DE2260693B2 - Feuerleitsystem für Flugabwehrgeschütze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Feuerlcitsystem für Flugabwchrgeschütze mil Ortungseinrichtungen /um Feststellen der Winkellage und der Winkelgeschwindigkeit der Sichtlinie von dem Ursprung eines Koordinatensystems zu einem Ziel sowie zum Feststellen der Entfernung und der Geschwindigkeit des Ziels längs der Sichtlinic und einem auf die von den Ortungseinrichtungen gelieferten, für die festgestellten Größen charakteristischen Signale ansprechenden Rechner zur Erzeugung von Richtsignalen für ein Geschütz, welche die durch die Zielbewegung bedingten Vorhaltwinkel fts und die Geschoßflugbahn berücksichtigen und auf die mit dem Geschütz verbundene Steuereinrichtungen zum Ausrichten des Geschützes ansprechen.

Bei einem aus der I)T-AS 11 31 563 bekannten Feucrleitsystem dieser Art wird mil Hilfe der Orlungs einrichtungen die Lage des Zieles in standortbezogenen Poiarkoordinaten ermitteil. Die Polarkoordinaien werden dann in kartesische Koordinaten eines eben falls slandorlbezogenen Systems umgerechnet. Dk Berechnungen zur Ermittlung der Zielgeschwindigkeit und zur Erzeugung der Richtsignale für das Geschütz erfolgen dann in den kartesischen Koordinaten. Die berechneten Richtsignalc werden dann jedoch wieder in Polarkoordinaten umgerechnet, weil die Polarkoordinaten unmittelbar die Richtwinkcl für das Geschütz angeben. Die in die Polarkoordinaten umgerechneten Richtsignale werden dann den Steuereinrichtungen zum Ausrichten des Geschützes zugeführt.

Bei dem bekannter Feuerleitsystem findet also die Messung der Zielposition sowie das Ausrichten des Geschützes in Polarkoordinaten statt, während alle Berechnungen zur Ermittlung der Richtsignale in kartesischen Koordinaten erfolgen. Ein echter Wechsel des Koordinatensystems ist damit nicht verbunden, weil beide Systeme einander äquivalente, ortsfeste Bezugssysteme sind. Es wird lediglich bei dem bekannten System ein kartesisches Koordinatensystem zur Lösung der ballistischen Gleichungen bevorzugt. Die Lösung diese' Gleichungen erfolgt nach einem empirischen Vei fahren, bei dem die Lösung der ballistischen Gleichungen schrittweise angenähert wird. Ein solches Verfahren erfordert einen großen Aufwand hinsichtlich des Umfanges des Rechners sowie der benötigten Rechenzeit. Insbesondere bei Feuerleitsystemen für Flugabwehrgeschütze kommt es jedoch darauf an. einen Rechner mit möglichst kleinem Umfang zu haben, der die Steuersignale zum Richten des Geschultes möglichst schnell IjeferL um auch bei sich schnell bewegenden Zielen noch eine wirksame Abwehr zu ermöglichen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Feuerleitsystem der eingangs genannten ArI zu schaffen, deren Rechner einen sehr einfachen Aufbau haben kann und doch die ballistischen Gleichungen in sehr kurzer Zeit mit hoher Genauigkeit löst.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtungen an den Rechner Signale liefern, die für die augenblickliche Ausrichtung und die Winkelgeschwindigkeit des Geschützes in einem ersten, von der Geschützplattform als Bezugsebene ausgehenden orthogonalen Koordinatensystem X, Y, Z charakteristisch sind, daß die Ortungseinriehtungen die für das Ziel charakteristischen Signale in einem zweiten Koordinatensystem R, E. D liefern, das den gleichen Ursprung aufweist wie das erste Koordinatensystem X, Y, Z. aber eine im Zeilpunkt der Feststellung der Größen mit der Sichtlinie zusammenfallende Achse aufweist, daß eine Schaltungsanordnung zur Transformation der Signale von dem ersten in das zweite und von dem zweiten in das erste Koordinatensystem vorgesehen ist und daß der Rechner im Realzeitverfahren eine implizite Lösung der ballistischen Gleichungen für die Vorhaltwinkel und Geschoßflugbahn liefert, wobei die ballistischen Gleichungen zumindest ein Glied enthalten. .Jas von den die Ausrichtung der Geschütze angebenden Signalen gebildet wird.

Bei dem crfindungsgcmüßcn Feuerlcilsystem braucht nicht eine Lösung der ballistischen Gleichungen in einem Iterationsverfahrjii oder einem Verfahren emni-

rischer Näherung gesucht zu werden, sondern es wird in vorteilhafter Weise eine implizite Lösung durch ein Rückkopplungsverfahren erreicht, bei dem Rückkopplungssignale in das System eingeführt werden, welche für die Ausrichtung des Ge -chützes charakteristisch sind. Weiterhin wird durch die Verwendung zweier grundsätzlich verschiedener Koordinatensysteme eine erhebliche Vereinfachung der Berechnung erzielt. Das eine der Koordinatensysteme entspricht dem ortsfesten Koordinatensystem, wie es auch bei dem bekannten Feuerleitsystem Anwendung findet. Das andere System hat zwar den gleichen Ursprung wie das ortsfeste System, jedoch eine im Meßzeitpunkt mit der Sichtlinien zusammenfallende Achse. Dieses zweite System ändert zwar laufend seine Stellung, wird jedoch für die Berechnung jeweils als stillstehend betrachtet, so daß das Ziel gegenüber diesem System eine Relativgeschwindigkeit aufweist. H^;<;rdurch ergeben sich besonders leicht im Realzeitverfahren implizit lösbare Gleichungssysteme, so daß das erfindungsgemäße System bei geringem Aufwand eine sehr schnelle und genaue Ausrichtung eines Geschützes ermöglicht.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Feuerleitsystems besteht darin, daß eine Abtast- und Halteanordnung für die in das erste Koordinatensystem X, Y, Z transformierten Komponenten V_x, Vy, V_z der Zielgeschwindigkeit vorhanden ist, die einer Zielverfolgungsschaltung, welche der Ortungseinrichtung Steuersignale zuführt, diese Kornponenten als Eingangssignale zuführt. Hiermit wird erreicht, daß kontinuierlich periodisch korrigierte Werte der Zielgeschwindigkeiten zur Verfügung stehen, auch wenn die Ortungseinrichtungen von Impuls-Entfernungsmeßgeräten Gebrauch machen, die nur in verhältnismäßig großen Zeitintervallen Meßergebnisse liefern.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen

Fig. la und 1 b Diagramme, welche die Beziehungen zwischen gewissen Vektoren, Winkeln und Koordinatensystemen veranschaulichen, die zur Erläuterung der Erfindung benutzt werden,

F i g. 2 a eine schematische Seitenansicht eines Flugabwehrgeschützes mit einem Feuerleitsystem nach der Erfindung, welches zugleich die Stellung des Schützen in bezug auf die Steuereinheit des erfindungsgemäßen Fcucrleiisystems veranschaulicht,

Fig. 2b, 2c und 2d die Seitenansicht, Draufsicht und Vorderansicht der von dem Geschütz nach F i g. 2 a gelösten Steuereinheit in vergrößertem Maßstab,

F i g. 3 das Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Fcuerleitsystems,

F i g. 4 eine schematische Darstellung des Lasers und der optischen Glieder in dem Sichtgerät des erfindungsgemäßen Feuerleitsyslems,

F ig. 5 a eine schematische Darstellung der Glieder und der dreidimensionalen Beziehungen der beiden im erfindungsgemäßen Feuerlcitsystem verwendeten Koordinatensysteme, soweit sie für die Bewegung des kardanisch aufgehängten Spiegels von Bedeutung sind,

Fig. 5b und 5c Schaltbilder derjenigen Teile der Ziclvcrfolgungs-Schaltungsanordnungen, die zur Ausführung der Transformationen zwischen den beiden in Fig. 5a dargestellten Koordinatensystemen erforderlich sind.

F i g. 5d das Schaltbild einer Schaltungsanordnung mit zwischen zwei Stellungen umschaltbaren Relais, die in der einen Stellung die Schaltungsanordnung nach Fig. 5b und in der anderen Stellung die Schaltungsanordnung nach F i g. 5 c ergeben,

Fig. 6 eine Darstellung des Rechenschemas, für das gesamte Feuerleitsystem nach der Erfindung.

Fig. 7 ein funktionelles Rechendiagramm, das weitere Einzelheiten gewisser Berechnungen veranschaulicht, die in dem in F i g. 6 als Block 30 wiedergegebenen Rechner ausgeführt werden,

F i g. 8 a und 8 b Schaltbilder des in F i g. 7 angegebenen Funktionsgenerators,

Fig. 9 ein Blockschaltbild, das Einzelheiten der Elevations-Verfolgungsschleife für eine Servosteuerung des Sichtgerätes veranschaulicht,

Fig. 10 ein Blockschaltbild, das Einzelheiten der Azimut-Verfolgungsschleife für die Servosteuerung des Sichtgerätes veranschaulicht,

Fig. 11 ein Blockschaltbild, das die Beziehung zwischen der Zielverfolgungs-Schaltungsanordnung den Sichtgeräte-Servos und den Geschütz-Servos veranschaulicht,

Fig. 12 ein Blockschaltbild der Servosteuerung für die Geschützausrichtung in der Elevation und

Fig. 13 ein Blockschaltbild der Servosteuerung für die Geschützausrichtung im Azimut.

Zum Einführen der verschiedenen gemessenen Parameter und ballistischen Größen in die Grundgleichungen des Feureleitsystems sind mehrere Koordinatensysteme erforderlich. Diese Koordinatensysteme werden nachstehend definiert. Die Beziehungen zwischen diesen Systemen sind ferner in den Fig. la und 5a schematisch dargestellt.

1. Koordinaten der Ortsebene X, Y. Z

Die Koordinaten der Ortsebene oder Geschützplattform sind so definiert, daß die positive Z₀-Achse in Richtung des örtlichen Sch were vek tors nach unten gerichtet ist. Die Richtung der A"₀-Achse ist in der Horizontalebene willkürlich gewählt, um einen geographisch festgelegten Nullpunkt für die Messung der Azimutwinkel zu schaffen. Die y_o-Achse ergänzt die Z₀- und X₀-Achsen zu einem orthogonalen, rechlsdrehenden Koordinatensystem. Für die gegenwärtigen Zwecke wird angenommen, daß das Geschütz G und das Sichtgerät des Schützen im gleichen Punkt liegen, der als Ursprung O für alle Koordinatensysteme festgelegt ist.

2. Sichtlinien-Koordinaten R, E, D

Die Sichtlinien-Koordinaten (LOS-Koordinaten) sind so definiert, daß die R-Achse stets vom Ursprung auf das Ziel T weist. Demnach haben diese Koordinaten keine feste Stellung, sondern sind mit dem Ziel beweglich. Sie sind mit den X-, Y-, Z-Koordinatcn durch eine Drehung um die V-Achse um den Elevalionswinkcl <_s der Sichtlinic und durch eine Drehung um die Z₀-Achsc um den Azimutwinkel /, verknüpft. Die dreidimensionalen Beziehungen zwischen den beiden Koordinatensystemen sind in Fig. 9a veranschaulicht. Zur Klarstellung sei erwähnt, daß nur die bei der mathematischen Ableitung der Vorhallwinkelglcichungcn benutzte Darstellung nach Fig. la den speziellen Fall zeigt, bei dem die Stellung T eines Zieles zur Zeit t_u, zu dem das Geschütz abgefeuert wird, der Geschwindigkeitsvektor K₇-, das Geschütz G und der Treffpunkt / von Geschoß und Ziel alle in

der X₀-Z₀-Ebene liegen, so daß der Azimutwinkcl ,, den Wert Null hat. Es versteht sich, daß die Hcrleilung selbst den allgemeinen Fall behandelt und jeden beliebigen Azimutwinkel /, berücksichtigt, wie es in Fig. 5a der Fall ist. Das R-, E-, D-Koordinatensystem ist dann mit dem X-, Y-, Z-Koordinalensystem durch die Gleichungen verknüpft, die in der nachstehenden Tabelle I angegeben sind. In Fig. la sind auf der K-Achse und der dazu senkrechten D-Achse Einheitsvektoren dargestellt. In Fig. la fällt die ΙΕ-Achse mit der y_o-Achse zusammen, da _(/ als Null angenommen worden ist. Gleiche Einheitsvektoren sind auf den nachstehend behandelten Achsen R₁, D₁ und R_G, D₀ angegeben. Die Achsen E₁ und E₀ fallen wieder mit der y_o-Achse in F i g. 1 a zusammen. .

3. Treffpunkt-Koordinaten R₁, E₁, D,

Diese Koordinaten sind ähnlich definiert wie die R-, E-, D-Koordinaten, jedoch weist die R,-Achse auf den vorhergesagten Treffpunkt /, bei dem es sich um den Punkt handelt, an dem der Geschwindigkeitsvektor des Zieles die vorhergesagte Flugbahn eines vom Geschütz G in der Fichtung F abgefeuerten

Tabelle I

Matrizen der Koordinatentransformation Geschosses schneidet. Dieses Koordinatensystem ist mit dem X-. Y-, Z-Koordinatcnsyslem durch die Treffpunkt-Azimut- und Elevalionswinke! .··, und >, verknüpft. Die erforderlichen Koordinaten-Transformationen sind wiederum in der folgenden Tabelle I angegeben.

4. Richtlinien-Koordinaten R₀, E₀, D_G

Die Richtlinien-Koordinaten sind so definiert, daß die K_c-Achse in die Richtung zeigt, in der das Geschütz abgefeuert werden muß, damit das Geschoß das Ziel T im Treffpunkt / trifft, wenn der Geschwindigkeitsvektor 9_T konstant bleibt. Diese Koordinaten sind mit den Treffpunkt-Koordinaten durch die ballistischen Vorhaltwinkel verknüpft. Da alle diese Vorhaltwinkel, abgesehen vom Aufsatzwinkel t₀, durch eine dilTerentielle Korrektur behandelt werden können, brauchen sie bei der Herleitung der grundlegenden Feuerleitgleichungen nicht berücksichtigt zu werden. Unter diesen Bedingungen ergibt sich zwischen den X-, Y-, Z-Koordinaten und den Geschützlinien-Koordinaten die in der Tabelle I angegebene Transformation.

