DE2260693C3 - Feuerleitsystem für Flugabwehrgeschütze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fcucrlcilsyslcm für f-'lugabvichrgeschüt/.e mit Oriungscinrichtungen /um Fest- stellen der Winkellage und der Winkelgeschwindigkeit der Sichllinic von dem Ursprung eines Koordinatensystems zu einem Ziel sowie /um Feststellen der I ■ η l -fcrnung und der Geschwindigkeit des Ziels lungs der Sichllinic und einem auf die von ilen OrtungscinriehlUngcii geliefcflcn. für die feslgcslelllen Grollen charakteristischen Signale ansprechenden Rechner zur Erzeugung von Richlsignalcn für ein Geschütz, welche die durch die Zielbewcgunu bedingten Vorhallwinkel und die Geschnßflugbuhn berücksichtigen und auf die mit dem Geschütz verbundenen Steuereinrichtungen zum Ausrichten des Geschützes ansprechen.

Bei einem aus der DE-AS 11 31 563 bekannten

Feuerleitsystem dieser Art wird mil Hilfe der Oriungseinrichtungen dia Lage des Zieles in sutnUoribe/ogenen Polarkanrdjnatcn ermiilelt. Die Polarkourdinaien werden dann in kartesisehe Koordinaten eines ebenfalls standortbezogenen Systems umgerechnet. Die Berechnungen zur Ermittlung der Zielgeschwindiukcit und zur F.rzeugung der Riehtsignale für Uns Uochüi/ erfolgen dann in den knrlestaehen Koordinaten. Die berechneten Richtsignale werden dann jedoch wieder in Polarkoordinaten umgerechnet, weil die Polarkoordinaten unmittelbar die R ich !winkel Tür das Geschütz angeben. Die in die Polarkoordinaten umgerechneten Riehtsignale werden dann den Steuereinrichtungen zum Ausrichten des Geschützes zugeführt.

Bei dem bekannten Feuerleitsystem findet also die Messung der Zielposition sowie das Ausrichten des Geschützes in Polarkoordinaten stall, wiihrcnd alle Berechnungen zur Ermittlung der Riehtsignale in kartesisehen Koordinaten erfolgen. Hin echter Wechsel des Koordinatensystems ist damit nicht \ erblinden, wcii beide Systeme einander ik|uiviricnie. uiiMOMe Bezugssysteme sind. Es wird lediglich bei dem bekannten System ein kariesisches Koordinatensystem /ur Lösung der ballistischen Gleichungen bevorzugt. Die Lösung dieser Gleichungen erfolgt nach einem empirischen Verfahren, bei dem die Lösung »ier ballistischen Gleichungen schrittweise angenähert wird. Fin solches Verfahren erfordert einen großen Aufwand hinsiclnlich des Umfangcs des Rechners sowie der benötigten ■Rechen/eil. Insbesondere hei Feuerleilsystemcn für Flugabwehrgeschütze kommt es jedoch darauf an. einen Rechner mit möglichst kleinem Umfang zu haben, der die Steuersignale zum Richten des Gcschiiizes möglichst schnell liefert, um auch bei sich schnell bewegenden Zielen noch eine wirksame Abwehr zu ermöglichen.

• Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Feucrleitsyslem der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Rechner einen sehr einfachen Aufbau haben kann und doch die ballistischen Gleichungen in sehr kurzer Zeil mit hoher Genauigkeit löst.

Diese Aufgabe wird crfindungsgemiiU dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtungen an den Rechner Signale liefern, die für die augenblickliche Ausrichtung und die Winkelgeschwindigkeit des Geschiil/cs in einem ersten, von tier Gcschützplaltform als Hezugsebene ausgehenden, eine senkrechte Achse durch den Geschützstandort aufweisenden, ortsfesten orthogonalen Koordinatensystem X, Y, Z charakteristisch sind, daß die Ortungseinrichtungen die für das Ziel charakteristischen Signale in einem zweiten orthogonalen Koordinatensystem R, E, D liefern. das den gleichen Ursprung aufweist wie das erste Koordinatensystem .V, >'. /.aber eine im Zeitpunkt der Feslslellung der Grüßen mit der Sichllinic zusammenfallende Achse aufweist, dall eine Schaltungsanordnung zur Transformation der Signale von dem ersten in das zweite undson dem /weilen in das ersie Koordinatensystem vorgesehen ist und daß dei Rechner im Reiilzeilvurfalm'M eine impli/iiu Lösimii der ballistischen Gleichungen für die Vorhaltwinkcl uml Geschoßllugbahn liefen, wobei die ballistischen Gleichungen zumindest ein Glied enthüllen. Jas \<m den die Ausrichtung der Geschütze angehenden Signalen gebildet wird.

Hei dem eründungsgemiißen Fciii'rlcilsjsicm braucht nicht eine Lösung der ballistischen Gleichungen in

einem Itcniiionsvcrfiihr.'ii mkr einen.) Verfahren empirischer Näherung gesucht zu wcrijcn, sondern es wird in vorteilhafter Weise eine implizite Lösung durch ein Rückkopplungsvcrfahren erreicht, bei dom Rückkopplungssignalc in das System eingerührt werden, welche Tür die Ausrichtung des Geschützes charakteristisch sind. Weiterhin wird durch die Verwendung zweier grundsätzlich verschiedener Koordinatensysteme eine erhebliche Vereinfachung der Berechnung erzielt. Das ^ine der Koordinatensysteme entspricht dem ortsfesten Koordinatensystem, wie es auch bei dem bekannten Fcuerleslsystem Anwendung findet. Das andere System hat zwar den gleichen Ursprung wie das ortsfeste System, jedoch eine im McUzcitpunkt mit der Sichtlinie zusammenfallende Achse. Dieses is 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. Hierdurch 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 Fcucrleilsystcms besteht darin, daß eine Ablast- und Halteanordnung für die in das erste Koordinatensystem X. Y. Z transformierten Komponenten V_x, V₁, V₁ der Ziclgcschwindigkcit vorhanden ist. die einer Ziclvcrfolgungsschallung, welche der Ortungseinriehtung Steuersignale zufuhrt, diese Komponenten als Eingangssignal zufuhrt. Hiermit wird erreicht, daß kontinuierlich periodisch korrigierte Werte der Zielgeschwindigkciten zur Verfügung stehen, auch wenn die Ortungscinrichlungen von Impuls-Entfcrnungsmeßgeräten Gebrauch machen, die nur in verhältnismäßig großen Zeitintervallcn Meßergebnisse liefern.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in der Zc^::hnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen

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

F i g. 2a eine schcmalischc Seitenansicht eines Flugabwehrgeschützes mit einem Feucrlcit'systcm nach der Erfindung, welches zugleich die S¹ ellung des Schützen in bezug auf die Steuereinheit des erfindungsgemäßen Feuerlcitsystems veranschaulicht,

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

F i g. 3 das Blockschaltbild des crfindungsgemäßen Fcucrlcitsyslems,

Fig. 4 eine schcmalischc Darstellung des Lasers uml der optischen Glieder in dem Sichtgerät des cründungs.ücmiiUen Kcuerlchsyslcms,

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

Fig. 5b und 5c Schaltbilder derjenigen Teile de; Ziclvcrfolgungs-Schaliungsanordnungcn. die zur Ausführung der TransfoiNationen iwischcn den beiden in F ig. 5 a dargestellten Koordinatensystemen erfor-

45

50 derI ich sind,

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

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

Fig. 7 ein funktionclles 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 Funk tionsgencra tors,

Fig. 9 ein Blockschaltbild, das Einzelheiten der Elevations- VcrfolgungsschieifcfiircineServosteucrung des Sichtgerätes veranschaulicht,

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

Fig. II ein Blockschaltbild, das die Beziehung zwischen der Zieiverfoigungs-Scheitungsanordnung den Sichtgeräte-Servos und den Geschütz-Servos veranschaulicht,

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

F i g. 13 ein Blockschaltbild der Servosteuerung für die Geschützausrichtung im Azimut.

