechnung des prädizierten LOS (Line-Of-Sight)-Winkel-Inkrements als Näherung das gleiche Verfahren zu benutzen, wie es bei der Ermittlung des gemessenen OAS-Winkel-Inkrements angewendet wird. Das heißt anstatt einer Multiplikation der Suchkopf(SK)-Slaving-Drehrate mit der Totzeit ΔT = 40 ms erfolgt eine Integration, Verzögerung und Subtraktion, wodurch eine Signalglättung erzielt wird.

Die vorgeschlagene "indirekte Prädiktion" des Displacements wurde mittels "Mathematisch Digitaler Simulation" MDS überprüft, d. h. daß im Alignment­ processor AP - Simulationsmodell sowie im "Munition Alignment Handover Modell" MAHM die beschriebenen Modifikationen - wie zum Beispiel:

• a) Berechnung der um das prädizierte Sichtlinienwinkelinkrement erweiterten Displacements im Alignmentprocessor (Kb-Modell),
• b) Berechnung des Suchkopfwinkelinkrements über die Integration der Suchkopfdrehraten im Homing Head der Munition (MAHM),
• c) Berechnung der indirekt prädizierten Zielposition (Displacement) zur Initialisierung des Homing-Head-Trackers aus a) und b) in der Munition (MAHM)
  realisiert und getestet werden. Die Ergebnisse liefern eine deutliche Steigerung der "Handover-Performance", was nun dazu geführt hat,daß die "indirekte Displacementprädikation" bereits über einen auch von MBUK akzeptierten Änderungsantrag in Hardware bzw. operationelle Software eingeflossen ist.

Wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, ermittelt der AP das Displacement zwischen der Zielposition im Visierbild (LOS-Winkel) und der Position der optischen Achse des Suchkopfes im Visierbild (OAS-Winkel). Dabei greift er, was in Fig. 3 nicht dargestellt ist, auf die vom Visiertracker gelieferte Zielposition im Visierbild (LOS-Winkel) zurück.

Dieses Displacement wird zur Initialisierung des Homing-Head-Trackers an die Munition übertragen und ist aufgrund der Bilddatenverarbeitungszeit sowie der Displacementübertragungszeit um 2 Suchkopfbilder bzw. 40 ms (T1+T2 = ΔT veraltet.

Die "indirekte Displacementprädikation" (grauer Hintergrund) gliedert sich in zwei Anteile:
Zum einen wird von der Waffenanlage bzw. AP ein um 40 ms prädiziertes Sichlinien (LOS)-Winkelelement errechnet und zum anderen wird in der Munition das während der 40 ms Verzögerungszeit entstandene Such­ kopfachsen (OAS)-Winkelinkrement aus bereits vorhandenen Zustands­ größen ermittelt. Die beiden Inkremente werden dem herkömmlichen Displacement überlagert und führen zum um 40 ms prädizierten Dis­ placement, das zur Initialisierung des HH-Trackers verwendet wird.

Claims (2)

1. Verfahren zur Kompensation der Verzögerungszeit (Displacement­ prädiktion) während der Ziel-Datenverarbeitung- und -übertragung von einer die Zielposition ermittelnden Waffenanlage zur verschießenden Munition, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rekonstruktion eines Displacements zusätzliche Zustandsgrößen wie Suchkopf-Slaving-Drehrate und die integrierte Suchkopfdrehrate des vorhandenen Suchkopf(SK)-Nachführ­ regelkreises über einen Alignmentprocessor (AP) zur aktuellen Rekon­ struktion des Displacements verwendet und kombiniert werden, wobei der Alignmentprocessor (AP) ein um das prädizierte Sichtlinien-Winkel- Inkrement (LOS) vorausberechnete Displacement liefert, das im Homing- Head (HH) durch Subtraktion des gemessenen Winkel-Inkrements um die optische Achse des Suchkopfes (OAS) auf den geschätzten aktuellen Wert korrigiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Homing-Head-Tracker-Initialisierung verwendete Displacement mit dem Suchkopfbild synchronisiert wird.