1«	=	IUj	=	COSf1 O -sin^	Ix	cos in sin	'// O	"Tx"	I	V
	Ui		O 1 O	Ty	sin i/, cos	,,, O	Ty		Iy
	Ui		sin fs O cos fs	U-	O O	1	u_		ΐζ_
-Ul	=	cos f, O — sin F1		+ ^0)"
Uc		O 1 O
Uc	sin f, O cos r,		+ ό)
_Uc_	COs(y, + r0) O -			COS //,	sin I11 O
	O 1	-		-sin,,,	cos */, O
sin (r, + r0) O			O	O
	sin (f,
	O
	COS (y,

Unter Verwendung der oben behandelten Koordinatensysteme können die Feuerleitgleichungen von einer grundlegenden Vektorgleichung für den Zielfehler abgeleitet werden, weiche die folgende Form hat:

Fehler = [zukünftige Zielstellung] — [ballistische Geschoßposition] .

Die zukünftige Zielstellung ist eine Funktion der gegenwärtig gemessenen Zielstellung M, der festgestellten Zielbewegung und der Flugzeit T₁ des Geschosses vom Zeitpunkt des Abfeuerns bis zu dem vorausgesagten Treffpunkt /. Die jeweilige Geschoßstellung ist eine durch die ballistischen Bewegungsgleichungen gegebene Funktion der Schußrichtung und der Flugzeit. Eine Lösung des Feuerleitproblems ist durch eine Schußrichtung und eine Flugzeit gegeben, bei der der Fehler nach Gleichung (1) Null wird. Wenn eine Lösung existiert, kann sie gefunden werden, indem die drei Komponenten des

Vektors Fehler
in Gleichung (1) gleich Null gesetzt und dann die resultierende Gleichung nach der Flugzeit und der Geschützausrichtung aufgelöst wird.

Um die Lösung zu ermöglichen, ist es notwendig, die übrigen Vektoren in Gleichung (1) in Form meßbarer oder berechenbarer Parameter darzustellen. Dies kann erreicht werden, wenn wie folgt in zwei Schritten vorgegangen wird

Zunächst sei die zukünftige Zielstellung betrachtet. Für die Voraussage der zukünftigen Zielstellung wird gewöhnlich angenommen, daß sich das Flugzeug mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Für Geschosse mit hoher Geschwindigkeit und geringen Flugzeiten bis zum Treffpunkt ist diese Annahme für mäßig manövrierende Ziele zutreffend. Selbst wenn das Flugzeug Ausweichmanöver macht, dürfte es nicht

möglich sein, eine bessere Annahme zu machen, denn es hiingt dann die zukünftige Flugzeugstellung nicht notwendig von den früheren Daten ab und kann daher an Hand der früheren Dalen, die als einzige Information zur Verfügung stehen, nicht vorhcrgcsagl 5 __

werden. Aus diesem Grund wird die Annahme einer R, = (R + RT_f) I _K + (R konstanten Ziclgeschwindigkeit während all dieser Herleitungen benutzt werden.

Ist V₁- die Flugzeuggeschwindigkeit, wie es in F i g. 1 a dargestellt ist, so ergibt sich die zukünftige Stellung im Treffpunkt / aus

geschwindigkeit R wird an Hand der zeitlichen Entwicklung der Entfernung berechnet.

Wird Gleichung (5) in Gleichung (2) eingesetzt, erhält man das gewünschte Resultat

R₁ = R + v_TT_f.

(2)

15

Da die Flugzeugstellung und die Geschwindigkeitsparameter in den Sichtlinienkoordinaten R, E, D gemessen werden, ist es erforderlich, Gleichung (1) in diesen Koordinaten auszudrücken. Zunächst ist definitionsgemäß

(3)

so daß

ν_τ = R\_R+R,.,x\_R. (4)

Daraus folgt

Vr = k\_R+R,.,_Di_E-R,.,_E\_D. (5)

Die in Gleichung (5) enthaltenen Parameter, nämlich die Entfernung R und die Winkelgeschwindigkeiten ,-I₀ und oi_E werden so gemessen, wie es später an Hand F i g. 5a im einzelnen beschrieben werden wird. Die Entfernungsänderung pro Zeiteinheit oder Radial-Als zweites wird die ballistische Position des Geschosses betrachtet. Da die durch den Drall des Geschosses bedingte Drift nur klein ist, kann dieser Effekt als Korrektur der Lösung für eine ebene Geschoßbahn berücksichtigt werden. Um einen gültigen Satz Feuerleitgleichungen herzuleiten, wird die Stellung des Geschosses auf der Bahn in den in Fig. la dargestellten schiefen Koordinaten beschrieben. Die Stellung des Geschosses im Treffpunkt ist gegeben durch

= F + B.

R,

In dieser Gleichung ist der Betrag von F die Verschiebung des Geschosses vom Geschütz in der Schußrichtung \_KG und der Betrag von £?, der als ballistischer Fall bezeichnet wird, die Verschiebung in der Vertikalrichtung, welche der Krümmung der Flugbahn entspricht. Die Gleichung (7) kann auch in der folgenden Form geschrieben werden:

R₁ =

In dieser Gleichung ist l_Zo ein nach unten weisender Einheitsvektor und T_R0 ein in die Richtung der Schußlinie des Geschützes weisender Einheitsvektor.

Die Gleichungen (8) und (6) können nun in Gleichung (1) eingesetzt werden. Wird der Fchlervektor gleich Null gesetzt, so erhält man die grundlegende vektorielle Feuerleitgleichung

Fha +

I_R + RTf,„_D\_E -

Allgemein sind die Flugbahnparameter F und B Funktionen der Flugzeit T_f und des Geschütz-Elevationswinkels y_T, der gleich der algebraischen Summe aus dem Treffpunkt-Elevationswinkel *, und dem Aufsatzwinkel /₀ ist. Der normale Weg bei der Lösung von Feuerleitproblemen besteht darin, die Vektorgleichung (9) in Form von drei Komponentengleichungen in den R-, E-. D-Koordinaten unter Verwendung der angegebenen Beziehungen auszudrücken, um den Vektor T_sc durch den Azimut-Vorhaltwinkel /„, den Sichtgeräte-Elevationswinkel i_s und den Geschütz-Elevationswinkel t_T auszudrücken. Die drei skalarcn Gleichungen werden dann interativ nach den drei Unbekannten, nämlich der Flugzeit, dem Geschiitz-Vorhaltwinkel im Azimut und dem Geschütz-Elevationswinkel, aufgelöst. Für eine rein digitale Ausbildung des Rechners sind gewisse Varianten dieses Verfahrens sicherlich vorteilhaft. Für einen Analog- oder Hybridrechner kann jedoch ein einfacherer Satz von Näherungsgleichungen abgeleitet werden, die eine schnellere Lösung bei geringeren Kosten und mit größerer Zuverlässigkeit ermöglichen.

Der erste Schritt bei der Ableitung dieser Gleichungen besteht darin, die ballistischen Parameter F und ß in Gleichung (9) durch die Entfernung R₁ zum Treffpunkt und den Aufsalzwinkcl /_n zu ersetzen. Der zweite Schritt besieht darin, ein gutes Näherungsverfahren /um Hinführen des ballistischen Aufsatzwinkels und der Flugzeit in Form zur Verfugung stehender Parameter zu finden.

Unter Bezugnahme auf Fig. Ib und unter Verwendung des Sinussatzes können die folgenden Beziehungen abgeleitet werden:

Fcos(t, + t₀) = Λ; cos>,, (10)

B cos(f| + f₀) = Ri sin f₀ - (H)

Werden diese Beziehungen mit Gleichung (4) kombiniert und wird die Vektorgleichung in Form ihrer Komponenten in Geschützkoordinaten R_c, E_c, D_G ausgedrückt, erhält man die Gleichung

55 R,

cos f ο

0
sin t₀

RTf

R Tf,.,₀

-R TfXi₁

60 (12)

In dieser Gleichung wird die Bezeichnung [«], dazu benutzt, eine Koordinatendrehung um die i-Achse Ix ~ 1, y ~ 2, ζ ~ 3) um den Winkel « anzugeben.

Da für das Geschütz die Richtwinkel I₁₁ und ί + Ό erforderlich sind, legt diese Gleichung die Möglichkeit nahe, das Geschütz um den Azimutwinkcl I₁₁ zu drehen, um die zweite Komponente auf Null zu bringen, und den Gcschüt7-F.levationswinkel

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/_n + f, einzustellen, bis die dritte Komponente gleich R, sin r₍₎ ist. Da außerdem der Aufsatzwinkel ι„ bekanntlich ein sehr kleiner Winkel ist, kö:.nen die Näherungen

R,cos.„ * R,
R, sin.·;, * ,■„

(13)
(14)

verwendet werden. Demnach kann ein auf den Elevalionswinkel des Geschützes ansprechender Geber unmittelbar den berechneten Wert R, liefern und daher in die Rechenschleife einbezogen werden. Dann bildet Gleichung (12) zusammen mit den Näherungsgleichungen (13) und (14) die Grundgleichung des Feuerleitsysiems.

Nunmehr wird die Erzeugung der ballistischen Funktionen behandelt. Wenn das Geschütz als Flugabwehrgeschütz wirksam sein soll, muß das Geschoß im Wirkungsbereich eine hohe Geschwindigkeit haben, so daß sich eine relativ kleine Flugzeit ergibt. Daher ist die Geschoßbahn relativ flach, d. h., daß ihre Krümmung niehl groß sein wird. Diese Beobachtung legt die Anwendung der klassischen Siacci-Näherung für die Gleichung der Geschoßbewegung nahe. Diese Näherung ist in ihrem klassischen Sinne im einzelnen in dem Buch von McShane,Kelley und R e m ο : »Exterior Ballistics«, University of Denver Press 1953, behandelt. Dieses Verfahren hat cine genaue Näherung der ballistischen Geschoßbahn zur Folge. Es soll hier jedoch nicht vorgeschlagen werden, daß die ballistische Kurve nach der Siacci-Methode berechnet werden soll, sondern es soll lediglich darauf hingewiesen werden, daß die Verwendung der Resultate dieser Methode nach manchen Umformungen gute funktionellc Beziehungen liefert, die dazu benutzt werde.ι können, um die Form der ballistischen Berechnungen zu definieren. Hierdurch wird nämlich der Wert der Maßnahme deutlich, zunächst die Geschoßbahn in schiefen Koordinaten mit den Parametern F und S auszudrücken. Wenn die Siacci-Methode in diesen Koordinaten angewendet wird, werden die Flugzeit 7} und der ballistische Fall B ausschließlich Funktionen von F oder, was dazu äquivalent ist, es sind F und B lediglich Funktionen der Flugzeit 7} (s. Seiten 270 bis 273 des angegebenen Buches). Wird diese Tatsache ausgenützt, so können der Aufsatzwinkel /₀ und die Flugzeit T₁ zu der Entfernung R, des Treffpunktes in Beziehung gesetzt werden, indem nur diese Funktionen eingerichtet werden, welche dem Fall entsprechen, bei dem sich das Ziel in der gleichen Höhe befindet wie das Geschütz. Dies geschieht in der folgenden Weise.

Zunächst ist die Entfernung R₀ festzustellen, hei der im Fall gleicher Zielhöhe die Flugzeit 7} die gleiche ist wie im tatsächlichen Fall. Diese Bedingung fordert, daß F und B gleich sind, weil sie beide als ausschließliche Funktionen von T₁ angenommen sind. Wenn ._n der der Entfernung R₀ entsprechende Aufsatzwinkcl ist. gelten die folgenden Gleichungen, die den Gleichungen (10) und (11) äquivalent sind:

Fcos(,, + .„)

ßcos(.·, + ,₀)

F cos ι _n

B cos ι ή

Rt COS ι,.

R₁ sin .·„.

Ro-

R₀ sin-ή·

(15)
(161
(171

Wird Gleichung (16) durch Gleichung (15) und Gleichung (IS) durch Gleichung (17) definiert, crhiill man

= sin (₀. (19)

Sill (_„_

cos .·,

Die Berechnung von .·,, ergibt sich dann aus

sin .·„ = cos .·, sin /₀ .

(20)

Hierbei ist ι'_ο cine Funktion von R₀ oder 7}. Es bleibt dann. R₀ festzustellen. Aus Gleichungen (17) und (15) ergibt sich

R₁₁ = Fcos,₀ = R, ^LfSLIi.. (21,

COS (l , + ;₀)

Werden die Gleichungen (20) und (21) kombiniert und alle für kleine Winkel geltenden Näherungen eingeführt, so daß cos I₀' = I, cos *₀ = I und sin <₀ = .·„', so wird

^* F-^nTT ^¹⁺'"⁵'"'''' ⁽²²⁾

Das Glied <₀ sin ;, braucht dabei nicht eingeschlossen zu werden, weil es sich um einen relativ kleinen Ausdruck handelt.

Die hier benutzten Feuerleitgleichungcn sind Kombinationen der Gleichungen (12) und (20) in Verbindung mit geeigneten Funktionsgeneratoren zur Berechnung von Tf und <_n. Diese Funktionen werden durch übliche Kurvenanpassungan vorhandene Feuertabellen gefunden, wie es nachstehend im einzelnen beschrieben werden wird.

Die Gleichungen können in Komponentenform in der nachfolgend wiedergegebenen Weise geschrieben werden, wenn die Größen A und C in der angegebenen Weise definiert sind:

A = (R + RTf) cos.· _s - RTj,;_l: sin 1,. (23)

C = (R i Rr₇)Sm.-, + RTf,-,,:cos:,, (24)

R, = (Acosi,, + RTj ,■>„ sin /,,) cos (.· _n + *,)

+ Csin(.-₀ + >,). (25)

O = — A sin ι,, + RTf ,-ιι, cos ι,,, (26)

O = (AcOSi₁₁ + RTfiipsin i„)sin(.₍₎ + .·,)

-CCOS(Z₀ + i,)-i_o-R,.

Es sei bemerkt, daß in den vorstehenden Gleichungen (25), (26) und (27). bei denen es sich um drei gleichzeitig in Realzeit zu lösende Vorhaltwinkelgleichungen handelt, der Aufsalzwinkcl gegeben ist durch

= .„cos.·

(28)

wobei ·ό und 7} als Funktionen von R, erzeugt werden.