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

I. Koordinaten der Ortscbcne X, Y. Z

Die Koordinaten der Orlscbene oder Geschütz· plattform sind so definiert, daß die positive /„-Achse in Richtung des örtlichen Schwerevektors nach unten gerichtet ist. Die Richtung der λΌ-Achsc ist in der Horizontalcbcnc willkürlich gewählt, um einen geographisch festgelegten Nullpunkt für die Messung der Azimutwinkcl zu schaffen. Die y_o-Achsc ergänzt die Z_n- und A"₀-Achscn zu einem orthogonalen, rcchtsdrchcndcn 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. Sichtlinicn-Koordinatcn R. E, D

Die Sichtlinicn-Koordinatcn (LOS-Koordinntcn) sind so definiert, daß die R-Achsc stets vom Ursprung auf das Ziel T wrist. Demnach haben diese Koordinaten keine feste Stellung, sondern s'nd mit dem Ziel beweglich. Sie sind mit den A"-. Y-. Z-Koordinnlcn durch eine Drehung um die V-Achsc um den F.lcvationswinkcl >, d<v Sichtlinic und durch eine Drehung um die Z^-Achsc um den Azimutwinkcl /, verknüpft. Die dreidimensionalen Beziehungen zwischen den beiden Koordinatensystemen sind in F i g. 5a veranschaulicht. Zur Klarstellung sei erwähnt, dall nur die bei der mathematischen Ableitung der Vorhaltwinkelgleichungcn benutzte Darstellung nach F ig. la den speziellen Fall zeigt, bei dem die Stellung T eines Zieles zur Zeit r„, zu dem das Geschütz abgefeuert wird, der Gcschwindigkeitsvcktor V"_T. das Geschütz C

und der Treffpunkt / von Geschoß und Ziel alle in der AO-Z₀-Ebenc liegen, so daß der Azimutwinkel /, den Wert Null hat. Es versteht sich, daß die Herlcilung selbst den allgemeinen Fall behandelt und jeden beliebigen Azimutwinkcl ι, berücksichtig!, wie es in Fig. 5a der Fall ist. Das R-, E-, D-Koordinatensystem ist dann mit dem X-, Y-, Z-Koordinatensystem durch die Gleichungen verknüpft, die in der nachstehenden Tabelle I angegeben sind. In Fig. la sind auf der Λ-Achse und der dazu senkrechten D-Achse Einheitsvektoren dargestellt. In Fig. la fällt die Ε-Achse mit der y_o-Achse zusammen, da >, als Null angenommen worden ist. Gleiche Einheitsvektoren sind auf den nachstehend behandelten Achsen R₁, D₁ und R₀, D₀ angegeben. Die Achsen E₁ und E₀ fallen wieder mit der >'₀-Achse in Fig. la zusammen.

I Treffpunkt-Koordinaten R₁. E₁, D₁

Diese Koordinaten sind ahnlich definiert wie die R-, E-, D-Koordinaten, jedoch weist die R₁ -Achse auf den vorhergesagten Treffpunkt /, bei dem es sich um den Punkt handelt, an dem der Geschwindigkeitsvektor des Zieles die vorhergesagte Flugbahn eines

Tabelle I

Matrizen der Koordinatentransformation

= 0

I«	=
h
Rl
El	=
η/
AG
EG
DG

cos;, O -sin;,

I O

sin», O cos>,

vom Geschütz G in der Fichtung F abgefeuerten Geschosses schneidet. Dieses Koordinatensystem ist mit dem X-, Y-, Z-Koordinatensystem durch die Treffpunkt-Azimut- und Elevationswinkel /„ und ι, verknüpft. Die erforderlichen Koordinaten-Transformationen sind wiederum in der folgenden Tabelle I angegeben.

4. Richtlinien-Koordinaten R₀, E₀, D₀

Die Richtlinien-Koordinaten sind so definiert, daß die i?_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 P_T konstant bleibt. Diese Koordinaten sind mit den Treffpunkt-Koordinaten durch die ballistischen Vorhaltwinkel verknüpft. Da alle diese Vorhaltwinkel, abgesehen vom Aufsatzwinkel >₀, durch eine differentielle 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.

cos;, O

= O

-sin
O

sin ι, O cos t,

cos i/, sin ;_/r — sin »/, cos »/,

cos(>, + i₀) O -sin(>, + t₀)

O 1 O

sin U₁ + ,„) O cos(», + >„) cos //, sin ι
— sin ι/, cos ι
0 0

¹X

(er= ε, -
{η = ηί)

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
ii Gleichung (I) 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

da 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, cine bessere Annahme zn machen, denn es hangt il;inn die zukünftige Flugzeugstellung nicht notwendig \on den früheren D;iten ab und kann daher »η Hand der früheren Dillen, die als einzige Information zur Verfügung stehen, nicht voihergesagt werden. Aus diesem Grund wird die Annahme einer konstanten Zielgeschwindigkeit während all dieser I lerleitungen benutzt weiden.

I·;· l·', die Flug/ciiggcschwindigkeil. wiees in F i g. I a dargestellt ist. so ergibt sich die zukünftige Stellung im Treffpunkt / aus

VT}.

(2)

R₁ =

Da die Flug/cugstcllimg und die Gcsdiwindigkeitspar.imeter in den Sichtlinienkoordini'ten R, E, D gemessen werden, ist es erforderlich. Gleichung (I I in diesen Koordinaten auszudrücken. Zunächst ist definitionsgemäß

geschwindigkeit R wird an Hand der /eillichen Entwicklung der Entfernung berechnet.

Wird Gleichung (5) in Gleichung (2) eingesetzt, erhall man das uewünschle Resultat

R₁ = IR + RT,)),, + (/?r-„ I c Λ .·.,;!„) 7}.

Als zweites wird die ballistische Position des Geschosses betrachtet. Pa die durch den Drall des Geschosses bedingte DnIt 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 ncuehen durch

R₁ = F + B.

IiXI= |ΙΛ I_R/.

ίΙ f Jf

so dal!

I₇ = R l_fi + R_l-,.\\„.
Daraus folut

Γ, = R\_K + R,

14)

(5)

Die in Gleichung (5) enthaltenen Parameter, nänilicldie F.nifernung R und die Winkelgeschwindigkeiten '■>„ und -■>, werden so gemessen, wie es später an Hand F i g. 5a im einzelnen beschrieben werden wird. Die Enifernungsänderung pro Zeiieinheit oder Radial-Schiebung dej Geschosses vom Geschütz in der Schußrichtung I _R(; und der Betrag von B. der als ballistischer Fall bezeichnet wird, die Verschiebung in der Vcrtikalrichtung. welche der Krümmung der Flugbahn entspricht. Die Gleichung (7) kann auch in der folgenden Form geschrieben werden:

35 R₁ = F\_R0 + B)₁

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

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

F)... + B)₇ = [R + RT,))_R + RT,w_u)_E- RT_f,„_r)

'f "¹E¹D-

Allgemein sind die Flugbahnparameter F und B Funktionen der Flugzxit T, und des Geschütz-Ele- \ationswinkcls 1 _r. der gleich der algebraischen Summe aus dem Treffpunkt-Elevationswinkel 1, und dem Aufsatzwinkcl .·„ ist. Der normale Weg bei der Lösung von Fcuerlcitproblemen besteht darin, die Vektorglcichung (9) in Form von drei Komponentenglcichungen in den R-. E-. D-Koordinaten unter Verwendung der angegebenen Beziehungen auszudrücken, um den Vektor I_KO durch den Azimut-Vorhaltwinkel /,,. den Sichtgeriitc-Elcvationswinkel/, und den Geschütz-Elevationswinkel »_r auszudrücken. Die drei skalaren Gleichungen werden dann iterativ nach den drei Unbekannten, nämlich der Flugzeit, dem Geschütz-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 besieht darin, die ballistischen Parameter F und ß in Gleichung (9) durch die Entfernung R₁ zum Treffpunkt und den Aufsatz.winkel .·,, zu ersetzen. Der zweite Schritt besteht darin, ein gutes Niihcrungsverfahren /um Einführen des ballistischen Aufsal/-winkeis und der Flugzeit in Form zur Verfügung stehender Parameter zu finden.

Unter Bezugnahme auf F i g. 1 b und unter Verwendung des Sinussatzes können die folgenden Beziehungen abgeleitet werden:

Fcos(>, + f₀) = «,cos»,. (10)

+ J₀) = R, sin I₀. (II)

45 Werden diese Beziehungen mit Gleichung (9) kombiniert und wird die Vektorgleichung in Form ihrer Komponenten in Geschützkoordinaten R₀, E₀, D_G ausgedrückt, erhält man die Gleichung

cos ί ο

0
sin r₀

R	+	RTx
R	Tf	-D
-R	Tf	'"£ _

60 (12)

In dieser Gleichung wird die Bezeichnung [«],- dazu benutzt, eine Koordinatendrehung um die i-Achse |i*lj»2,:»3) um den Winkel « anzugeben.