Bei der Behandlung der Funktion einer Ausführungs-

form des Feuerleitsystems an Hand der F i g. 2 bis 13 werden gewisse äquivalente Bezeichnungen verwendet.

um Winkel. Werte und Größen im speziellen Fall der tatsächlichen Vorrichtung von den Koordinalenbczeichmingen der Größen zu unterscheiden, wie sie bei der vorstehenden allgemeinen Hcrlcitung verwendet worden sind. So werden tatsächliche soezielle

Werie dc-r Treffpunktenifcrnung als R₁ an Stall als R, wie die Koordinaten- oder Vektorbezeichnung benannt. Der tatsächliche Geschütz-Azimutwinkel wird als /,,, anstatt als /,, bezeichnet, bei dem es sich um den Wert handelt, den i_la haben müßte, wenn eine korrekte Lösung der Vorhaltwinkclgleichungen stattgefunden hätte und das Geschütz demnach gerichtet worden wäre. Ähnlich wird der tatsächliche Gcschütz-Elevationswinkel als t_T anstatt als (»·, + >₀) bezeichnet.

An Hand der Fig. 2a bis 2d werden nun die bauliehen Einzelheiten des Aufbaus und der Anordnung einer Steuereinheit 20 beschrieben, wie sie bei einer Vorrichtung zur Verwirklichung des vorstehend beschriebenen Konzeptes und Lösung der Gleichungen verwendet wird. Eine übliche drehbar gelagerte Geschützplattform 10 trägt auch den Schützen und die Steuereinheit 20, so daß sie zusammen mit einem üblichen Flugabwehrgeschütz G, das nur schematisch angedeutet ist, drehbar sind. Der Schütze nimmt einen Stuhl oder Sitz 11 ein, der auf einer schwingungsdämpfenden Halterung 12 angebracht ist, die ihrerseits auf der Geschützplattform 10 befestigt ist. Weiterhin ist auf der GeschützplaUform 10 eine Fußraste 13 angebracht. Die Gehäuse der Sichtgeräteeinheit und der Elektronikeinheit sind ebenfalls auf einer schwingungsdämpfenden Halterung 14 angebracht, die ihrerseits auf der Geschützplattform 10 befestigt ist. Außerdem ist auf der Geschützplattform 10 ein Behälter 15 mit einer geeigneten Leistungsquelle angeordnet. Der Schütze und die Steuereinheit 20 befinden sich auf der Geschützplattform 10 unmittelbar hinter dem Geschütz.

Wie an Hand der Fig. 2a, 2b und 4 erkennbar, wird das optische Sichtgerät der Steuereinheit 20 von dem Schützen dazu benutzt, die Sichtlinie LOS längs der Achse R auf ein Ziel T zu richten, indem er einen kardanisch aufgehängten Spiegel 46 in Abhängigkeit von Signalen verstellt, die er mittels einer Handsteuereinheit 26« erzeugt. Diese Handsteuereinheit 26« befindet sich auf der Geschützplattform 10 in guter Reichweite des Schützen. Es ist zu bemerken, daß der Aufbau und die Stellung des Doppelokulars 17, 18 so gewählt ist, daß der Kopf des Schützen bei der Benutzung aufrecht ist. Diese Haltung ist für den Schützen bequemer und führt zu geringeren Orientierungsstörungen, wenn sehr schnelle Drehungen im Azimut erforderlich sind.

Die Steuereinheit 20 ist in den F i g. 2b, 2c und 2d deutlicher dargestellt und umfaßt ein Sichtgerätegehäuse 16. das mit einem für zwei Beobachlungsfernrohre gemeinsamen Doppelokular versehen ist, dessen Augenmuscheln Π und 18 so angeordnet sind, daß sie für den Schützen leicht zugänglich sind, über den Augenmuscheln ist eine Kopfstütze 19 für den Schützen vorhanden. Nahe den Augenmuscheln ist auf dem Gehäuse 16 ein Hebel 21 angebr. .ht, der innerhalb des Gehäuses mit einem verschiebbaren Spicgciblock des Beobachtungsfernrohres verbunden ist und dem Schützen die Möglichkeit gibt, eine der beiden obengenannten Vergrößerungen mit dem zugeordneten Blickfeld für das Fernrohr zu wählen. Der verschiebbare Spiegelblock 50 ist in F i g. 4 dargestellt. Ks versteht sich, daß der Vcrgrößerungs-Wahlhcbcl 21 in guter Reichweite des Schützen angeordnet ist.

Das Gehäuse 16 des Sichtgerätes enthält das Beobachtungsfcrnrohr, die Laser-Scnde-F.mpfangs-Einhcit und die optischen F.lemcnte. die es ermöglichen, für diese Einheiten eine gemeinsame Sichtlinie LOS zum Ziel zu schaffen, die, wenn sie das Ziel trifft, mit der Koordinatenachse R zusammenfallt. Diese gemeinsame Sichtlinie tritt aus dem Gehäuse 16 des Sichtgerätes durch ein Fenster 22 aus. Das Sichtgerät 16 ist außerdem mit einer Lüftungsöffnung 23 für eine Luftkühlung des Gerätes versehen. Eine Tür 24 im Gehäuse 16 ermöglicht den Zugang zur Blitzröhre des Lasers.

Das Gehäuse 25 für die Elektronikeinheit bildet eine Fortsetzung des Sichtgerätegehäuses 16 und enthält den Feuerleitrechner und die Laser-Elektronik. Das Gehäuse 25 ist mit einer äußeren Schalttafel 26 versehen, die verschiedene Schalter enthält, die später noch im einzelnen beschrieben werden. Das Sichtgerätegehäuse 16 ist auf dem Elektronikgehäuse 25 befestigt, das seinerseits auf dem Mittelblock der schwingungsdämpfenden Halterung 14 befestigt ist, die wiederum auf der drehbaren Geschützplattform 10 befestigt ist. Die Leistungsquelle 15 ist so angeordnet, daß sie leicht mit den Einrichtungen in der Elektronikeinheit 25 verbunden werden kann. Wie am besten aus Fig. 2a ersichtlich, sind das Sichtgerät 16 und die Elektronikeinheit 25, welche die Steuereinheit 20 bilden, mit einem Schutzschild 27 versehen, das auch dem Schützen Schutz bietet. Es versteht sich, daß das Schild 27 mit einer geeigneten öffnung versehen ist, die sich mit dem Fenster 22 deckt, damit der Schütze die Sichtlinie LOS auf das Ziel T richten kann.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des Gesamtsystems. F i g. 3 läßt erkennen, daß die Steuereinheit 20 Handsteuersignale oder Schwenkbefehle für den kardanisch aufgehängten Spiegel im Sichtgerät erhält, die von dem Schützen mit Hilfe eines Steuerhebels 26« erzeugt werden, an dem sich Potentiometerabgriffe befinden. Es kann sich dabei beispielsweise um eine »Cadillac Gage type unit« handeln, wie sie bei Feuerleitsystemen für Panzer Anwendung findet. Auf der Schalttafel 26 (F i g. 2b) stehen dem Schützen Schalter zum Eingeben von Zusatzbedingungen zur Verfügung, wie beispielsweise zum Eingeben der verwendeten Munitionsart, der Rohrabnutzung. Abweichungen von atmosphärischen Standardbedingungen u. dgl. Die Einstellung von Zusatzbedingungen werden direkt dem Festkörperrechner 30 zugeführt, der in der Elektronikeinheit 25 enthalten ist. Der Laser 29 und das optische Sichtgerät mit Servos 28 sind in dem Sichtgerätegehäuse 16 enthalten.

In Abhängigkeit von Signalen, die von dem in Fig. 3 gezeigten Rechner 30 erzeugt werden, wird das Flugabwehrgeschütz G, das sich auf der Plattform 10 befindet, mit Hilfe üblicher Geschützservos 31 gerichtet. So wird den Geschützservos 31 über die Leitung 33 ein Elevationsbefehl, über die Leitung 34 ein Azimutbefehl und über die Leitung 35 eine Fehlcr-Vergleichsspannung zugeführt. Umgekehrt werden von den Geschützservos 31 dem Rechner 30 Rückkopplungssignale zugeführt. So überträgt die Leitung 36 ein Elevations-Rückkopplungssignal von einem Tachometer und die Leitung^ ein Azimut-Rückkopplungssignal von einem zweiten Tachometer. Beide Signale sind für die Winkelgeschwindigkeit in der Elevation bzw. im Azimut charakteristisch. Die Leitung 38 führt Signale, die für die gegenwärtigen Elevations- und Azimutwinkel des Geschützes charakteristisch und von einem üblichen Resolver des Synchro-Typs abgeleitet sind, der mit den Geschützservos verbunden ist.

Einzelheiten der Anordnung des optischen Sichtgerätes, der Sichtgeriteservos 28 und des Lasers 29 in dem Gehäuse 16 der Sichtgeräteeinheit sind in F i g. 4 schematisch dargestellt. Wie ersichtlich, sind der Lasersender 29 α und der Laserempfänger 29 h nebeneinander angeordnet. Der Ausgangsstrahl des Lasers wird über ein Prisma, welches den Strahl um 90' dreht, einer Zerstreuungslinse 41 zugeführt, die sich im Zentrum eines versilberten Spiegels 42 befindet. Der versilberte Spiegel 42 ist unter einem Winkel von 45° zur Achse des Lichtstrahles 43 angeordnet, der in Vorwärtsrichtung die Zerstreuungslinse 41, einen dichroitischen Spiegel 44, der in Vorwärtsrichtung für den Laserstrahl durchlässig ist, und ein Linsensystem 45 durchläuft, das zugleich das Objektiv des Beobachtungsfernrohrs für das enge Blickfeld bildet. Das Linsensystem 45 ist optisch so ausgebildet, daß der Ausgangsstrahl des Lasers einen öffnungswinkel von 3 mrad hat.

Der Strahl 43 trifft danach auf einen kardanisch aufgehängten Spiegel 46 und wird von dem Spiegel 46 durch das Fenster 22 im Gehäuse 16 längs der Sichtlinie auf das Ziel gerichtet. Die Winkelstellung des kardanisch aufgehängten Spiegels 46 um zwei Achsen, die in Fig. 5a näher dargestellt sind, wird durch Stellmotoren bekannter Bauart in Abhängigkeit von Signalen bewirkt, die in der oben beschriebenen Art erzeugt werden.

Wenn der Laserstrahl 43 ein reflektierendes Ziel trifft, wird ein Teil der Lichtenergie längs der Sichtlinie zurückgeworfen und von dem kardanisch aufgehängten Spiegel 46 durch das Linsensystem 45 und den dichroitischen Spiegel 44 auf die Reflexionsfläche des versilberten Spiegels 42 reflektiert. Der dichroitische Spiegel 44 ist so ausgewählt, daß er das Licht im Bereich der von dem Laser emittierten Wellenlängen überträgt und Licht mit allen anderen Wellenlängen reflektiert. Daher gelangt der größte Teil des zurückgeworfenen Lichtes auf den versilberten Spiegel 42 und von dort auf dem Weg 48 zum Laserempfänger 29 b.

Das System, das dem Schützen eine visuelle Beobachtung gestattet, umfaßt zwei Okulare 17 und 18, die mit Hilfe einer üblichen Prismenanordnung, die ein Umkehrprisma 49 umfaßt, für eine binokulare Betrachtung längs einer einzigen Sichtlinie eingerichtet sind. Weiterhin umfaßt das Beobachtungssystem einen verschiebbaren Spiegelblock 50, der mit einem Vetgrößerungs-Wähler 21 verbunden ist, der aus dem Gehäuse 16 heraussteht. In der in der Zeichnung wiedergegebenen Stellung schließt einer der beiden Spiegel des Spiegelblockes 50 einen optischen Weg, der über einen festen Spiegel 50a, eine Sammellinie 59 a und ein Linsensystem 47, das ein Objektiv mit einem großen Blickfeld darstellt, zu einem festen Spiegel 52 und von dort zu dem kardanisch aufgehängten Spiegel 46 führt, von dem das Licht in Richtung der Sichtlinie reflektiert wird. Befindet sich der Spiegelblock 50 in einer Stellung, die links von der in F i g. 5 wiedergegebenen Stellung liegt, richtet die andere Spiegelfläche des Spiegelblockes den Blick des Schützen auf einen in F i g. 4 rechts vom Spiegelblock angeordneten Spiegel 50h anstatt auf den Spiegel 50«. Die Sichtlinie führt von dem festen Spiegel 50b über eine Sammellinse 58« zum dichroitischen Spiegel 44 und dem das Objektiv mit engem Blickfeld bildenden Linsensystem 45, bevor sie auf den kardanisch aufgehängten Spiegel 46 trifft und dann durch das Fenster 22 aus dem Gehäuse austritt. Die Tatsache, daß der prismatisch gestaltete Spiegelblock 50 mil Hilfe des Vergrößerungswählers 21 nur um ein relativ kurzes Wegstück verschoben werden muß. «ibt dem Schützen die Möglichkeil, die Vergrößerung /u verändern, ohne die fortlaufende Beobachtung des Zieles zu unterbrechen. Ein Augenschutzfilter 52. das zwischen dem Spiegelblock 50 und dem Umkehrprisma 49 angeordnet ist, verhindert, daß Laserlicht, das zufällig den Spiegelblock 50 erreichen könnte, zu den Okularen 17 und 18 gelangen kann, so daß die Augen des Schützen vor Schaden sicher bewahrt sind.

Der Schütze verfolgt ein Ziel, indem er den 3-mrad-K.reis auf dem Ziel zentriert. Das optische System des Laser-Entfernungsmessers umfaßt das Objektiv des Fernrohrs mit kleinem Blickfeld, so daß die Blickrichtung beider Bauteile gleichzeitig justiert werden kann und stets eine genaue optische Ausrichtung von Fernrohr und Entfernungsmesser erhalten bleibt. Der dichroitische Spiegel 44 reflektiert das gesamte sichtbare Licht, erlaubt jedoch dem infraroten Laserlicht das Passieren. Das ausgesendete Laserlicht durchdringt die Zerstreuungslinse 41 und das Objektiv, das zusammen mit der Zerstreuungslinse ein galilcisches Fernrohr bildet. Dieses Fernrohr erzeugt den Laserstrahl mit einem öffnungswinkel von 3 mrad. Das Laserlicht, das vom Ziel zurückkommt, wird an dem versilberten Spiegel 42 reflektiert und gelangt durch die Empfängerblende 51 zum Laserempfänger 29b. Ein kleiner, jedoch unbedeutender Bruchteil des zurückkommenden Lichtes geht durch das Loch im Zentrum des versilberten Spiegels, in dem sich die Zerstreuungslinse 41 befindet, verloren. Die Blende 51 wird von einem kleinen Loch gebildet, das genau dem 3-mrad-K.rcis im Fernrohr entspricht. Auf diese Weise sind die drei optischen Achsen, nämlich die Achsen des Verfolgungsfernrohrs, des Lasersenders und des Laserempfängers für immer aufeinander ausgerichtet.