Da für das Geschütz die Richtwinkel ι,, und t, + Ό erforderlich sind, legt diese Gleichung die Möglichkeit nahe, das Geschütz um den Azimulwinkcl _(// zu drehen, um die zweite Komponente auf Null zu bringen, und den Geschütz-Elevationswinkel

i₀ + ι, einzustellen, bis die drille Komponente gleich Λ, sin ίο ist. Dn außerdem der Aufsatzwinkel .·„ bekanntlich ein sehr kleiner Winkel ist. kö:.nen die Näherungen

R, COSj₀ ϊ R, ti, Sin J₀ 5: ;_n ■

(13)
(14)

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

Nunmehr wird die Fr/eugung der ballistischen Funktionen behandelt. Wenn das Geschütz als Flugabwehrgeschütz wirksam sein soll, muß das Geschoß

F COS U1 +:	0> =	R1	COS	';
B cos (.·, 4- .·	0> =	R,	sin ;	O
F cos	•Ό =	R0
B cos	■ό =	Rn	sin.

Wird Gleichung (16) durch Gleichung (15) und Gleichung (18) durch Gleichung (17) dividiert, erhält man

B F

sm j,,

COS ; ,

= sin

(19)

Die Berechnung son .,, ergibt sich dann aus

sin .„ = cos.·, sin ;₀.

120)

Hierbei ist :'_n eine Funktion von R₁, oder T₁-. Fs bleibt dann. R₁₁ festzustellen. Aus Gleichungen Il 7) und (15) ergibt sich

'5 R_n = F cos.·,; = R,

_(21r

Werden die Gleichungen |2O| und (21) kombiniert

so daß sich eine relativ kleine Flugzeit ergibt. Daher ist die Geschoßbahn relativ flach, d. h.. daß ihre Krümmung nicht groß sein wird. Diese Beobachtung lcgl 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 McSh a nc.Kelle y und R e m ο : »Exterior Ballistics«. University of Denver Press 1953. behandelt. Dieses Verfahren hat eine genaue Näherung der ballistischen Geschoßbahn zur Folge. Es soll hier jedoch nicht vorgeschlagen werden, daß die ballistische Kurve nach der Siacci-Methodc berechnet werden soll, sondern es soll lediglich daraufhingewiesen werden, daß die Verwendung der Resultate dieser Methode nach manchen Umformungen gute funktionelle Beziehungen liefert, die dazu benutzt werden 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 B auszudrücken. Wenn die Siacci-Methode in diesen Koordinaten angewendet wird, werden die Flugzeit T₇ und der ballistische Fall ti ausschließlich Funktionen von F oder, was dazu äquivalent ist. es sind F und B lediglich Funktionen der Flugzeit T₇ (s. Seilen 270 bis 273 des angegebenen Buches). Wird diese Tatsache ausgenützt, so können der Aufsatzwinkel.·,, und die Flugzeit Tj 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, bei der im Fall gleicher Zielhöhc die Flugzeit T₇ die gleiche ist wie im tatsächlichen Fall. Diese Bedingung fordert, daß F und B gleich sind, weil sie beide als ausschließliche Funktionen von T_f angenommen sind. Wenn .₀ der der Entfernung R₀ entsprechende Aufsatzwinkel ist, gelten die folgenden Gleichungen, die den Glcichungen (10) und (11) äquivalent sind:

(15)
(16)
(17)
(18)

geführt, so daß cos .·η — l.cos ,, S | und sin .-,I = ,i. so wird

R₁, 5 -- ■--'-,- - * R₁(I + .-ή sin;,:. 1221
I - .·„ sin ·■,

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

Die hier benutzten Feuerleitgleichungen sind Kombinationen der Gleichungen (12) und (20) in Verbindung mit geeigneten Funktionsgeneraloren zur Berechnung von T_f und ·ή· Diese Funktionen werden durch übliche Kurvenanpassungan vorhandene Feuertabcllen 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:

= (R -■■ RT₇)COS;, - RTfi-.,: sin.·,.
= (R 4 RT₇)sin;, 4- RTfii, cos.-,.
= (A cos .,, 4- ΛΤ₇ι·ΐ|, sin ι,,) cos (;_n -

4- Csin(;₍, 4- ;,).

= — A sin I₁, 4- RT₁ ii,,cos ι,,.

= (A cos /,, 4- RT₇I-.,, sin i,,| sin (.(, -

-CcOSf;,, 4- :,) - ··„ ■ R,-

•■/I

(23)
(24)

(25)
(26)

(27)

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

⁼ -OCOS;

(28)

wobei .-£ und 7}als Funktionen von R, erzeugt werden. Bei der Behandlung der Funktion einer Ausfiihrungsform 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 Koordinatenbezeichnungen der Größen zu unterscheiden, wie sie bei der vorstehenden allgemeinen Herleitung verwendet worden sind. So werden tatsächliche spezielle

\\ cnc der I γ ι.· ΓΓρ 11 η k I c η 1 Tc ι' η 11 η y ills R, an Stall ills R, sue (.Ικ· Koordinaten- oder Vektorbezeichniing hon.inni Der tatsächliche Geschütz-Aziinulwinkel wird als I₁₁₁ ans'.ati als ι,, bezeichnet, bei dem es sich um den Wert handelt, den ,,,, haben müßte, wenn eine korrekte Lösung der Vorhaltwinkclglcichungcn staugefunden hätte und das Geschütz demnach gerichtet worden wäre. Ähnlich wird der tatsächliche Geschütz-Elevationswinkel als ί ₇ anstatt als (>, + /_n) bezeichnet.

An Hand der Fig. 2a bis 2d werden nun die baulichen Einzelheiten des Aufbaus und dir Anordnung einer Steuereinheit 20 beschrieben, wie sie bei einer Vorrichtung zur Verwirklichung des vorstehend beschriebenen Konzeptes und Lösung der Gleichungen verwende, wird. F.inc übliche drehbar gelagerte Geschützphittform 10 trägt auch den Schützen und die Steuereinheit 20. so daß sie zusammen mit einem üblichen llugabwchrgcschütz G. das nur schematisch an-jcdeutct ist. drehbar sind. Der Schütze nimmt einen diese P.inhcilcn eine gemeinsame Sichtiinic LOS z"im Ziel zu schaffen, die. wenn sie das Ziel trifft, mil der Koordinatenachse R zusammenfällt. Diese gemeinsame Sichtlinie tritt uus dem Gehäuse 16 des Sichlgcrii'cs du^reh ein Fenster 22 aus. Das Sichtgerät 16 ist .iiifkrdcm mit einer Lüftungsöffnung 23 für eine Luftkühlung des Gerätes versehen. Eine Tür 24 im Gehäuse 16 ermöglicht den Zugang zur Blitzröhre des Lasers.

ίο Das Gehäuse 25 für die Elcktronikeinheit bildet cii.c Fortsetzung des Sichtgerätegehäuses 16 und enthält den Feuerleitrechner und die Laser-Elektronik. Das Gehäuse 25 ist mit einer äußeren Schalttafel 26 vergehen, die verschiedene Schalter enthält, die später

ij ,och im einzelnen beschrieben werden. Das Sichtgcrätegehäusc 16 ist auf dem Elektronikgehäusc 25 befestigt, das seinerseits auf dem Mittelblock der sclnvingungsdämpfcndcn Halterung 14 befestigt ist, die wiederum auf der drehbaren Gcschülzplattform 10

3V-I I *V IllilUI I L.l"

dämpfenden Halterung 12 ;ngebracht ist. die ihrerseits auf der Gcschützplattform 10 befestigt ist. Weiterhin ist auf der Geschützplatt.'orm 10 eine Fußraste 13 ii/!gebracht. Die Gehäuse der Sichtgeräteeinheit und der Elektronikeinhcit sind ebenfalls auf einer schwingungsdämpfenden Halterung 14 angebracht, die ihrerseits auf der Geschützplattform 10 befestigt ist. Außerdem ist auf der Geschützplattform 10 ein ivhälter 15 mit einer geeigneten Leistungsquelle angeordnet. Der Schütze und die Steuereinh .^:t 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 \on dem Schützen dazu benutzt, die Sichtiinie 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<i erzeugt. Diese Handsteuereinheit 26i/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 Orienticrungsstörungcn. wenn sehr schnelle Drehungen im Azimut erforderlich sind.