Im Betrieb schaltet der Schütze zunächst die Leistungsquelle 15 ein, die in der Lage ist, 300 bis 600 W zu liefern. Dann benutzt er den Handhebel 26«, um Azimut- und Elevations-Schwenkkommandos den Stellmotoren 72 und 73 zuzuführen, welche den kardanisch aufgehängten Spiegel 46 des Sichtgerätes steuern, wie es beispielsweise in den Fig. 5a und 11 dargestellt ist. Während dieser Anfangsphase braucht der Schütze lediglich den 3-mrad-Kreis auf das Ziel zu bringen. Sobald dieser Kreis auf dem Ziel ist, betätigt der Schütze einen Laserknopf, durch den der Lasersender 29i/, der Laserempfänger 29/) und die in dem Rechner 30 enthaltenen Verfolgungs-Schaltungsanordnungen eingeschaltet werden. Die Aktivierung dieser Bauteile erfolgt mit Hilfe eines einzigen Schalters 152, der sich auf dem Steuerhebel 26« des Schützen befindet. Der Lasersender arbeilet dann mit einer Impulsfolgcfrcqucnz von 10 Hz, solange der Laserknopf niedergedrückt wird. Wenn der Laserstrahl das Ziel verfehlt oder wenn aus irgendeinem anderen Grunde das Lasersignal ohne Echo bleibt, benutzt der Rechner die vorher erhaltenen und gespeicherten Entfernungsdaten, um die letztgültige Entfernungsmessung zu berichtigen. Der Rechner lös! dann die Gleichungen für die Vorhaltwmkel in der Elevation und im A/.imul und erzeugt Richiwinkelhefchlc Tür die Geschützservos 31 in !-"ig. 3. die in I" i y. I 2 bei 1 K) und in Fig. I 3 bei 110« im einzelnen dargestellt sind.

Die Quudranliogik 52 (Fig. 4) ist so ausgebildet, daß sie die Deleklorsignale in Sichtlinien-Slellungsfehlerbefehle an ihren Ausgängen umsetzt. Diese Fehlersiunale. nämlich die Fehler im Elevationswinkel bzw. im Azimutwiukel der Sichtlinie, werden den Verfolgungs-Schaltungsanordnungen. die in den Fig. 9 und 10 dargesteilt sind, über Summicrglieder 141' und 146' zugeführt. Die Ausgangssignale dieser Summierglieder steuern die Stellmotoren, die die Stellung des kardanisch aufgehängten Spiegels 46, der auch in den Fig. 3 und 5a dargestellt ist, im Sichtgerätegehäuse bestimmen. Die Stellmotoren 72 und 73 sprechen entweder auf Verfolgungsbefehle oder auf vom Schützen manuell erzeugte Schwingbefchle oder auf beide an, wie es F i g. 11 veranschaulicht. Sie bringen den Spiegel 46 in eine solche Stellung, daß die kombinierte optische Achse auf das Ziel zeigt. Resolver vom Synchrontyp und Tachometer, die in der in Fig. 5a veranschaulichten Anordnung enthalten sind, führen dem Feuerleitrechner 30 Spannungen zu, welche den Elevations- und Azimutwinkeln <, bzw. ι, und auch den Winkelgeschwindigkeiten entsprechen. Die innere Achse der kardanischen Aufhängung des Spiegels ist die Elcvationsachse, so daß diese Wahl mit der Beziehung der Richtachsen des Geschützes auf der beweglichen Plattform 10 übereinstimmt.

Das Geschütz und das Sichtgerät sind ausreichend dicht beieinander angeordnet, so daß sie Tür alle praktischen Zwecke hinsichtlich der Systemgeometrie als ein einziger Punkt betrachtet werden können, der zweckmäßig als Ursprung der bei den Berechnungen verwendeten Koordinatensysteme gewählt wird. Tatsächlich sitzt der Schütze hinter dem Geschütz, und es haben die Sichtlinie und die Geschützachse einen Parallaxabstand von etwa 1 m. Bevor die Berechnun-

gen und die zur Durchführung der Berechnungen

verwendeten SchaitungsanordnungenTrrTDetail behandelt werden, erscheint es zweckmäßig, die geometrischen Beziehungen zwischen den beiden Koordinatensystemen zu betrachten, die bei den Berechnungen verwendet werden.

In Fig. 5a sind diese Beziehungen schematisch dargestellt. Wie ersichtlich, haben die örtlichen Koordinaten die oben definierten Achsen X₀, V₀ und Z₀ deren Ursprung im Punkt O liegt, bei dem es sich um den obenerwähnten Ursprung handelt, der als der Ort des Sichtgerätes und des Abschußpunktes des Geschützes selbst handelt. Die X-, y-Ebene dieses Koordinatensystems ist der Einfachheit halber so dargestellt, als ob sie durch die Oberfläche der Plattform 10 definiert wäre, auf der sich das Geschütz und die Steuereinheit befinden. Es versteht sich jedoch, daß dieses Koordinatensystem nicht mit der Plattform 10 rotiert.

Es ist ferner ersichtlich, daß der vertikale Haller 70, an dem der Bügel 71 zur Lagerung des kardanisch aufgehängten Spiegels 46 angebracht ist, um eine Achse drehbar ist, die mit der Z₀-Achse zusammenfällt und parallel zu der Richtung verläuft, die von dem Pfeil 66« angezeigt wird, dessen Lage in Verbindung mit der schwingungsdämpfenden Halterung behandelt wurde. Diese Richtung ist die Senkrechte auf die Geschützplattform oder jede dazu parallele Ebene und im Ruhezustand auch die Richtung des Schwerevektors in bezug auf die örtliche Horizontale. Der kardanisch aufgehängte Spiegel 46 wird von einem ersten Gleichstrom-Stellmotor 72 gesteuert, der den Spiegel um die /„-Achse dreht, um den A/iniui-Ablenkwinkel ι, einzustellen, der in bezus auf den Azimul-Ablenkwinkel i_lg des Geschützes gemessen wird. Der Azimutwinkel ,,_s der Sichtlinic zum Ziei in bezug auf die feste Achse X₀ ist durch _)/s = ,_lg + ,, gegeben. Ein zweiter Gleichstrom-Stellmotor 73 schwenkt den Spiegel 46 um eine Elevationsachse, die sich bei einem Azimut-Ablenkwinkel von 0' parallel zur X₀-AcIiSe erstreckt und die stets senkrecht zur Sichtlinie LOS bleibt, wenn sich die Azimutablenkung i_ls ändert. Die tatsächliche körperliche Elevationsachse ist demnach der Schnittpunkt der Ebene des Spiegels 46 mit einer zur X-, V-Ebene parallelen Ebene, die durch die Lager für den kardanisch aufgehängten Spiegel verläuft. Wenn der Azimutoder Ablenkwinkel i_ls = O ist, fällt die Elevationsachse mit der X₀-Achse zusammen, wenn die vertikale Verschiebung des Kardangelenkes gegenüber der X-, y-Ebene vernachlässigt wird, wie es in Fig. 5a schematisch dargestellt ist.

Wenn jedoch, wie in F i g. 5 a veranschaulicht, der Spiegel um den Azimutwinkel i/ und dann um einen Elevationswinkel 1 verschwenkt worden ist. dann ist die X₀-Achse in die Stellung X_s und auch die Elevationsachse selbst um den Winkel // verdreht worden, so daß sie die Stellung der Xy-Achse in F i g. 5a einnimmt, welche senkrecht zu der Sichtlinie LOS verläuft. LOS ist in F i g. 5a auch als y^-Achse bezeichnet. Es versteht sich, daß die gleichen Winkeltransformationen bezüglich der Z-Achse ausgeführt wurden und eine Drehung der Achse um den Winkel »₄ in die StellungZ_s zur Folge hatten, die, wie aus Fig. 5a ersichtlich, auf den Achsen X_f und Y_f senkrecht steht.

Wie oben angegeben, war es für die Vektoranalyse zweckmäßig, den Satz rotierender Achsen, dessen y^-Achse mit der Sichtlinie LOS zusammenfällt, als das R-, E-. ß-Koordinatensystem zu bezeichnen, in_ dem R der Einheitsvektor längs der Sichtlinic oder !/-Achse, E der Einheitsvektor in Richtung der Elevationsachse X_f und D ein dritter Einheitsvektor ist, der senkrecht zu R und £ steht und demnach in Richtung der Z_rAchse verläuft. Dabei haben diese drei Vektoren einen gemeinsamen Ursprung O'. Dieses R-, E-, D- oder X_f-, Y₁-, Zj-Koordinatensystem bewegt sich zusammen mit dem Spiegel und ist stets so gerichtet, daß die R-Achse mit der Sichtlinic LOS zum Ziel zusammenfällt. Der ursprüngliche Satz der X₀-. Y₀- und Z₀-Achsen ist ein festes Koordinatensystem, dessen X-, y-Ebcne in der örtlichen Horizontalcbene liegt und dessen X-Richlung als vorgegebene Nullrichtung willkürlich gewählt ist.

Um genau zu sein, müssen der Ursprung O des festen X₀-, y₀-, Z₀-Koordinatensystcms und der Ursprung O' des beweglichen R-, E-, D- oder X_x-. Y_f·. Z_rKoordinatensystems als im Punkt 46« liegend angenommen werden, in dem die Sichtlinic LOS auf den Spiegel 46 auftrifft. Die in Fig. 5a schematisch dargestellte translatorischc Verschiebung 46« ist jedoch für die vorliegende Behandlung der sich durch die Drehung der beiden Koordinatensysteme ergebenden Beziehungen ohne Bedeutung.

Es ist auch zu erwähnen, daß die tatsächlichen Winkel, um die der kardanisch aufgehängte Spiegel 46 körperlich gedreht werden muß. wegen des Rellexicinsgesclzcs nur halb so groß zu sein braucht wie die Winkel I₁ und ._v Anders ausgedrückt braucht der Spiegel, um das Bild eines Zieles, das er auf der Sichtlinie LOS empfängt, in der Hori/cmialebene in ilas Tcleskopohjekliv 45 und auf den Spiegel 42 /u ivllek-

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tieren, nur um die Halde des tatsächlichen Hlevationswinkelsi, verschwenkt /u werden. Gleiche Betrachtungen gelten hinsichtlich des Spiegels „nd des Ablcnkwinkels ,„. Die Resolver 74 und 75. die für den Elevationswinkel charakteristische Signale liefern sollen, sind jedoch mit Hilfe eines im Verhältnis 2 : I untersetzenden Getriebes angeschlossen, so daß sie den Elevationswinkel. _s unmittelbar angeben.

In gleicher Weise sind die Resolver 76 und 77 Λ so vorgesehen, daß sie für den Differenz-Azimutwinkcl ,, charakteristische Signale liefern. Der Resolver 76 wird zur Vorhaltwinkelberechnung benutzt, bei der Funktionen des Winkels ,, benötigf werden. Zur Zielverfolgung werden Funktionen des Winkels ,_lK benötigt. Diese Funktionen werden erhalten, indem die Signale des Resolvers 77b mit einem Satz von Signalen elektrisch summiert werden, die von einem Resolver 77a abgeleitet werden, der von der Azimutachsc des Geschützes angetrieben wird. Ferner isi ein Tachometer 78 vorgesehen, der für die Winkelgeschwindigkeit v,_E um die Elevationsachse E oder X₁ liefert. Ein zweiter Tachometer 79 liefert Signale, die für die Azimut-Winkelgeschwindigkeit !," charakteristisch sind.

Das Signal für den Azimut-Vorhaltwinkel <,. der sich aus der Differenz zwischen dem Sichtwinkel i_ly und dem Geschützwinkel i,_g ergibt, wird von dem Tachometer 79 differenziert, um das Ausgangssignal .; zu erhalten. Das Ausgangssignal ',, wird elektrisch zu der Winkelgeschwindigkeit /,, des Geschützes im Azimut, die von einem auf der Azimutachsc der Geschützplattform montierten Tachometer geliefert wird, mit Hilfe eines Addierers 79« addiert.'um die A/imut-Winkelgeschwindigkeit ;_is der Sichtlinie in dem ortsfesten Koordinatensystem zu bilden. Der Resolver 80, der vom Etevmionsachsamrieb angelrieben wird, wird dazu benutzt, das Glied cos .· _s mit /_/% zu multiplizieren, um ein Ausgangssignal .·,„ der Winkelgeschwindigkeit um die Ablenkachse D in dem sich bewegenden R-, E-, D-Koordinatensystem zu bilden.

Fig. 5d zeigt ein detailliertes Schaltbild der Zielverfolgungs-Schaliungsanordnung, die zum großen Teil in den Rechner 30 einbezogen ist. Die Resolver 75 und 77b sind diejenigen, die an Hand F i g. 5 a behandelt worden sind und für den Elevationswinkel >, und den Ablenkwinkel <, charakteristische Signale liefern. Ein Relais mit den Kontaktsätzen 78,79,80 und 8! ist in der Stellung wiedergegeben, die es bei der manuellen Zielverfolgung einnimmt, die von dem Schützen bei der Zielsuche verwendet wird. Der bei dieser Stellunsi des Relais aktivierte Teil der Schaltungsanordnung ist in Fig. 5b getrennt dargestellt. Mit anderen Worten befinden sich bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 b die Kontaktsätze des Relais in der Stellung die sie einnehmen, bevor der Schütze die Ziclverfofgungs-Schaltungsanordnungeinschaltet. Die von Kreisen umschlossenen Größen R, R<;_t und K.>„ sind die Eingangsspannungen für die Verfolgungs-Schallungsanordnung. Diese drei Größen umfassen selbstverständlich die drei Komponenten des Geschwindinkeitsvektors des Zieles längs der R-. E- und D-Achsen. Sie stehen als Ausgangssignale vom Rechner 30 zur Verfügung, wie es F i g. 7 zeigt. Die Schaltungsanordnungcn nach F i g. 5d erzeugt als Ausgangssignale die Größen V.. die von einer Abtast- und Halteschaltung M 1- W) 82 geliefert wird, die an einen Ausgang des Resolvers 75 angeschlossen ist. sowie die Größe V die von dem an den einen Ausgang des Resolvers 77/)

angeschlossenen Abtast- und Halteschaltung 82« ueli. fert wird, und die Größe V₁. die von der Ablast- und Halteschaltung 82h geliefert wird, die liverseits an den anderen Ausgang des Resolvers 77/) angeschlossen ist. Die Schaltungsanordnung wandelt auf diese Weise die drei Komponenten des Geschwindigkeilsvektors des Zieles, die in den R-, E-. D-Koordinatcn gemessen worden sind, in äquivalente Geschwindigkeitskomponenten im X-. Y-. Z-Koordinatensystem um.