Die Steuereinheit 20 ist in den F i g. 2 b. 2c und 2d deutlicher dargestellt und umfaßt ein Sichtgerätegehäuse 16. das mit einem für zwei Beobachtungsfernrohre gemeinsamen Doppelokular versehen ist. dessen Augenmuschel!! 17 und 18 so angeordnet sind, daß sie für den Schützen leicht zugänglich sind, über den Augenmuschel ist eine Kopfstütze 19 für den Schützen vorhanden. Nahe den Augcnmuscheln ist auf dem Gehäuse 16 ein Hebel 21 angebracht, der innerhalb des Gehäuses mit einem verschiebbaren Spiegelblock 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. Es versteht sich, daß der Vcrgrößerungs-Wahlhebel 2i in guter Reichweite des Schützen angeordnet ist.

Das Gehäuse 16 des Sichtgerätes enthält das Beobachiungsfernrohr. die Laser-Scnde-Empfangs-Einheit und die optischen Elemente, die es ermöglichen, für daß sie leicht mit den Einrichtungen in der Eleklronikeinheit 25 verbunden werden kann. Wie am besten aus Fig 2a ersichtlich, sind das Sichtgerät 16 und die Elcktronikeinheit 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 Ziei T richten kann.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des Gesamtsystems. F i g. 3 läßt erkennen, daß die Steuereinheit 20 Handsteuersignalc odei Schw^nkbefehle für den kardanisch aufgehängten Spiegel im Sichtgerät erhalt, die von dem Schützen mit Hilfe eines Steuerhebels 26« erzeugt werden, an dem sich Potcntiometerabgriffe befinden. Es kann sich dabei beispielsweise um eine »Cadillac Gage type unit« handeln, wie sie bei Fcuerleitsystcmen für Panzer Anwendung findet. Auf der Schalttafel 26 (F i g. 2b) stehen dem Schützen Schaller zum Eingeben von Zusa.zbcclingungen zar Verfugung, wie beispielsweise zum Eingeben der verwendeten Munitionsart. der Rohrabnutzung. Abweichungen von atmosphärischen Standardbedingungen u. dgl. Die Einstellung von Zusatzbedingungen wcr-^n direkt dem Festkörperrechner 30 zugeführt, der in der Elcktronikeinheit 25 enthalten ist. Der Laser 29 und das optische Sichtgerät mit Servos 28 sind in dem Sicht- -!crätegehäuse 16 enthalten.

In Abhängigkeit von Signalen, die von dem in Fig. 3 gezeigten Rechner 30 erzeugt werden, wird das Flugabwehrgeschütz C. das sich auf der Plattform 10 befindet, mit Hilfe üblicher Geschülzservos 31 gerichtet. So wird den Geschützscrvos31 über die Leitung 33 ein Elevationsbefehl, über die Leitung 34 ein Azimutbefehl und über die Leitung 35 eine Fchler-Vergleichsspannungzugeführt. 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 37 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.

Einzelheilen der Anordnung des optischen Sichtgerätes, der Sichtgeräteservos 28 und des Lasers 29 in dem Gehäuse 16 der Sichlgeräteeinheit sind in F i g. 4 schemalisch dargestellt. Wie ersichtlich, sind der Lasersender 29a und der Laserempfanger 29b s nebeneinander angeordnet. Der Ausgangsstrahl des Lasers wird Ober 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 des 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 29b.

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 Vergrößerungs-Wähler 21 verbunden ist. der aus dem Gehäuse 16 herausstehl. In der in der Zeichnung wiedergegebenen Stellung schließt einer der beiden Spiegel des Spiegelblockes 50 einen optischen Weg. derüber einen festen Spiegel 50 a, eine Sammellinie 59« 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 Sichllinie 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 Spiegelflache des Spicgelblockcs den Blick des Schlitzen auf einen in F i g. 4 rechts vom Spiegclblock angeordneten Spiegel 50/» anstatt auf den Spiegel 50</. Die Sichllinic führt von dem festen Spiegel 50h über eine Sammellinse 58</ /um dichroitischen Spiegel 44 und dem das Objektiv mil cnucm Blickfeld bildenden Linsensystem 45. be\or sie auf den kardanisch aufgehiinulen Spiegel 46 trifft und dann durch das Fenster 22 aus dem Gehäuse austritt. Die Tatsache, daß der prismalisch gestaltete Spiegelblock 50 mit Hilfe des Vergrößerungswählers 21 nur um ein relativ kurzes Wegstück verschoben werden muß. gibt dem Schützen die Möglichkeit, die Vergrößerung zu verändern, ohne die fortlaufende Beobachtung des Zieles zu unterbrechen. Ein Augenschutzfiltcr 52. das zwischen dem Spiegelblock 50 und dem Umkehrprisma 49 angeordnet ist, verhindert, daß Laserlich 1, 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 Lascrlichi 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 Empfängerblcnde 51 zum Lascrempfänger 296. 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-Krcis im Fernrohr entspricht. A^-Uf diese Weise sind die drei optischen Achsen, nämlich die Achsen des Vcrfolgungsfernrohrs. des Lasersenders und des Lascrcmpfängcrs für immer aufeinander ausgerichtet.

Im Betrieb schaltet der Schütze zunächst die Lcistungsquellc 15 ein, die in der Lage ist, 300 bis 600 W zu liefern. Dann benutzt er den Handhebel 26ei. um Azimut- und Elevalionü-Schwcnkkommandos 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 Anfangsphasc braucht der Schütze lediglich den 3-mrad-Krcis auf das Ziel zu bringen. Sobald dieser Kreis auf dem Ziel ist. betätigt der Schütze einen Lascrknopf, durch den der Lasersender 29a. der Lascrcmpfüngcr 29h und die in dem Rechner 30 enthaltenen Verfolgungs-Schaltungsanordnungcn eingeschaltet werden. Die Aktivierung dieser Bauteile crfok'i mit Hilfe pines einzigen Schalters 152. der sich auf dem Steuerhebel 26» des Schützen befindet. Der Lasersender arbeitet dann mit einer Impulsfolgcfrcqucnz von 10 Hz. solange der Lascrknopf 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 Enifcrnungsdalcn. um die lct/.tgüliigc F-nlfcrnunusmcssung zu berichtigen. Der Rechner löst dann die Gleichungen für die Vorhalt»inkcl in der Elevation und im A/inuit und erzeugt RkIiI-winkelbefehle für die Cieschüt/.ser\os 31 in I 1 ;j 3. die in 1·" i y. 12 bei I Kl und in I- i u. 13 bei 11()<r im einzelnen dargestellt sind.

Die (Juadranilogik 52 (I"ig. 4) ist so ausgebildet, dal' sie die Detektorsignale in Sichllinien-Slellungsfehlerhefehlo an ihren Ausgängen umseizl. Diese lehlersignale. nämlich die Fehler im Elevaiionswinkcl bzw. im Azimutwinkel der Sichtlinie, werden den Verfolgungs-Schaltiingsanordnungen. die in den Fig. 9 und IO dargestellt sind, über Summierglieder Ι4Γ 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 Siehtgeräiegehäuse bestimmen. Die Stellmotoren 72 und 73 sprechen entweder auf Vcrfolgun^sbefehlc oder auf vom Schützen manuell erzeugte Schwingbcfchle 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 aufdas Ziel zeigt. Resolver vom Synchrontyp und Tachometer, die in der in Fig. 5a veranschaulichten Anordnung enthalten sind, führen dem Fcucrleilrechner 30 Spannungen zu. welche den Elevations- und Azimutwinkcln ;_Λ bzw. /, und auch den Winkelgeschwindigkeiten entsprechen. Die innere Achse der kardanischcn Aufhängung des Spiegels ist die iilevalkinsaehse. so daß diese Wahl mit der Beziehung der Richlachscn des Geschützes auf der beweglichen Plattform 10 übereinstimmt.

Das Geschütz und das Sichtgerät sind ausreichend dicht beieinander angeordnet, so daß sie für alle praktischen Zwecke hinsichtlich der Systemgcomeirie als ein einziger Punkt betrachtet werden können, der zweckmäßig als Ursprung der bei den Berechnungen verwendeten Koordinatensysteme gewählt wird. Talsächlich sitzt der Schütze hinter dem Geschütz, und es -haben die Sichtlinic und die Gcschützachse einen Parallaxabsland von etwa I m. Bevor die Berechnungen und die zur Durchführung der Berechnungen verwendeten Schaltungsanordnungen im Detail 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 definier! wäre, auf der sich das Geschütz und die Steuereinheit befinden. Es versieht sich jedoch, daß dieses Koordinatensystem nicht mit der Plattform iO rolicrt.

I.s ist ferner ersichtlich, daß der vertikal; Halter 70. an dem der Bügel 71 zur Lagerung des kardanisch aufgehängten Spiegels 46 angebracht ist. um eine Achse drehbar ist. die mit der Z₀-Achsc zusammenfällt und parallel zu der Richlung verläuft, die von dem Pfeil 66a angezeigt wird. Diese Richtung ist die Senkrechte auf die Gesehützplättform 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 Ζό-Achse dreht, um den Azimut-Ablcnkwinkel >, einzustellen, der in bezug auf den A/imul-Ablenkwinkel >,„ des Geschützes gemessen wird. Der AzimHtwinkel _(/J der Sichtlinie zum Ziel in bezug iiurdie Teste Achse X₀ ist durch >,, = i_llf + ι, gegeben. Ein zweiter Gleichstrom-Stellmotor 73 schwenkt den Spiegel 46 um eine Elevalionsachse, die sich bei einem Azimut-Ablenkwinkel von 0^c parallel zur AVAchse 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»,, = O ist, fällt die Elevationsachse mit der X₀-Achsc zusammen, wenn die vertikale Verschiebung des Kardangelenkes gegenüber der X-, y-Ebcnc vernachlässigt wird, wie es in Fig. 5a schematisch dargestellt ist.

Wenn jedoch, wie in Fig. 5a veranschaulicht, der Spiegel um den Azimutwinkcl <, und dann um einen Elevationswinkcl;, verschwenkt worden isl. dann ist die .Y_n-Achse in die Stellung X₁ und auch die Elcvalionsachse selbst um den Winkel ι, verdreht worden, so daß sie die Stellung der X-Achse in Fig. 5a einnimmt, welche senkrecht zu der Sichtlinic LOS verläuft. LOS isl in F i g. 5a auch als y^-Achse bezeichnel. Es versteht sich, daß die gleichen Winkcliransformalioncn bezüglich der Z-Achse ausgeführt wurden und eine Drehung der Achse um den Winkel .·_Λ in die Stellung Z_x zur Folge hatten, die. wie aus Fig. 5a ersichtlich, auf den Achsen X₁ und Y_x scnkrcchl steht.

Wie oben angegeben, war es für die Vekloranalyse zweckmäßig, den Satz rotierender Achsen, dessen Vy-Achsc mit der Sichtlinic LOS zusammenfällt, als das ft-, E-. D-Koordinatcnsystcm zu bezeichnen, in dem R der Einheitsvektor längs der Sichtlinic oder y^-Achsc. E der Einheitsvektor in Richlung der Elevalionsachse X₁ und D ein dritter Einheitsvektor ist, der senkrecht zu R und E steht und demnach in Richtung der Zy-Achsc verläuft. Dabei haben diese drei Vektoren einen gemeinsamen Ursprung O'. Dieses R-, E-, D- oder Xj-, Y_x-. Zy-Koordinatensysiem bewegt sich zusammen mit dem Spiegel und ist stets so gerichtet, daß die R-Achsc mit der Sichtlinic LOS z.ifm Ziel zusammenfällt. Der ursprüngliche Satz der X_n-. V_n- und Z,,-Achsen ist ein festes Koordinatensystem, dessen X-, /-Ebene in der örtlichen Horizontalcbcne liegt und dessen X-Richlung als vorgegebene NuII-richlung willkürlich gewählt ist.

Um genau zu sein, müssen der Ursprung O des festen X₀-. V₀-. Zc-Koordinalensyslcms und der Ursprung O' des beweglichen R-. E-. D- oder X_x-. Y_x-. Ζ,-Koordinaunsysiems als im Punkt 46« liegend angenommen werden, in dem die Sichtlinic LOS auf den Spiegel 46 auftrifft. Die in Fig. 5a schcmalisch dargestellte translatorische Verschiebung des Punktes 46a ist jedoch für die vorliegende Behandlung der sich durch die Drehung der beiden Koordinatensysteme ergebenden Beziehungen ohne Bedeutung.

Es isl auch zu erwähnen, daß die laisächlichen Winkel, um die der kardanisch aufgehängle Spiegel 46 körperlieh gedreht werden muß. wegen des Rolle* ionsgescizes nur halb so groß zu sein braucht wie die Winkel », und /,. Anders ausgedrückt braucht der Spiegel, um das Bild eines Zieles, das er auf der Sielt ι linie LOS empfängt, in der llori/onialebene in das Teleskopobjekm 45 und auf den Spiegel 42 /u reflektieren, nur um die Hälfle des tatsächlichen lilevalionswinkelsi, versehwenkl zu werden. Gleiche Heiraeh-

un gellen hinsichlüch des Spiegels »nd des Ablenkwinkcls»,,, Die Resolver 74 und 75. die Tür den Elevations^inkcl charakteristische Signale liefern sollen, sind jedoch mil Hilfe eines im Verhältnis 2; I untersetzenden Getriebes angeschlossen, so daß sie den Elevationswinkel;, unmittelbar angeben.

In gleicher Weise sind die Resolver 76 und 77/> so vorgesehen, daß sie für den pilTerenz-Azimuiwinkel,, charakteristische Signale liefern. Der Resolver 76 wird zur Vorhaltwinkelberechnung benutzt, hei der Funktionen des Winkels *, benötigt werden. Zur Zielverfolgung werden Funktionen des Winkels »_l4 benötigt. Diese Funktionen werden erhalten, indem die Signale des Resolvers 77 b mit einem Satz von Signalen elektrisch summiert werden, die von einem Resolver 77a abgeleitet werden, der von der Azimutachse des Geschützes angetrieben wird. Ferner isl ein Tachometer 78 vorgesehen, der für die Winkelgeschwindigkeit (»j.· um die Elevationsachse E oder X₁ liefert. Ein zweiter Tachometer 79 liefert Signale, die fur die Azimut-Winkelgeschwindigkeit ;, charakteristisch sind.

Das Signal für den Azimul-Vorhaltwinkel ,,. der sich aus der Differenz zwischen dem Sichtwinkel ι., und dem Geschützwinkel i,₉ ergibt, wird von dem Tachomeier 79 differenziert, um das Ausgangssignal /, zu erhalten. Das Ausgangssigny¹ i, wird elektrisch zu der Winkelgeschwindigkcii ί,,, des Geschützes im Azimut, die von einem auf der Azimutachse der Gcschützplattform monlicrten Tachometer geliefert wird, mil Hilfe eines Addierers 79« addiert, um die Azimut-Winkelgcschwii/digkeit ι,, der Sichllinie in dem ortsfesten Koordinatensystem zu b'Hen. Der Resolver 80. der vom Elevationsachsantricb angetrieben wird, wird dazu benutzt, das Glied cos.·, mi! ■;, zu multiplizieren, um ein Ausgangssignal <··,, der Winkelgeschwindigkeit um die Ablenkachsc 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 77/) sind diejenigen, die an Hand F i g. 5a behandelt worden sind und für den Elevationswinkel ι, und den Ablenkwinkel ι, charakteristische Signale liefern. Ein Relais mit den Kontaktsätzen 78. 79,80 und 81 ist ⁴> in der Stellung wiedergegeben, die es bei der manuellen Zielverfolgung einnimmt, die von dem Schützen bei der Zielsuche verwendet wird. Der bei dieser Stellung des Relais aktivierte Teil der Schaltungsanordnung ist in Fig. 5b getrennt dargestellt. Mit anderen Worten befinden sich bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 5b die Kontuktsätze des Relais in der Stellung, die sie einnehmen, bevor der Schulze die Ziclvcrfolgungs-Schaltungsanordnung einschaltet. Die von Kreisen umschlossenen Größen R. Rf,_F und Rm_n sind die Eingangsspannungen für die Vcrfolgungs-Schaltungsanordnung. Diese drei Größen umfassen selbstverständlich die drei Komponenten des Geschwindigkeitsvcktors des Zieles längs der R-, E- und D-Achsen. Sie stehen als Ausgangssignalc vom Rechner 30 zur Verfügung, wie es Fig. 7 zeigt. Die Schaltunpanord· nungcn nach F i g. 5d erzeugt als Ausgangssignale die Größen V.. die von einer Abtast- und Halteschaltung (,Ί (- H) 82 geliefert wird, die an einen Ausgang des Rcsolvers 75 angeschlossen ist. sowie die Größe T₁. die von dem an den einen Ausgang des Resolvers 77/) angeschlossenen Ablast-und Halteschaltung 82 tj geliefert wird, und die Größe V.. die von der Ablast- und Halteschaltung 82Λ geliefert wird, die ihrerseits an den anderen Ausgang des Resolvers 77 b angeschlossen ist. Die Schallungsanordnung wandeit auf diese Weise die drei Komponenten.des Geschwindigkeitsvektors des Zieles, die in den R-, E-, D-Koordinaten gemessen worden sind, in äquivalente Geschwindigkeitskomponenten im X-, Y-, Z-Koordinatensystem um.