ίο Wenn das Relais erregt ist, so daß die Kontakisätze 78,79,80 und 81 die zu den in F i g. 5 d dargestellten Positionen alternativen Stellungen einnehmen, werden die Eingangssignale die Größen V_x, V_y und V., die von den Abtast- und Halteschaltungen 82a, 82/>

und 82 geliefert und über entsprechende Klemmen 83, 84 und 85, die in F i g. 5 c gesondert dargestellt sind, zugeführt werden. Die Ausgangssignale sind dann die von den Dividierern 86« und 87« abgeleiteten Größen

ci_K bzw. Ki_n.

Die Beziehung zwischen den Größen, die an Hand des Diagramms nach F i g. 5a sowie der Schaltbilder nach den. F i g. 5b, 5c und 5d behandelt worden sind, können formal durch die folgenden Matrix-Transformationen beschrieben werden:

cos ι,,: -sin i_ls cos f, sin _tj sin sin i_h . cos ,,„ cos ^₁ -cos i,_s sin 0 : sin / _v cosr_s

(28)

Yr

cos,

sin i_ls

— sin i_ls cos· I₅ cos i_ls cos >_v

sin i_h sin<, e

sin ι.

■ees-T

■v.J

(29)

Die durch die folgenden Gleichungen (30) und (31) angegebenen Vektoräquivalente werden dazu benutzt, auf den linken Seiten der Gleichungen (28) und (29) Substitutionen vorzunehmen, um den Ausdrücken in Abhängigkeit davon, welche Größe und welches Koordinatensystem betrachtet wird, die gewünschte Form zu geben :

Xo = V_x, Y₀ = I/.. Z₀ = K, (30)

X₁ = R-,,,. Y₁ = R. Z₁ = R,-,_h:. (31)

Die erste Art der Transformation, nämlich von den im R-. E-. D-Koordinatensyslem gemessenen Geschwindigkeiten zu den Geschwindigkeitskomponenten im X-. Y-. Z-Koordinatensystem. erfolgt nach der Gleichung

V_x = R₁;„ cos/,, - [R cos.·, - R,,, sin 1J sin _I/N V, = Ri-<„ sin i_ls i [R cos ., - R,-,_r sin .· J cos _(/% V. = R sin.·, λ «,.,,cos.·,

(32)

Die Verwirklichung dieser Gleichungen ist in F i g. 5c dargestellt.

Die /weile Art der Tr;;nsformalionen. die erforder-6s lieh weiden kann, isi die von den gehaltenen Geschwindigkeitskomponenien im .V-. Y-. /-Koordinatensystem /uiiick /u den Geschwindigkeiten im R-. E-. D-Koordinaiensysiem. Fliese Transformation erfolm

nach der Gleichung
R'"n ⁼ Kx ^cos '.» ' K, ^s'ⁿ Ί»

R = K sin.·, ^ (K₁ cos <_u - Κ_Λ sip ,, J cosι _%
Rf,, = l'. cos.·, -( - I·', sin ι,, -t \\cos i,,| sin .·,

(33)

Die Ausführung dieser Transformation veranschaulicht das Schaltbild nach F i μ. 5b.

Eine allgemeinere Behandlung der Mathematik der Drehung und Transformation von Koordinatensystemen findet sich beispielsweise in dem Buch von H. G ο 1 d s t e i η : »Classical Mechanics«, Addison Wesley 1950.

Bevoreinedetaillierie Behandlung der Art und Weise erfolgt, in derdiese Beziehungen und Transformationen im Verfolgungsteil des Rechnersystems benutzt werdin, erscheint es nützlich, eine andere Sache zu behandeln. Es wurde oben ausgeführt, da."»zur Lösung der oben angegebenen Vorhaltwinkelgleichungen, die in Schaltungsanordnungen erfolgt, welche von den zur Zielverfolgung dienenden Schaltungsanordnungen getrennt sind, Werte der Flugzeit T₁ des Geschosses zum Ziel und Werte des Aufsatzwinkels <ό, das ist die zusätzliche Winkelerhöhung, die zum Ausgleich des durch die Schwerkraft bedingten Bahnabfalles erforderlich ist, als Funktion der Entfernung R₁ zum Treffpunkt benötigt werden. Unter Verwendung einiger typischer Daten, die von empirischen Messungen an modernen 20-cm-Kanonen gemacht worden sind, wurde festgestellt, daß die ballistischen Daten mit ziemlich einfachen Funktionsgencraloren erzeugt werden können. Die Erzeugung dieser Daten veranschaulicht die Schaltbilder nach den F i g. 8 a und 8 b.

Unter Verwendung der numerischen Werte bei einem Elcva'.ionswtnkc! von 35" als ein notwendiger Satz von Forderungen, wird die Flugzeit als Konstante in bezug auf den Elcvationswinkcl betrachtet und der Aufsatz durch Multiplikation des Horizontalwertes des Aufsatzes mit cos ι _T berechnet, wobei .· ,· der Elevationswinkcl des Geschützes in den A"-, Y-. Z-Koordinalcn ist. Eine Korrektur für verschiedene Munitionsarten erfordert den Austausch verschiedener Konstanten. Die Korrektur für Abweichung von .'atmosphärischen Standardbedingungen kann jedoch durch die Einstellung einiger Maßslabsf.tktoren bestimmender Potentiometer vorgenommen weiden, die unmittelbar auf die Ausgangssignalc der in den F i g. 8a und 8 b dargestellten Schaltungsunordnungen wirken. Eine Aufstellung der benötigten Werte und Niihcrungsfchler in den Gleichungen (7) und (8) für 0" Elevation ist in der folgenden Tabelle 11 angegeben.

Tabelle I	I	Ele	Elevalions-	Flug7cil	Flugzeilfchler
Em-	vation	fchlcr
fcrmini!	I ill I ad I	(rnr.tdl	(S)	(si
(ml	0.5	+ 0,09	0,097	-0,012
100	1,0	+ 0,02	0,198	-0,009
200	1,5	-0,02	0,304	-0.005
300	2,0	-0,01	0,415	-0.001
400	2,6	-0,06	0,530	0
500	3.2	-0,06	0.652	(-0.002
600	3,9	-0,10	0,780	4-0,003
700	4,6	-0,08	0,914	+ 0,002
800

Em- nie-

fernung vat ion

Elevations- Flugzeit fehler

(ml

(mrad) (mrad)

Flugzeitfehler

(S)

9(X)
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000

5,4

6,2

7,1

8,1

9,2

10,4

11,7

13,2

14,8

16,7

18,7

21,0

-0,09
-0,04
+ 0,01
+ 0,02
+ 0,05
+ 0,09
+0,11
+0,05
+0,11
+0,05
+ 0,05
-0,04

1,057
1,208
1,370
1,543
1,729
1,930
2,146
2,380
2,631
2,901
3,188
3,490

+ 0,002

-0,002
-0,002

0
+ 0,002

-0,003
-0,014
-0,039

Die Ausbildung eines Funktionsgenerators zur Erzeugung von Spannungen, welche diese Daten darstellen, ist in den Fig. 8a und 8b veranschaulicht. F i g. 8 a ist zu entnehmen, daß die Flugzeit nach der folgenden Gleichung bestimmt werden kann:

Die Verwirklichung dieser Gleichung ist in F i g. 8 a dargestellt, die eine Schaltungsanordnung mit einem Addierer 90 zeigt, dem die variable Treffpunktentfernung R₁ an einem negativen Eingang und die Konstante 4108 an einem positiven Eingang zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Addierers 90 wird einem Eingang eines Festkörper-Multiplizierers 91 zugeführt. Das andere Eingangssignal des Multiplizierers 91 wird von dem Ausgangssignal eines Verstärkers 92 geliefert. Bei dem Verstärker 92 handelt es sich um einen Operationsverstärker mit einer Rück k'jpplungsschleife 93, die den Ausgang des Verstärkers mit dem negativen Eingang eines Addierers 94 verbindet. Der Ausgang des Muitiplizierers 91 ist als Rückkopplung mit einem anderen negativen Eingang des Addierers 94 verbunden. Das dritte Eingangssignal für einen positiven Eingang des Addierers 94 ist der Zähler des Bruches mit dem Wert 15 203. Der Ausgang des Addierers 94 ist mit dem Eingang des Verstärkers 92 verbunden, dessen Ausgangssignal dem Multiplizierer als zweites Eingangssignal zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 92 wird außerdem einem

so positiven Eingang eines Addierers 95 zugeführt, der an einem zweiten, negativen Eingang die Konstante 3,684 erhält. Es kann gezeigt werden, daß das Ausgangssignal des Addierers 95 die Größe T₁ ist, wie sie durch die Gleichung 34 für variierende Werte der Entfernung R_t definiert und in der Tabelle Il angegeben ist. Die Schaltungsanordnung macht von einem Multiplizierer im Rückkopplungspfad eines Operationsverstärkers Gebrauch, um eine Division in der gleichen Weise durchzuführen wie bei dem »1595 C multiplier«, der in dem Katalog der Firma Motorola behandelt ist.

Die allgemeinen Grundsätze, denen Analogrcchenkr.-'se der beispielsweise in F i g. 8a dargestellten und in dem gesamten System benutzten Art unterliegen, sind in vielen veröffentlichten Lehrbüchern vorhanden. Beispielsweise sei auf das Buch von V. B ο r s k y und J. Matyas: »Compulation by Electronic Analog Computers«. London 1968, verwiesen. Weitere lnfor-

mationen können dem Buch von R. J. A. Paul: »Fundamental Analog Techniques«, New York 1966, sowie dem Buch von D. E. Hyndman: »Analog and Hybrid Computing«. Oxford 1970, entnommen werden. Der Sland der Technik, wie er diesen Lehrbüchern entnommen werden kann, wird hier nicht mehr im einzelnen behandelt.

Fig. 8b zeigt eine Schaltungsanordnung, welche die Werte des Aufsatzwinkcls als Funktion der Flugzeit und der Treffpunktentfernung nach der folgenden Gleichung liefert:

,i = 7,8 7} - 0,00333R₁ + 0,07. (35)

Der Aufbau einer diese Gleichung verwirklichenden Schaltungsanordnung zeigt Fig. 8b. Es sei erwähnt, daß die Werte der Flugzeit 7}, die von dem Addierer 95 geliefert werden, über ein der Kopplung dienendes Widerstandsnetzwerk einem positiven Eingang eines Addierers 96 zugeführt werden. Das Widerstandsnetzwerk besteht aus Widerständen 97 und 98, deren Werte so gewählt sind, daß sie die Konstante 7,8 bilden, mit der das Glied 7} zu multiplizieren ist. Ähnlich werden die Werte für die Trcffpunktentfernung R₁ über ein der Kopplung dienendes Widerstandsnetzwerk mit den Widerständen 99 und 100 einem negativen Eingang des Addierers 96 zugeführt. Die Widerstände 99 und 100 sind dabei so bemessen, daß der variable Wert R, mit dem konstanten Faktor 0,00333 multipliziert wird. Ein drittes Eingangssignal mit einer Spannung, die das konstante Glied 0,07 repräsentiert, wird an einen weiteren, positiven Eingang des Addierers 96 angelegt. Das Ausgangssignal 96 ist dann eine den Aufsatzwinkel t'_o darstellende Spannung. Die Werte für den Aufsalzwinkel und die Flugzeit als Funktion der Entfernung werden dazu benutzt, die Vorhaltwinkelgleichungcn für die Winkel ι, und .· _T zu lösen, von denen der Winkel // der Azimut-Vorhaltwinkel ist, der sich aus der Differenz zwischen dem Azimutwinkel i,_s des Sichtgerätes und dem Azimutwinkel ι, des Geschützes in bezug auf die feste Achse λ',, ergibt, und der Winkel .·, der für das Geschütz benötigte Elcviitionswinkcl. Die Winkel ι, und ■ γ werden zur F.rzeugung von Geschützbefehlen benutzt.

Das ullgemcine Reehenschema. nach dem die Vorhaltwinkelgleichungen gelöst und die resultierenden Richtbefehle für die Geschülzscrvos erzeugt werden, ist in den F ι g. 6 und 7 veranschaulicht. Bei Betrachtung der Vorhaltwinkelgleichungen 25, 26 und 27,

ίο die zur Vereinfachung nachstehend als Gleichungen (35). (36) und (37) aufgeführt sind, ist stets zu beachten, daß das Geschütz in einer kardanischen Lageanordnung gehalten ist, deren äußeres Teil um die Azimutachse drehbar und in F i g. 2aalsGcschützplattform 10 dargestellt ist. Daher schwenken der Schütze und das auf diesem äußeren Lagerteil angeordnete Steuergerät, welches das Beobachtungsfernrohr umfaßt, zusammen mit der Geschützplattform um einen Winkel _)/r Durch die kardanische Lagerung des Spiegels 46 hat jedoch das Sichtgerät seine eigene Azimutachse zur Erzeugung einer zusätzlichen oder Differenz-Ablenkung I₁. Die Addition dieser beiden Drehungen ist in Fig. 10 symbolisch durch den Addierer 114 veranschaulicht. Das Geschütz ist außerdem mit einem inneren Elcvationsgelenk versehen, das unter der Steuerung von Geschütz-Servomotoren steht. Auch das Sichtgerät wird um eine innere Elcvationsachse mit Hilfe von Stellmotoren 73 verschwenkt, um eine entsprechende Geometrie zu haben, jedoch versteht es sich, daß keine Kopplung zwischen der Elevationsstellung des Geschützes und derjenigen des Sichtgerätes besteht, das Sichtgerät also in der Elevation nicht in Abhängigkeit von Elevationsbewcgungen des Geschützes bewegt wird, wie es hinsichtlich des Azimuts der Fall ist.