Wenn das Relais erregt ist, so daß die Kontaktsätze 78,79.80 und 81 die zu den in F ί g. 5d dargestellten Positionen alternativen Stellungen einnehmen, werden die Eingangssignale die Größen V_x, K₁. und V-, die von den Abtast- und Halleschaltungen 82«, 82/) und 82 geliefert und über entsprechende Klemmen 83. 84 und 85, die in Fig. 5c gesondert dargestellt sind, zugeführt werden. Die Ausgangssignale sind dann die von den Dividierern 86« und 87« abgeleiteten Größen ei,; bzw. c/_n.

Die Beziehung zwischen den Größen, die an Hand des Diagramms nach Fig. 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:

Λο

=

COS .„ : -

-Xf

=

COS ι,.

-sin ι,.

COS ι,

1IJ

sin ίΛ

sin ι.

Λ/

O

AV

>Ό

sin ιΛ, ;

Yx

— sin i,j

cos,,

cos.·.

- cos (/>

sin;,

Y1

sin .·,

>'n

7-0.

0 :

ζ,

sin /,,

sin.-.

COS .<·,

Z/.

COS ι.

-Zo

(28)

sin

COS ι,

cos

COSi,

sin ι,

— cos

sin is :

(29)

Die durch die folgenden Gleichungen (30) und (31) angegebenen Vektoräquivalentc 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:

A'n = ^,
A"/ = R '■·„.

V_n = K₁.. Z₀ = K. (30)
Y_f = R. Z₁ = R-.,. (31)

Die erste Art der Transformation, nämlich von den im R-. E-. D-Koordinatensystem gemessenen Geschwindigkeiten zu den Geschwindigkeitskomponen-Un im A"-. Y-. Z-Koordinatensysiem. erfolgt nach der Glcichuns!

K₁ = R,·,,, cos ι
Ι'_ν = «-„sin ,,
V. = R sin.·.

— (R cos., — Rf₁ sin .J sin .
f (R cos .·, - Rii, sin : J cos,

-t RiI₁ COS .·,

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

Die /weile ArI der Tnwisfonnalionen. die erforderlich weiden kann, isl die von den gehaltenen Geschwindigkeitskomponcnicn im .V-. V-. Z-Koordinatensystem zurück /u den Geschwindigkeiten im R-. /.-. D-Koordinalens\siem. Diese 'Iransformalion cifolui

nach der Gleichung
RtI₁₁ = (', cos r, ■ Γ, sin i„

R = r. sin··, -> (1',COSi₁,- V_x sin »,,) cos»,
Rn, = Γ. cos., — [ — I\ sin »_(Λ -ι- Vy cos i_h) sin »,_

(33)

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

Eine allgemeinere Behandlung der Mathematik der Drehung und Transformalion von iCoordinatensystemen findet sich beispielsweise in dem Buch von H. Goldstein: »Classical Mechanics«, Addison Wesley 1950.

Bevor eine detaillierte Behandlung der Art und Weise erfolgt, in der diese Beziehungen und Transformationen im Verfolgungsicil des Rechnersystems benutzt werden, erscheint es nützlich, eine andere Sache zu behandeln. Es wurde oben ausgeführt, daß zur Lösung der oben angegebenen Vorhaliwinkelgleichungen. die in Schaltungsanordnungen erfolgt, welche von den zur Zielverfolgung dienenden Schaitungsanordnungen getrennt sind. Werte der Flugzeit 7} des Geschosses zum Ziel und Werte des Aufsatzwinkels .-^- das ist die zusätzliche W'nkelerhöhung. 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-em-Kanonen gemacht worden sind, wurde festgestellt, daß die ballistischen Daten mit ziemlich einfachen Funktionsgeneratoren erzeugt werden können. Die Erzeugung dieser Daten veranschaulicht die Schaltbilder nach den F ig. Sa und 8 b.

Unter Verwendung der numerischen Werte bei einem Elevaiionswinkel son 35 als ein notwendiger Satz von Forderungen, wird die Flugzeil als Konstante in bezus: auf den Elevaiionswinkel betrachtet und der Aufsatz durch Multiplikation des Horizonlalwcrles des Aufsuzes mit cos.₇ berechnet, wobei .·, der Elevaiionswinkel des Geschützes in den A'-. V-. Z-Koordinaten ist. Eine Korrektur für verschiedene Munilionsiirten erfordert den Austausch verschiedener Konslanten. Die Korrekiur für Abweichung von atmosphärischen Standardbedingungen kann jedoch durch die Einst.'Hung einiger N'aßstabsfaktoren bestimmender Potentiometer vorgenommen werden, die unmittelbar auf die Ausgungssignalc der in den F i y. Sa und Sh dargestellten Schaitungsanordnungen wirken. Eine Aufstellung der benötigten Werte und Näherungsfehler in den Gleichungen (7) und (8) für O Elev;Mion ist in der feinenden Tabelle Il anucucben.

Tabelle	Il	I-.k·-	fehler	In- I IllU/oil	I luu/eilfchlct
Uni-	\.ition	Ii lr.idl
ΓοπΗίπι:	(mi.iili	+ 0.09	M	lsi
HnI	0.5	+ 0.02	0.097	-0,012
100	1.0	-0,02	0.198	-0.009
200	1.5	-0.01	0.304	-0.005
300	2.0	- 0.06	0.415	-0.001
400	2.6	-0.06	0.530	0
500	3.2	-0.10	0.652	+ 0.002
600	3.9	- 0.OS	0.7S0	+ 0.003
700	4.6		0.914	+ 0.002
SO!)

Ent	Cle-	Elcvalions-	Flugzeilfehler
fernung	vaiion	fehler
(m)	(mnid)	(mrad)	(si
900	5,4	-0,09	+ 0,002 '
1000	6,2	-0,04	0
1100	7,1	+ 0,01	0
1200	8,1	+ 0,02	-0,002
1300	9,2	+ 0,05	-0,002
1400	10,4	+ 0,09	0
1500	11,7	+0,11 :	0
1600	13,2	Flugzeit	+0,002
1700	14,8		0
1800	16,7	s)	-0,003
1900	18,7	,057	-0,014
2000	21,0	,208	-0,039
,370
,543
,729
,930
»,146
+0,05 2,380
+ 0,11 2,631
+0,05 2,901
+ 0,05 2
1,188
-0,04 3,490

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

¹⁵²⁰³ -3,684. (34,

Tj =

4108 - R,

Die Verwirklichung dieser Gleichung ist in F i g. 8 a dargestellt, die eine Schaltungsanordnung mit einem Addierer 90 zeigt, dem die variable Treffpunktentfernung R, an einem negativen Eingang und die Konsiantc4108 an einem positiven Eingang zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Addierers 90 wird einem Eingang eines Festkörper-Muitiplizierers 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 mil einer Rückkopplungsschleife 93, die den Ausgang des Verstärkers mit dem negativen Eingang eines Addierers 94 verbindet. Der Ausgang des Multiplizierers 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 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 7} ist. wie sie diiicli die Gleichung 34 für variierende Werte der Entfernung R₁ definiert und in der Tabelle Il angegeben isl. 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 Analogrechenkreise der beispielsweise in F i g. 8a dargestellten und in dem gesamten System benutzten Art unterliegen, sind in «ielen veri'iTentlichten Lehrbüchern vorhanden. Beispielsweise sei auf das Buch von V. B ο r s k y und .1. Malyas: »Computation by Electronic Analog Computers«. London 1968. verwiesen. Weitere Infor-

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 Stand 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 TrefTpunktentfcrnung nach der folgenden Gleichung liefert:

>;, = 7,8 7, - 0.00333R, + 0.07. (35)