Aus Gründen der Angleichung wird jedoch der Ausdruck (f₀ + t,) der allgemeinen Gleichungen hier durch den Ausdruck ι _τ ersetzt.

Die drei gleichzeitig vorliegenden Gleichungen, welche die benötigten Vorhaltwinkel bestimmen, sind dann die folgenden:

R, = (A cos i/ + RTfOi₀ sin I₁) cos r_r + C sin » _T , (35)

O = RT₁ Ci₀COS I₁ — i4sin>/, (36)

O = (AcOSi₁ + RT_fKi₀ sin I₁) sin r_T — CcOSf₇- — F₀Rj. (37)

In diesen Gleichungen haben die Größen A und C die durch die obigen Gleichungen (23) und (24) definierten Bedeutungen, nämlich

A = (R + RTf)COS^ - RT_f <·_>ε sin t_s,

C = RT₁ m_E cosi_s + (R + RTf) sin >_s,

R = Entfernung zum Ziel längs der Sichtlinie LOS

R = Radialgeschwindigkeit oder Entfernungsänderung pro Zeiteinheit

„,„ = Winkelgeschwindigkeit der Sichtlinie im Azimut

i„_F = Winkelgeschwindigkeit der Sichtlinie in der Elevation

Tf = Flugzeit zum Treffpunkt

R₁ = Entfernung zum Treffpunkt

», = Elevationsstellung des Sichtgerätes

i_/g = Azimutstellung des Geschützes

/,, = Azimutstellung des Sichtgerätes

1, = Vorhaltwinkel im Azimut (=>/, — '/,)

',', = Aufsalzwinkel für Ziele in der Horizonlalebcnc

< = Hlevationsstellung des Geschützes

in R-, E-, D-Koordinaten

in R,-, E₁-- D,-Koordinatcn

in X-, Y-. Z-Koordinaten

'5

Die drei abhängigen Variablen, nach denen die obigen Gleichungen (35), (36) und (37) auch zu lösen sind, sind die Entfernung R, zum Treffpunkl, der Azimut-Vorhaltwinkel /, und der Geschütz-Elevalionswinkeli₇. Aus dem Rechcnschcma nach F i g. 6 ist zu ersehen, daß der Laser 29 Eingangsdaten liefert, von denen die Entfernung R und die Radialgeschwindigkeit R abgeleitet werden. Für diese Werte charakteristische Spannungen werden dem Rechner 30 zugeführt, der seinerseits für eine Lösung der obengenannten Gleichungen eingerichtet ist. Die Werte Für <■>„ und f.)_£ werden von der Sichtgeräte-Verfolgungsschleife abgeleitet, welche die dem Spiegel zugeordneten Einrichtungen enthält, wie sie in den F i g. 5 a und 6 dargestellt sind. Die Eingangsgrößen R, R, a_D und <·>_Ε zusammen mit dem Wert von Tj, der von seinem Funktionsgenerator abgeleitet ist, werden dazu benutzt, die Gleichungen (35), (36) und (37) nach ihren abhängigen Variablen R₁, I₁ und >_r aufzulösen.

Abweichungen von Standardbedingungen, wie beispielsweise Änderungen der Munition oder atmosphärischer Zustände, werden in den Rechner 30 von Hand an der Schalttafel 26 eingegeben, was in F i g. 6 durch die Linien 102 und 103 für Handeinstellung angedeutet ist. Die Sichtgeräteeinheit 28 wird von dem Schützen z₅ gehandhabt, wie es oben beschrieben worden ist. An Hand Fig. 5a sei daran erinnert, daß die Sichtgcräte-Resolver 74 und 75 Spannungen erzeugen, die für die Elevationsstellung t_s des Sichtgerätes charakteristisch sind, und daß Resolver 76 und 77 t vorhanden sind, die für den Azimut-Vorhaltwinkel // charakteristische Signale erzeugen. In Fig. 6 ist dargestellt, daß das Ausgangssignal i_ls der Sichtgeräteeinheit einem positiven Eingang des Addierers 114 zugeführt wird, wogegen das Ausgangssigral t, einem Resolver 80 zugeführt wird. Es sei weiterhin daran erinnert, daß es sich bei dem Addierer 114 nicht tatsächlich um einen elektronischen Addierer handelt, sondern nur um eine passende Art der Darstellung im Schaltbild, um die Wirkungen der mechanischen Bewegungen des Sichtgerätes irn Azimut in bezug auf die Geschützplattform darzustellen, die sich ebenfalls im Azimut dreht. Wie oben angegeben, ist das Ausgangssignal des Resolvers 80 eine Spannung, welche die Ablenkungswinkelgeschwindigkeit a_n der Sichtlinie angibt und über die Leitung 104 dem Rechner 30 als weiteres Eingangssignal zugeführt wird. Ein Signal <·ι_Ε. das für die Winkelgeschwindigkeit der Sichtlinie in der Elevation charakteristisch ist und vom Ausgang eines Tachometers 78 stammt, wird über eine Leitung 105 ebenfalls dem Rechner 30 als Eingangssignal zugeführt. Weiterhin wird vom Ausgang eines Resolvers 76 ein Signal abgeleitet, das für den Ausdruck R, cos t _T charakteristisch ist. Dieses Signal wird über eine Leitung 108 dem Rechner 30 und einem Resolver 107 für die Geschütz-Elevationsachse zugeführt.

Die Entfernungsdaten des Lasers werden in dem Rechner 30 a zu gefilterten Entfernungsdaten verarbeitet. Die Daten für die Entfernung und die Radialgeschwindigkeit werden dann von Digitalsignalen in Analogsignale umgesetzt. Solange der Schütze das Sichtgerät zur Zielverfolgung steuert, werden die Resolver auf jeder der Achsen angetrieben. Ein auf der Sichtgeräte-Elevationsachsc sitzendes Tachometer 78 liefen das !«^-Signal. Das r.>_n-Signal wird durch Summieren der Azimut-Winkelgeschwindigkeit /,„ des Geschüt/cs /u der A/imut-Winkelgcschwindigkcit /,

45 des Sichtgerätes in einem Summierer 79« und Multiplizieren des Resultates mit cos i\ im Resolver 80 erzielt.

Die Lösung der Gleichungen erfolgt implizit, indem der Ausgang des Geschütz-Elevationsservos 110 durch den Resolver 107 rückgekoppelt wird, um ein Ausgangssignal R₁- zu erzeugen, das dem Rechner 30 auf der Leitung 106 zugeführt wird, damit es durch die Funktionsgeneratoren zur Skalierung der Eingangsfunktionen rückgekoppelt wird.

Als Hilfe bei der Verfolgung des Rechenganges sind die Resolverausgänge in Fig. 6 durch von Kreisen umgebenen Ziffern bezeichnet. Die analytischen Ausdrücke für die Größen, welche die Ausgangsspannungen der Resolver repräsentieren, sind dann die folgenden :

(T) [(R + Λ 7}) cost, - R7}(./_Esinf_s] = A,
(T) [RT_f<;_E cosf, + (R + RT₁) sin /J = C,
(3) RT_fci_D cos Ii — A sin <,,

(3) RT_fci_D cos Ii — A sin <,,

(T) RT^Ci_n sin ι, + A cos i_h

T si + A

₁Oi₀ sin 1, + A cos I₁) cos ^₇- + C sin < _r = R₁, ₀ sin I₁ + A cos I₁) sin t_T - C cosi_T.

Der analytische Ausdruck, der R,- und den Geschütz-Elevationswinkel nach Gleichung (35) verbindet, wurde von kinematischen Betrachtungen abgeleitet, die an Hand Fig. la behandelt wurden. Wie oben dargelegt, ist eine zusätzliche Korrektur für den Aufsatzwinkel erforderlich, der zu dem kinematisch abgeleiteten Elevationswinkel addiert werden kann, so daß

'τ = '. + Ό.
worin λ, der kinematische Term und

>₀ = /ο cos/,- und 4 = /(R₁-, T₁).

Wäre die Lösung der Gleichungen explizit, könnte das Glied *₀ unmittelbar als Vorspannung am Ausgang des Rechners addiert werden. Da dies jedoch nicht der Fall ist, sind manche trigonometrische Manipulationen erforderlich. Das Ausgangssignal bei ((T) hat die Form

— C cos i_T + M sin .· _r,

worin C durch (T) definiert ist. Weilerhin ist
M = RTjCi_n sin I₁ + A cos //,

nämlich das Ausgangssignal bei (4). Das Ausgangssignal bei (?) ist

(M COSf₇- + C sin f γ·) = R₁,

M sin f τ =s M sin f, + r₀ M cos 1,, CcOSi₇- * C COSi₀ C sin >,.

Das Ausgangssignal bei (ό) kann dann als
Msini_T — Ccos/7- = Msini, — Ccos.·, + ;₀ (M cosi, + Csin >,) = M sin/, + >₀R,

ausgedrückt werden. Das Korrckturglied für R, ist gegeben durch

MiR, = -OR₁ cos.·, .

509 528/263

Würde keine Korrektur des Aufsatzwinkels stattfinden, würde der Geschütz-Elevationsservo das Ausgangssignal bei (ό) auf Null bringen. In die em Fall würde das Ausgangssignal bei ® die Größe eines Vektors darstellen, der die Komponenten (?) und — (2) aufweist. Da das Korrekturglied für den Aursatzwinkel nur klein ist, nämlich 6,2 mrad bei 1000 m beträgt, ist die vektorielle Lösung noch immer ausreichend genau, wenn das Ausgangssignal bei (β) nicht völlig Null ist. Dann ist das Eingangssignal bei (4) gegeben durch

M = R₁ cos ι τ.

Die Realisation kann dann so erfolgen, daß das Resolver-Ausgangssignal bei © mit t'_o multipliziert und dieses Produkt zu dem Signal am Ausgang (6) summiert wird. Wenn der Geschütz-Elevationsservo die Summe auf Null bringt, wird der gewünschte Elevationswinkel f_t erzeugt, ν

In dem Hybridrechner 30 sind Schaltungsanordnungen vorhanden, um implizite Lösungen der drei gleichzeitig vorliegenden Gleichungen (35), (36) und (37) unter Verwendung von Eingangssignalen zu liefern, die von den Stellgliedern an der Schalttafel über die Leitungen 102 und 103, vom Laser 29 und dem Entfernungsrechner 30a, über Leitungen 104 und 105 vom Sichtgeräte-Resolver und -Tachometer und über Leitungen 106 und 108 vom Geschütz-EIevationsresolver 107 sowie vom Resolver 76 zugeführt werden.

Eine über den Wert RT <->_K charakteristische Ausgangsspannung des Rechners 30 wird über eine Leitung 113 dem Resolver 74 zugeführt. Ein zweites Ausgangssignal vom Rechner 30 wird über eine Leitung 115 einem zweiten Eingang des Resolvers 74 zugeführt. Dieses Signal ist für die Größe R + RTj charakteristisch. Ein drittes Ausgangssignal des Rechners 30 gelangt über eine Leitung 160 zu einem Eingang eines Resolvers 76 und ist für den Wert RT₁I-I₀ charakteristisch.

Ein viertes Ausgangssignal des Rechners ist mittels der Leitung 117 an den negativen Eingang eines Summierers 118 angelegt. Dieses Signal ist für den Wert *ό^ι COSf₇- charakteristisch. Das andere Eingangssignal des Summierers 118 ist an dessen positiven Eingang angelegt und besteht aus dem Ausgangssignal, das oben als Ausgangssignal @ des Resolvers 107 definiert worden ist. Die Summe dieser beiden Glieder wird dem Eingang des Geschütz-Elevationsservo 110 zugeführt. Ein Rückkopplungssignal, das für den tatsächlichen Geschütz-Elevationswinkel .·, charakteristisch ist, wird durch die Einstellung des Resolvers 107 erzeugt, wie es durch die gestrichelte Linie 119 angedeutet isi.

Der Geschütz-Azimutservo Hl wird von dem Ausgangssignal (3) des Resolvers 76 gespeist, das dem Geschütz-Azimutservo 111 über eine Leitung 120 zugeführt wird.

Wie durch eine gestrichelte Linie 121 angedeutet, liefert der Geschütz-Azimutservo 111 ein Rückkopplungssignal, das für den Azimutwinkel i_(g des Geschützes charakteristisch ist, an den negativen Eingang eines Addierers 114, dessen positivem Eingang ein Signal zugeführt wird, das für die A/imulste!lung des Sichtgerätes charakteristisch ist. Das Ausgangssignal ., des Addierers 114 wird über eine Leitung 122 einem Resolver 76 zugeführt, um den Resolver in eine für den Winkel >, charakteristische Stellung zu bringen. Es sei erneut daran erinnert, daß der Addierer 114 tatsächlich nur eine Darstellung der Azimuladdilion veranschaulichen soll, die durch die gleichzeitige Drehung des Sichtgerätes mit der Geschülzplattform erfolgt, wie es durch die gestrichelten Signallinien angedeutet ist. die eine mechanische Verbindung veranschaulichen.

Eine Rückkopplung erfolgt außerdem vom Gcschütz-Azimutservo 111 zum Tachometer 123, das auf der Leitung 124 ein Ausgangssignal erzeugt, das für 'die Winkelgeschwindigkeit /_((/ des Geschützes im Azimut charakteristisch ist. Dieses Signal wird, wie dargestellt, dem positiven Eingang eines Addierers 79« zugeführt, der an seinem anderen positiven Eingang ein für die Winkelgeschwindigkeit /, charakteristisches Signal empfängt, das von einem Tachometer 79 geliefert wird, das von dem von dem Summierer 114 über die Leitungen 122 und 126 zugeführten Signal I₁ abgeleitet wird.

Werden nun die Ausgangssignale der Resolver betrachtet, die oben analytisch behandelt worden sind, so ist aus F i g. 6 ersichtlich, daß das Ausgangssignal (T), das vom Resolver 74 stammt, als Eingang dem Resolver 76 zugeführt wird, das vom Resolver 74 stammende Ausgangssignal (T) über einen Inverter 127 einem Eingang des Resolvers 107 zugeführt wird, das Ausgangssignal (T). das vom Resolver 76 abgeleitet ist. dem Geschütz-Azimutservo 111 zugeführt wird, das Ausgangssignal (4), das ebenfalls vom Resolver 76 stammt, sowohl dem Resolver 107 als auch über Leitung 108 dem Rechner 30 zugeführt wird und endlich das Ausgangssignal (5), das vom Resolver 107 abgeleitet ist. über die Leitung 106 als Eingangssignal dem Rechner 30 zugeführt wird.

Speziellere Einzelheiten gewisser Rechenkreise des Rechners 30 sind in dem gestrichelten Block 30 in F i g. 7 dargestellt. Zusätzliche Schallungsanordnungen, wie die oben beschriebene Zielverfolgungs-Schaltungsanordnung. die im Rechner 30 aufgetrennten Schaltungsplatten angeordnet sind, sind in F i g. 7 aus Gründen der Übersichtlichkeit fortgelassen. Aus F i g. 7 ist ersichtlich, daß der Rechner 30 auch die Funktionsgeneratoren 128 und 133 enthält, welche die Signale T_s und »0 erzeugen. Die Einzelheiten dieser Funktionsgeneratoren wurden oben an Hand der F i g. 8 a und 8 b beschrieben.

F i g. 7 zeigt auch noch weitere Einzelheilen des Rechners 30. Die Eingangssignalc des Rechners sind Analogsignale, die von Entfernungs- und Geschwindigkeitsrechncr30ii stammen und R und R darstellen. Von den Tachometern der Sichtgerätescrvos werden Signale abgeleitet, die ··,„ und ■■■,; proportional sind. Ein weiteres Signal, das für R₁ cos .· _r charakteristisch ist, wird von dem Sichtgeräle-Azimutresolver geliefert. Ein der Größe R₁ proportionales Eingangssignal wiril weiterhin von dem Geschütz-Elevationsrcsolver IW? erzeugt. Innerhalb des Rechners 30 wird das Entfernungssignal R im Multiplizierer 200 mit <■>, und im Multiplizierer 201 mit <■.„ multipliziert. Die Ausgangssignale der Multiplizierer 200 und 201 werden Multiplizicrern 204 und 205 zugeführt, in denen sie mit T₁ multipliziert werden. Das für die Radialgeschwindigkeit charakteristische Eingangssignal R wird im Multiplizierer 202 mit Tf multipliziert und im Addierer 206 zu R addiert, um ein Ausgangssignal auf der Leitung 115 zu erzeugen. Das Eingangssignal R, cos·-_T wird im Multiplizierer 203 mit ·ό multipliziert.

Wie oben angegeben, ist das beschriebene System als Sichtueräi-Direktorsvstcm ausgebildet, bei dem der

Schütze zunächst das Ziel auffaßt und dann ein Rechenprogramm benutzt, das ihn bei der Zielverfolgung unterstützt. Der Schütze beobachtet die Abweichung zwischen der erforderlichen und der tatsächlichen Schwenkgcschwindigkeii der Sichtlinie als einen Fchlerwinkcl in seinem Sichtgerät, der durch ein Auswandern des Zieles aus dem 3-mrad-Kreis 210 angezeigt wird. Er benutzt seinen Steuerhebel, um Spannungen für die Sichtgcräteservos zu erzeugen, durch die der Fehler auf Null reduziert wird. Wegen des erforderlichen großen Dynamikbereiches werden als Sichtgeräteservos eher Gleichstrom-Momentmotoren als Wechselstrom-Servomotoren benutzt. Zur Erzeugung der Rückkopplungssignale und der Winkelgeschwindigkeitswerte, die Pur die Berechnung der Vorhaltwinkel benötigt werden, werden Gleichstrom-Tachometer benutzt.

Mehr Einzelheiten zeigende Blockschaltbilder der Elevations- und Azimut-Verfolgungsschleifen, die sich ebenfalls im Rechner 30 befinden, sind in den F i g. 9 und 10 dargestellt. Die Elevationsregelschleife benötigt nur eine einzige Tachometer-Rückkopplung, weil die Elevationskanäle von Sichtgerät und Geschütz nicht gekoppelt sind. Demnach wird gemäß F i g. 9 der kardanisch aufgehängte Spiegel 46 von einem Stellmotor 73 um die Elevationsachse verschwenkt. Der Stellmotor treibt auch ein Rückkopplungs-Tachometer 78 an, das die Werte von > _s erzeugt, die als negatives Eingangssignal einem Summierer 141 zugeführt werden. Die Handsteuerung 26 a des Schützen erzeugt Befehle über eine Verzögerungsschaltung 142, deren Ausgangssigna! für <»_E charakteristisch und als positives Eingangssignal dem Addierer 141 zugeführt wird. Die Verzögerungsschaltung ist normalerweise eine gerade durchlaufende Verbindung und bewirkt eine Zeitverzögerung nur beim übergang von der manuellen zur automatischen Zielverfolgung. Das Ausgangssignal des Addierers 141 wird über einen in Serie geschalteten Addierer 141' der Elektronik zugeführt, die dem Stellmotor 73 zugeordnet ist, um den Spiegel 46 in die richtige Stellung um die Elevationsachse zu bringen.

Wie Fig. 10 zeigt, ist eine gleichartige Schaltungsanordnung für die Azimut-Verfolgungsschleife vorgesehen, in welcher der Spiegel 46 um die Azimutachse von einem Stellmotor 72 verschwenkt wird, der auch ein Tachometer 79 antreibt, der ein Ausgangssignal /, erzeugt, das einem Addierer 79a zugeführt wird. Ein zweites Tachometer 144 wird derart mechanisch angetrieben, daß sein Ausgangssignal für die Winkel- so geschwindigkeit >_lg des Geschützes im Azimut charakteristisch ist. Auch dieses Ausgangssignal wird dem Addierer 79a zugeführt. Das Ausgangssignal des Addierers 79a gelangt zu einem weiteren Resolver 80, der die oben angegebene Multiplikation mit cos t, ausführt. Das Ausgangssignal des Resolvers 80 wird an den negativen Eingang eines Addierers 146 angelegt, der an einem anderen Eingang von der Handsteuerung 26a des Schützen über die Verzögerungsschaltung 147 ein fü· <->_D charakteristisches Signal empfangt. Das Ausgangssignal des Addierers 146 wird über einen in Serie geschalteten Addierer 146' in geschlossener Rückkopplungsschleife den elektronischen Schaltungsanordnungen zugeführt, die dem Stellmotor 72 zugeordnet sind.

Es ist zu bemerken, daß bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 9 der Addierer 141 zusätzlich zu den oben angegebenen Eingangssignalen auch ein Eingangssignal von der Verfolgungseinrichtung 150 und bei der Schallungsanordnung nach Fig. 10 der Addierer 146 ähnlich ein zusätzliches Eingangssignal von der Verfolgungseinrichtung 151 empfängt. Einzelheiten der Verfolgungseinrichtungen 150 und 151 wurden oben behandelt und in Fig. 5d veranschaulicht, während Quadrant-Fenlcrsignale über die Addierer 141' und 146' zugeführt werden, wie es die Fi g. 5 c, 9 und 10 zeigen. Der Aktivierungszyklus ist in F i g. 11 funktionell dargestellt. Danach wird eine Verfolgungshilfe in Form elektrischer Befehle für Azimut- und Elevations-Verfolgungsschleifen gegeben, um die sehr hohen Anforderungen zu vermindern, die sonst an einen Schützen bei einer rein manuellen Zielverfolgung gestellt werden müssen. Während der Zielsuche führt der Schütze den Sichtgeräteservos Steuerspannungen zu, die ι¹, und i_ls proportional sind. Diese Spannungen werden auch dazu benutzt, die Ausgangsbedingungen für die automatische Zielverfolgung zu erzeugen. Wenn sich das Ziel innerhalb des 3-mrad-Kreises befindet und keine Differenzen hinsichtlich der Winkelgeschwindigkeit der Sichtlinie vorhanden sind, kann der Schütze den Laser auslösen und die automatische Zielverfolgung einschalten, indem er den Schalter 152 schließt. Die automatische Zielverfolgung benutzt die vom Laser gelieferten Entfernungsdaten bei der Lösung der Verfolgungsgleichungen, die gemäß den Fig. 5b, 5c und 5d erfolgt. Der Laser arbeitet mit einer Impulsfolgefrequenz von 10 Hz. Fünf Lasersignale werden gefiltert, um geglättete Daten für die Entfernung und die Enlfernungsänderung pro Zeiteinheit zu erhalten, die dem Rechner zugeführt werden, wie es oben im einzelnen behandelt worden ist. Hierzu werden 0,5 Sekunden benötigt, wonach die automatische Zielverfolgung ausgelöst wird. Hierfür werden weniger als weitere 0.5 Sekunden nach der übertragung der Steuerung vom Schützen auf die automatische Zielverfolgung benötigt. Die Zeitfolge bei diesem übergang wild in beliebiger Weise von dem Taktgenerator im Rechner 30 abgeleitet, der sich körperlich in dem Entfernungsrechner 30a befindet. Eine Anzeige, die von jeder geeigneten Art sein kann, im Sichtgerät zeigt dem Schützen, wenn die automatische Zielverfolgung die Steuerung übernommen hat. Die maximale Zeitverzögerung beträgt 1 Sekunde.

In dem Augenblick, in dem die Verfolgungseinrichtung die Steuerung übernimmt, werden die Verzögerungsschaltungcn aktiviert, und es wird die Handsteuerung 26« durch diese Zeitverzögerung für 0,25 Sekunden von der Schleife abgetrennt. Diese Zeit reicht aus, um die Handsteuerung auf Null zurückzubringen. Die Handsteuerung wird dann wieder eingeschaltet, so daß der Schütze in der Lage ist. die Geschwindigkeitssignale von Hand zu korrigieren, wenn es erforderlich ist. Wenn die Verfolgungseinrichtung nicht in Tätigkeit tritt, wird das Abschalten der Handsteuerung verhindert. Die Notwendigkeit für Handkorrekturen kann sich entweder aus Änderungen der Zielbewegung gegenüber dem angenommenen konstanten Geschwindigkeitsvektor oder auf Grund elektronischen Rauschens, von Vibrationen oder anderen kleineren Fehlerquellen ergeben.

Wenn es auch sicherlich dem Ziel möglich ist. die verschiedensten Manöver auszuführen, kann für den Flugweg ein konstanter Geschwindigkeitsvektor wenigstens in einer sehr guten ersten Näherung für die wenigen Sekunden angenommen werden, die zum Auffassen des Zieles und Eröffnen des Feuers erfor-

derlich sind. Aus den augenblicklichen Messungen der Entfernung, der Sichtlinienwinkel und der Winkelgeschwindigkeit der Sichtlinie können, wie oben behandelt, die zukünftigen Winkelgeschwindigkeiten der Sichtlinie vorhergesagt werden. Diese Voraussage kann erfolgen, wenn beachtet wird, daß bei einer Bewegung des Zieles mit konstanter Geschwindigkeit die Geschwindigkeitskomponenten in jedem festen Koordinatensystem konstant sind. Während der manuellen Zielverfolgung werden die linearen Geschwindigkeiten der Sichtlinie berechnet und mit Hilfe der Resolver im Sichtgerät in das ortsfeste X-, Y-, Z-Koordinatensystem transformiert, indem die Geschwindigkeitskomponenten konstant sind. Diese Komponenten werden gefiltert und gespeichert. Wenn die Verfolgungseinrichtung aktiviert wird, werden die gespeicherten Komponenten in Winkelgeschwindigkeitsbefehle to_E und i»_D der Sichtlinie zuriickverwandelt und über die Summierer 141 und 146 den Verfolgungsschleifen zugeführt. Es wird erneut die Aufmerksamkeit auf die Fig. 5a, 5b, 5c und 5d wegen der Darstellung der beiden Koordinatensysteme und der Schaltungsanordnungen zur Durchführung der Transformationen zwischen diesen Koordinatensystemen und auf die F i g. 9 und 10 für die Verfolgungsschleifen gelenkt.

Wenn das Ziel beispielsweise durch Wolken oder auf andere Weise verdeckt wird, fährt die Verfolgungseinrichtung fort, die notwendigen nichtlinearen Winkelgeschwindigkeiten auf der Basis der Geschwindigkeitswerte, die in den Abtast- und Haltekreisen 82, 82 a und 826 gespeichert sind und während des Verfolgungsbetriebes konstant bleiben, zu erzeugen, um das Ziel wieder im Zielkreis zu haben, wenn es erneut auftaucht. Die Rechenlogik ist so ausgebildet, daß sie auch beim Ausbleiben von Echosignalen des Lasers arbeitet.

Um die Belastung des Schützen weiter zu reduzieren und die Zielverfolgung zu verbessern, werden die variablen Quadrantfehlersignale in den Summierern 141' und 146' zu den von dem konstanten Geschwindigkeitsvektor abgeleiteten Steuersignalen addiert. Sobald das Ziel aufgefaßt ist, bewirkt der Laser eine automatische Verfolgung. Obwohl es möglich ist, die Quadrant-Detektorkreise so auszubilden, daß sie der Winkelabweichung proportionale Fehlersignale erzeugen, wird eine einfache Schwarz-Weiß-Logik bevorzugt, weil die zusätzliche Kompliziertheit der ersten Alternative und die dadurch entstehenden Kosten nicht durch die erreichte Verbesserung der Funktionseigenschaften gerechtfertigt werden.

Es sei erwähnt, daß sowohl die Winkelgeschwindigkeitsals auch die Quadrantverfolgungsbefehle notwendig sind, um die automatische Zielverfolgung voll wirksam werden zu lassen. Das Geschwindigkeitssignal liefert die stetigen nichtlinearen Schwenkbefehle, die es der Sichtlinie erlauben, dem Ziel selbst während einer vorübergehenden Abschattung zu verfolgen. Das Quadrantverfolgungssignal, das nur vorliegt, wenn das Ziel wenigstens teilweise aufgefaßt ist, liefert automatische Korrektursignale, welche die Wirkungen einer Sichtlinienverschiebung beseitigen, die entweder auf ein Manövrieren des Zieles oder Ungenauigkeiten in den Zielverfolgungssignalen zurückzuführen sind. Endlich kann der Schütze manuelle Korrektursignale hinzufügen.