Der Aufbau einer diese Gleichung verwirklichenden Schaltungsanordnung zeigt Fig. 8b. Es sei erwiihnl. daß die Werte der Flugzeil T₁. die von dem Addierer 95 geliefert werden, über ein der Kopplung dienendes Widerstandsnetzwerk einem positiven Eingang eines Addierers 96 zugeführt werden. Das Widerstandsnetzwerk besieht aus Widerstünden 97 und 98. deren Werte so gewühlt sind, daß sie die Konstanic 7.S bilden, mit der das Glied T₁ zu multiplizieren ist. Ahnlich werden die Werte für die Treffpunktenlfernung R, über ein der Kopplung dienendes Widerstandsnetzwerk mit den Widerstünden 99 und 100 einem negativen Eingang des Addierers 96 zugeführt. Die Widerstände 99 und 100 sind dabei so bemessen, daß der variable Wert R₁ mit dem konstanten Faktor 0.00333 multiplizicrl wird. Ein drittes Eingangssignal mit einer Spannung, die das konstante Glied 0.07 repräsentiert. wird an einen weilcren. positiven Eingang des Addierers 96 angelegt. Das Ausgangssignal 96 ist dann eine den Aufsatzwinkcl /_rj darstellende Spannung. Die Werte für den Aufsatzwinkel und die Flugzeit als Funktion der Entfernung werden dazu benutzt, die Vorhaltwinkclgicichungen für die Winkel;, und ·.· ₇ zu lösen, von denen der Winkel ,, der Azimut-Vorhaltwinkel ist. der sieh aus der Differenz zwischen dem Azimutwinkcl .,., des Sichtgerätes und dem Azimutwinke! . des Geschützes in bezug auf die fesle Achse .V_n ergibt, und der Winkel;, der für das Geschütz benötigte Elevalionswinkel. Die Winkel », und .··,· werden zur Erzeugung von Geschülzbefehlen benutzt.

Das allgemeine Rcehensehema. nach dem die Vorhaltwinkelgleichungcn gelöst und die resultierenden Richtbcfehlc für die Gcsehützscrvos erzeugt werden, ist in den F 1 g. 6 und 7 veranschaulicht. Bei Betrachtung der Vorhallwinkclglciehungcn 25. 26 und 27. die zur Vereinfachung nachstehend als Gleichungen (35). (36) und (37) aufgeführt sind, ist stets zu beachten, daß das Geschütz in einer kardanisehen Lageanonlnung gehalten ist. deren äußeres Teil um die Azinuiiachsc drehbar und in F i g. 2 a alsGcschützplaitfoim 10 dargestellt ist. Daher schwenken der Schulze und d.is auf diesem äußeren Lagerteil angeordnete Steuergerät. welches das Bcobaehlungsfcrnrohr umfallt, zusammen mit der Geschützplaltform um einen Winkel .,„. Durch die kardanisehc Lagerung des Spiegels 46 hai jedoch das Sichtgerät seine eigene Azimutachse zur Erzeugung einer zusätzlichen oder Differenz-Ablenkung >,. Die Addition dieser beiden Drehungen ist in Fig.6 symbolisch durch den Addierer 114 veranschaulicht. Das Geschütz ist außerdem mit einem inneren Elevalionsgclcnk verschen, das unter der Steuerung von Geschütz-Servomotoren steht. Auch das Sichtgerät 'vird um eine innere Elevalionsachse mit Hilfe von Stellmotoren 73 verschwenkt, um eine einsprechende Geometrie zu haben, jedoch versieht es sieh, daß keine Kopplung zwischen der Elevalionssielluiig des Geschützes und derjenigen des Sichtgerätes besieht, 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 (.₀ + /,) der allgemeinen Gleichungen hier durch den Ausdruck > _T ersetzt.

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

R, = M cos ι/ + Λ 7} <■·„ sin !,(cos/j- + C sin »_r, (35)

O = RT_f,;_Dcos>i - A sin 1,. (36)

O = (A CGS z/ + RTfi-ip sin //) sin / _T — C cos>_T - I₀R₁-. (37)

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

Bedeutungen, nämlich

A = (R. - Λ 7}) cos., - RT_r,_f sin-,.

C = R7}'·., cos/, - (Λ ~ Λ7}) sin.,.

R - Entfernung zürn Ziei längs der Sichtlinie LOS

R = Radialgeschwindigkeit oder Entfernungsänderung pro Zeiteinheit

'••ο ⁼ Winkelgeschwindigkeit der Sichtlinie im Azimut

,-,_E = Winkelgeschwindigkeit der Sichtlinie in der Elevation

T_r = Flugzeit zum Treffpunkt

R, = Entfernung zum Treffpunkt

', = Eievationsstellung des Sichtgerätes

/,„ = Azimutstellung des Geschützes

/,, = Azimutstcllung des Sichtgerätes

., = Vorhaltwinkel im Azimut (=</,— /,,)

.,', = Aufsatzwinkel für Ziele in der Horizonlalcbcnc

•, = Elevationsstcllung des Geschützes

in R-. E-. D-Koordinaten

in R₁-. E₁-. D₁ -Koordinaten

in X-. Y-. Z-Koordinaten

Du· dm abhängigen Variablen, nach denen die ■jbigen Gleichungen I .VS). (36) und (37) auch zu lösen lind, sind die l-.nlfernung R, zum Treffpunkt, der A/inuit-Vorhullwinkel >, und der Gcschütz-Elcvalionswinkel/_r. Aus dem Rechenschema nach F i g. 6 ist /u ersehen, daß der Laser 29 Eingangsdaten liefert, von denen die Entfernung R und die Radialgeschwindigkeit R abgeleitet werden. Für diese Werte charakter.:.fische Spanrtingen weiden dem Rechner 30 zugeführt, der seinerseits für eine Lösung der obengcnannten Gleichungen eingerichtet ist. Die .' erte für i;_n und <■!, werden von der .Sichtuerütc-Verfolcungsschleife abgeleitet, welcl.e die dem Spicg-Ί zugeordneten Einrichtungen enthält, wie sie in den F i g. 5a und 6 dargestellt sind. Die Eingangsgrößen R. R. r-·,, und ">_f zusammen mit dem Wert \on T₁. de von seinem funktionsgenerator abgeleitet ist. werden dazu benutzt, die Gleichungen (35). (36) und (37) nach ihren abhängigen Variablen R₁. ., und · ,■ aufzulösen.

Abweichungen von Sianda'dbedingunjien. wie beispielsweise Änderungen der Munition oder atmosphärischer Zustande, 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 Sichtgcrätceinhcit 28 wird von dem Schützen gehandhabt, wie es oben beschrieben worden ist. An Hand Fig. 5a sei daran erinnert, daß die Sichtgeräie-Resolvjr 74 und 75 Spannungen erzeugen, die für die Ek■·..liionsstcllung .·, des Sichtgerätes charakteristisch sind, und daß Resolver 76 und 77Λ vorhanden sind, die für den A/imut-Vorhaltwinkel I₁ charaklcnsiischc Signale erzeugen. In F i g. 6 ist dargestellt, daß das Ausgangssignal 1,, der Sichtgeräteeinh:it einem positiven Eingang des Addierers 114 zugeführt wird, wogegen das Ausgangssignal/, 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 Bcwegungen des Sichtgerätes im Azimut in bezug auf die Geschützpiattform darzustellen, die sich ebenfalls im Azimut dreht. Wie oben angegeben, ist das Ausgangssignal des Resolvcrs 80 eine Spannung, welche die Ablenkungswinkelgeschwindigkeit i-._n der Sichtlinie angibt und über die Leitung 104 dem Rechner .30 als weiteres Eingangssignal zugeführt wird. Ein Signal < ι,, das für die Winkelgeschwindigkeii 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 charakteristisch ist. Dieses Signal wird über eine Leitung 108 dem Rechner 30 und einem Resolver 107 für die Geschütz-Elevalionsachse zugeführt.

Die Entfernungsdaten des Lasers wercen in dem Rechner 30a 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 Sichigeräte-Elevationsachsc sitzendes Tachometer 78 iieferi das og-Signal. Das r'>_n-Sigriai wird durch Summieren der Azimut-Winkelgeschwindigkeit ."„ des Geschützes zu der Azimut-Winkelgeschwindigkeit /, des Sichtgerätes in einem Summierer 79« und Multiplizieren des Resultates mil cosi, im Resolver 80 erzielt.