Obwohl die Geschützservos von üblicher Konstruktion sind, sollen einige der Probleme des Gesamtsystems behandelt werden, die für die Wirksamkeit des Steuersystems von Bedeutung sind. Wie angegeben, macht das System von einem Direktor-Sichtgerät Gebrauch, bei dem die Geschütz-Servoantriebe sowohl hinsichtlich Stellung als auch Geschwindigkeit gesteuert werden. Ein Blockschaltbild des Servo-Signaiflusses ist in Fi g. 11 dargestellt. Fig. 11 zeigt nur einen Kanal, weil die Schaltungsanordnungen für die Azimut- und die Elevationssteuerung die gleichen sind. Während der Zielversuche benutzt der Schütze die Handsteuerung 26 a, um den Sichtgeräteservos, beispielsweise dem Sichtgeräteservor 72, ein die Winkelgeschwindigkeit der Sichtlinie bestimmendes Signal zuzuführen. Der Rechner 30 gibt während dieser Phase einen Vorhaltwinkel vom Wert Null ein, so daß die Geschützlinie und die Sichtlinie parallel zueinander verlaufen. Beim Auffassen des Zieles schließt der Schütze den Schalter 152, so daß die Verfolgungseinrichtung 150 die Zielverfolgung übernimmt und zunächst dem Sichtgerät die gleichen Geschwindigkeitsbefehle zuführt, während es die Verzögerungsschaltungen 142 bis 147 in Serie zu der Handsteuerung schaltet, so daß die Handsteuerung auf Null zurückgehen kann, bevor sie erneut in die Steuerschleife eingeschaltet wird. Der Rechner liefert außerdem zu dieser Zeit die korrekten Werte für den Vorhaltewinkel zu den Geschützservos, die bewirken, daß das Geschütz in die richtige Schußrichtung gebracht wird. Es besteht keine Kopplung zwischen den Elevationsachsen des Geschützes und des Sichtgerätes, jedoch können im Azimutkanal des Sichtgerätes plötzliche übergänge und Ausgleichsvorgänge auftreten. Wenn der Steuerbefehl für den Azimut-Vorhaltwinkel groß genug ist, um den Eingang für die Geschütz-Azimutsteuerung zu sättigen, wird die maximale Schwenkgeschwindigkeit des Geschützes in der Größenordnung von 1500mrad/sec (etwa 86^c'sec) erzeugt. Da die zeitliche Verzögerung erster Ordnung des Sichtgerätes etwa 0,002 Sekunden beträgt, ist eine maximale Verschiebung der Sichtlinie von 3 mrad die Folge. Tatsächlich wird die Quadrantverfolgung die Verschiebung auf etwa ³/₄ mrad begrenzen. Dieser Rcstfehler kann von dem Schützen leicht ausgeglichen werden.

Ein Blockschaltbild der Steuerung der Elevationsstellung des Geschützes ist in Fig. 12 dargestellt. Die Eingangssignale für den Geschütz-Elevationsresolver 107 werden im Rechner 30 erzeugt. Zu einem Ausgangssignal des Resolvers wird im Addierer 118 die Aufsatzwinkelkorrektur addiert. Der korrigierte Wert wird dann als Stellungsfehlersignal über einen Dividierer 115, der sich tatsächlich im Rechner 30 befindet, dem Geschützelevationsservo 110 zugeführt. Der Addierer 158, der ein Rückkopplungssignal vom Tachometer 159 einfügt, ist ein Teil des Geschützelevationsservo 110. Wenn das dem Servo HO zugeführte Fehlersignal von dem Geschützelevationsservo auf Null gebracht ist, ist der andere Ausgang des Resolvers 107 dem Glied R₁ proportional. Dieses Ausgangssignal wird dann in den Rechner 30 zurückgeführt, um die implizite Lösung der Vorhaltwinkelgleichungen zu vervollständigen.

Obwohl der Stellungsfchler auf Null gebracht wird, hiingt seine Empfindlichkeit von der vorhergosagtcn Treffpunktentfcrnung R₁ ab. Indem das Fehlcrsignal im Dividiercr 155 durch R, dividiert wird, kann der Maßsiabsfaklor auf einem konstanten Wert gehalten werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Gesamtcigenschaften des Servosystem* in engeren Grenzen 7.11

iialtcn. Darüber hinaus wird das Fehlersignal l»_r einem Eingang eines Vergleichen 160 zugeführt, an dessen anderem Eingang eine feste Bezugsspannung anliegt. Die Bezupspannung ist vorzugsweise für einen festen Maximalfehler in der Größenordnung von 3 mrad ausgelegt, so daß der Vergleicher 160 ein Ausgangssignal erzeugt, wenn dieser Wert überschritten wird. Das Ausgangssignal des Vergleichers 160 kann dazu verwendet werden, ein Warnsignal für den Schützen zu erzeugen. Beispielsweise kann das Licht, das die Marken im Sichtgerät beleuchtet, durch das Ausgangssignal des Vergleichers 160 von weiß auf rot umgeschaltet werden, um dem Schützen anzuzeigen, daß er um einen zu großen Betrag vom Ziel abliegt

Wie Fig. 12 zeigt, ist ein weiterer Befehl, der einem Eingang des Summierers 158 und damit dem Geschützelevationsservo zugeführt wird, die Elevations-Winkelgeschwindigkeit f_s der Sichtlinie. Dieses Signal ist nahezu gleich dem theoretischen Wert, den auch die Elevaiions-Winkelgeschwindigkeit des Geschützes haben muß. Der sich durch die Differenzgeschwindigkeit ergebende Fehler kann leicht ausgeglichen werden, indem die Verstärkung der Stellungsfehlerschaltung so eingestellt wird, daß der gesamte Verfolgungsfehler auf einen annehmbaren Minimalwert bei der extremsten Kombination der Eingangsbefehle reduziert wird. Ein typischer Fehler ist 0,5 mrad bei einer Steuergeschwindigkeit von 1500 mrad/sec.

Fig. 13 zeigt ein Blockschaltbild der Geschütz-Azimutsteuerung. Die Steuerschleife ist in ihrer Wirkungsweise der Elevationsschleife gleich, abgesehen davon, daß der Resolver tatsächlich von dem Sichtgeräteservo angetrieben wird. Die Bauteile der Anordnung nach Fig. 13, die den Bauteilen der Anordnung nach Fig. 12 entsprechen, sind in Fig. 13 mit der gleichen Bezugsziffer mit einem nachfolgenden »α« bezeichnet.

Abschließend sei die Wirkungsweise des gesamten Systems betrachtet, dessen Arbeitsprinzip und grundlegenden Eigenschaften wie folgt zusammengefaßt werden können. Der Aufbau macht von einem ungestörten oder Direktor-Sichtgerät Gebrauch. Hierdurch wird es für den Schützen leichter, die Sichtlinie auf das Ziel zu richten und Störungen zu vermeiden, die von den Geschützservos erzeugt werden. Das Problem verteilt sich logisch auf verschiedene Bereiche. Im ersten Bereich liegt das Problem, dem der Schütze gegenübersteht, und das darin besteht, die Sichtlinie auf einem sich möglicherweise sehr schnell bewegenden Ziel zu halten. Daher besteht der erste Teil der Lösung darin, dem Schützen eine Verfolgungshilfe zu geben, die ihn in hohem Maße von dieser Aufgabe entlastet. Da die Konzeption erfordert, daß die Vorhaltwinkel an Hand der Stellung der Sichtlinie berechnet werden, wird jede zusätzliche Hilfe bei der Zielverfolgung, die es dem Schützen erleichtert, die Sichtlinie auf das Ziel zu richten und/oder auf dem Ziel zu halten, die Genauigkeit des Gesamtsystems verbessern. Es sei jedoch bemerkt, daß es bei der Ausbildung des Systems nicht notwendig ist. daß die Einrichtung zur automatischen Zielverfolgung arbeitet, um die Berechnung der Vorhaltwinkel zu ermöglichen. Beispielsweise kann der Schütze das Ziel manuelle auffassen, die Sichtlinie manuell auf das Ziel richten und bewirken, daß der Rechner die benötigten Vorhaltwinkel ermittelt. Die automatische Zielverfolgung ist lediglich ein Hilfsmittel, die es dem Schützen erleichtert, seine Aufwibc zu erfüllen.

Hierzu S I)IaIt Zeichnuimen Das beschriebene System zeigt, wie das Gesamtproblem des Schießens auf ein bewegtes Ziel gelöst ist. Es ist zu beachten, daß das System talsachlich in zwei Teile unterteilt ist und die Vorhaltwinkelberechnung, welche alle notwendigen Eingangsgrößen zur Ausrichtung des Geschützes auf das Ziel umfaßt, in dem Rechner vorgesehen ist. Die Eingangsgrößen, auf denen die Vorhaltwinkelberechnungen beruhen, werden von der Ausrichtung des Sichtgerätes abgeleitet. Die Ausrichtung des Sichtgerätes wird getrennt behandelt, nämlich zuerst manuell vom Schützen und dann mit der vom Rechner bewirkten automatischen Nachführung. Die Hilfe macht es für den Schützen sehr viel einfacher, sich schnell bewegende Ziele zu verfolgen, obwohl es, wie angegeben, nicht notwendig ist, daß die automatische Zielverfolgung arbeitet, damit die Berechnung der Vorhaltwinkel funktioniert.

Die automatische Zielverfolgung hat mehrere unterschiedliche und getrennte Eigenschaften. In der ersten oben im einzelnen beschriebenen Betriebsart werden dem Sichtgerät Winkelgeschwindigkeitsbefehle bezüglich zweier Achsen zugeführt, um die Sichtlinic mit den notwendigen nichtlinearen Geschwindigkeiten zu verschwenken, so daß ein Ziel mit konstantem Geschwindigkeitsvektor verfolgt werden kann. Die behandelte Ausführung macht von der Talsache Gebrauch, daß ein konstanter Geschwindigkeitsvektor unabhängig von dem Koordinatensystem, in dem er gemessen wird, konstant ist. Ausgegangen wird von der Messung der Zielgeschwindigkeit im R-, E-. D-Koordinatensystem, worauf die Vektorkomponenten in einem ortsfesten System bestimmt werden. Wenn auf automatische Zielverfolgung umgeschaltet wird, werden die gleichen aufgesparten oder gespeicherten Anfangskomponenten zurückgeführt und als Eingangssignale durch die Resolver des Sichtgerätes verarbeitet, um eine Selbsterzeugung der nichtlinearen trigonometrischen Terme einzuleiten. Ein anderes Merkmal der Zielverfolgung ist die Quadrantverfolgung. Hierdurch wird jede Abweichung beseitigt, die auf eine Fehleranhäufung innerhalb des Rechners oder ein manövrierendes Ziel zurückzuführen ist. Auf diese Weise wird die Aufgabe des Schützen weiter reduziert. Es sei bemerkt, daß die Quadrantverfolgung nicht arbeitet, bevor das Ziel nicht tatsächlich aufgefaßt ist.

Die übliche Praxis bei der Berechnung von Vorhaltwinkeln bestand darin, eine explizite Lösung zu liefern, von der direkte Richtbefehle der Geschützsteuerung zugeführt werden. Hierfür wird ein bedeutend höherer Schaltungsaufwand benötigt und es handelt sich um eine kompliziertere Lösung. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung ist der Geschülzservo ein Teil der Rechenschleife, und es werden die drei Gleichungen, die den Vorhaltwinkel zu gemessenen Größen in Beziehung setzen, gleichzeitig als Gleichungssatz gelöst. Die implizite Lösung wird erzeugt, wenn das Geschütz in der Elevation in die richtige Richtung weist. Wie in der vorausgehenden Diskussion behandelt, ist in diesem Augenblick die eine Achse des Resolvers korrekt auf Null gebracht und liefert das Richtglied ι _T, das durch den Wert Null oder einen kleinen Wert des Fehlersignals I/, angezeigt wird. Die Ausgangswicklurig des anderen Resolvers liefert dann eine für die Entfernung R₁ zum Treffpunkt charakteristische Spannung, die in den Eingang des Rechners 30 zurückgeführt wird, um die Schleife bei der Berechnung zu schließen.

50V 528/263

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Feuerleitsystem für Flugabwehrgeschütze mit Orlungseinrichtungen zum Feststellen der Winkellage und der Winkelgeschwindigkeit der Sichtlinie von dem Ursprung eines Koordinatensystems zu einem Ziel sowie zum Feststellen der Entfernung und der Geschwindigkeit des Ziels längs der Sichtlinie und einem auf die von den Ortungseinrichtungen^! gelieferten, für die festgestellten Größen charakteristischen Signale ansprechenden Rechner zur Erzeugung von Richtsignalen für ein Geschütz, welche die durch die Zielbewegung bedingten Vorhaltwinkel und die Geschoßflugbahn berücksichtigen und auf die mit dem Geschütz verbundene Steuereinrichtungen zum Ausrichten des Geschützes aüsprechen,dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen (107,110,111, 119) an den Rechner (30) Signale liefern, die für die äugenblickliche Ausrichtung und die Winkelgeschwindigkeit des Geschützes in einem ersten, von der Geschützplattform als Bezugsebene ausgehenden orthogonalen Koordinatensystem(X, 7, Z) charakteristisch sind, daß die Ortungseinrichtungen (78, 79 a, 80) die für das Ziel charakteristischen Signale in einem zweiten Koordinatensystem (R, E, D) liefern, das den gleichen Ursprung aufweist wie das erste Koordinatensystem (X, Y, Z), aber eine im Zeitpunkt der Feststellung der Größen mit der Sichtlinie zusammenfallende Achse aufweist, daß eine Schaltungsanordnung (75, 77a, 77b) zur Transformation der Signale von dem ersten in das zweite und von dem zweiten in das erste Koordinatensystem vorgesehen ist und daß der Rechner (30) im Realzeitverfahren eine implizite Lösung der

"T5äifistischen Gleichungen Tür die Vorhaltwinkel und Geschoßflugbahn liefert, wobei die ballistischen Gleichungen zumindest ein Glied enthalten, das von den die Ausrichtung der Geschütze angebenden Signalen gebildet wird.

2. Feuerleitsystem nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtast- und Halteanordnung (82,82 a, 82 b) für die in das erste Koordinatensystem (A". Y, Z) transformierten Komponenten(K₁, V_y, V.) der Zielgeschwindigkeit vorhanden ist, die einer Zielverfolgungsschaltung, welche der Ortungseinrichtung Steuersignale zuführt (150, 151), diese Komponenten als Eingangssignale zuführt.

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