Die Lösung der Gleichungen erfolgt implizit, indem der Ausgang des Geschütz-Elcvalionsscrvos 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 Funktionsgencratoren zur Skalierung der Eingangsfunktionen rückgekoppelt wird.

Als Hilfe bei der Verfolgung des Rechenganges sind die Rcsolvcrausgiingc 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 :

(\) \{R 4 KT₇)COS;, - RTjr,_t sin,J = A.

φ [RT₁.;, cos;_s -t (R + RT₇)SJn₁J = C.

'J) RT₁ .;„ cos ι, - A sin 1,.

(4) RTfIt_n sin ι, ->■ A cosi,.

(T) (R T₁ .-·„ sin ι, * A cos /,) cos 1 _r + C sin < _r = R,.

(6) (RTfIi_n sin ι, 4 A cos I₁) sin i_T — C cos 1 _T.

Der analytische Ausdruck, der R₁ und den Geschütz-Elcvationswinkel 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 Aufsatzwinkcl erforderlich, der zu dem kinematisch abgeleiteten Elevationswinkel addiert werden kann, so daß

worin .-, der kinematische Term und

<₀ = /o^cos'r und ·ό = /(R₁₁T₇).

Wäre die Lösung der Gleichungen explizit, könnte das Glied <₀ unmittelbar als Vorspannung am Ausgar ir des Rechners addiert werden. Da dies jedoch nicht der Fall ist. sind manche trigonometrische Manipulationen erforderlich. Das Ausgangssignal bei (6) hat die Form

-C cos : _T + M sin ._r.

worin C durch (T) definiert ist. Weiterhin ist
Λ/ = RT_fi;_n sin I₁ + A cos I₁.

nämlich das Ausgangssignal bei (T). Das Ausgangssignal bei (T) ist

(M cos»,- + Csin;_r) = R₁,

Af sin j _T 5: A/ sin f; + .-₀ Af cos 1,, C cos»j- ^ C cos.-q C sin/-.

Das Ausgangssignal bei (δ) kann dann als
Af sin / _T — C cos 1 _r = Af sin >·,· — C cos .·, + .· „ (Af cosf- + C sin »-) = M sin .- + .₀R,

ausgedrückt werden. Das Korrekturglied für R, ist gegeben durch

■n", = -OR, COS .-j-.

Würde keine Korrektur des Aufsatzwinkels stattfinden, würde der Gcsehütz-Elevalionsservo das Ausgangssignal bei © auf Null bringen. In die cm Fall würde das Ausgangssignal hei (J) die Größe eines Vektors darstellen, der die Komponenten (4) und -(T) aufweist. Da das Korrekturglied für den Aufsatzwinkel nur klein ist, nämlich 6,2 mrad bei 1000 m beträgt, ist die vektorielle Lösung noch immer ausreichend genau, wenn das Ausgangssignal bei @ nicht völlig Null ist. Dann ist das Eingangssignal bei (4) gegeben durch

Af = R, cos 1 j .

Die Realisation kann dann so erfolgen, daß das Resolver-Ausgangssignal bei (4) mit >'_n multipliziert und dieses Produkt zu dem Signal am Ausgang (6) summiert wird. Wenn der Geschülz-Elevationsservo die Summe auf Null bringt, wird der gewünschte Elcvationswinkel f _r erzeugt.

!11 dem Hybridrechner 3i> mmu SL'iiimuiiysiiMinunungen 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 30«. über Leitungen 104 und 105 vom Sichtgerätc-Resolvcr und -Tachometer und über Leitungen 106 und 108 vom Geschütz-Elevationsresolver 107 sowie vom Resolver 76 zugeführt werden.

Eine für den Wert RT/u>e 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 + RT_f charakteristisch. Ein drittes Ausgangssignal des Rechners 30 gelangt über eine Leitung 160 zu einem Eingang eines Resolvers 76 und ist für den Wert RT_f<'>_n charakteristisch.

Ein viertes Ausgangssignal des Rechners ist mittels der Leitung 117 an den negativen Eingang eines Summierers 118 angelepl. Dieses Signal ist für den Wert IqR₁ ; cos>_t charakteristisch. Das andere Eingangssignal des Summierers 118 ist an dessen positiven Eingang angelegt und besteht aus dem Ausgangssignal, das oben als Ausgangssignal (β) des Resolvers 107 definiert worden ist. Die Summe dieser beiden Glieder wird dem Eingang des Geschütz-ElevationsservollO zugeführt. Ein Rückkopplungssignal, das für den tatsächlichen Geschütz-Elcvalionswinkel ■ _T charakteristisch ist. wird durch die Einstellung des Resolvers 107 erzeugt, wie es durch die gestrichelte Linie 119 angedeutet ist.

Der Geschütz-Azimutservo 111 wird von dem Ausgangssignal (T) 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 Rückkopplungssigna!, das für den Azimutwinkel /,, des Gcschützescharakteristisch ist.an den negativen Eingangeines Addierers 114. dessen positivem Eingang ein Signal zugeführt wird, das für die Azimutslcllunji 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

35 tatsächlich nur eine Darstellung der A/imu(addiiion veranschaulichen soll, die durch die gleich/eilige Drehung des Sichtgerätes mit der GesehützplaUform erfolgt, wie es durch die gestrichelten Signallinien angedeutet ist. die eine mechanische Verbindung veranschaulichen.

Eine Rückkopplung erfolgt außerdem vom Geschütz-Azimutservo III 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 Pinszanu eines Addierers 7911 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 üher die Leitungen 122 und 126 zugeführten Signal., abgeleitet wird.

Werden nun die Ausgangssignale der Resolver

PciiaeliiC'i. die Oueii iiiüiiyiiSe'h !'icIkühIcI! «iirdcii Süm.

so ist aus F i g. 6 ersichtlich, dal* das Ausgangssignal (T). das vom Resolver 74 stammt, als Eingang dem Resolver 76 zugeführt wird, das vom Resolver 74 stammende Ausgangssignal (T) über eiiv:n Inverter 127 einem Eingang des Resolvers 107 zugeführt wird, das Ausgangssignal (T). das vom Resolver 76 abgeleitet ist. dem Geschütz-Azimulservo 111 zugeführt wird, das Ausgangssignal (T). das ebenfalls vom Resolver 76 stammt, sowohl dem Resolver 107 als auch über Leitung 108 dem Rechner 30 zugeführt wird und endlich das Ausgangssignal '5J. das vom Resolver 107 abgeleitet ist. über die Leitung 106 als Eingangssignal dem Rechner 30 zugeführt wird.

Speziellcrc Einzelheiten gewisser Rechenkreise des Rechners 30 sind in dem gestrichelten Block 30 in F i g. 7 dargestellt. Zusätzliche Schaltungsanordnungen, wie die oben beschriebene Zielverfolgung*- Schaltungsanordnung. die im Rechner 30 aufgetrennten Schaltungsplattcn 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 enihäl.. welche die Signale 7} und :'_o erzeugen. Die Einzelheiten dieser Funktionsgeneratoren wurden oben an Hand der F i g. 8 a und 8 b beschrieben.

F"ig. 7 zeigt auch noch weitere Einzelheiten des Rechners 30. Die Eingangssignale des Rechners sind Analogsignale, die von Entfernungs- und Geschwindigkeitsrechner 30« stammen und R und R darstellen. Von den Tachometern der Sichtgeräieservos weiden Signale abgeleitet, die <·.„ und ι·., proportional sind. Ein weiteres Signal, das für R, cos.·, charakteristisch ist. wird von dem Sichlgeräie-Azimutresolvcr geliefert. Ein der Größe R₁ proportionales Eingangssignal wird weiterhin von dem Geschütz-Elevaiionsresolver 107 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 Muliiplizierern 204 und 205 zugeführt, in denen sie mit T₁ multipliziert werden. Das für die Radialgeschwindigkeit charakteristische Eingangssignal R wird im Multiplizierer 202 mit T_f multipliziert und im Addierer 206 zu R addiert, um ein Ausgangssignal auf der Leitung 115 zu erzeugen. Das Eingangssignal R. cos.· ₇ wird im Multiplizierer 203 mit ·ό niuiiipiizierl.

Wie oben angegeben, ist das beschriebene System als Sichtgerät-Direktorsystem ausgebildet. b:i dem der

Schi ι (/c zunächst das Ziel auffaßt und dann ein Rechenprogramm hcnul/l. das ihn bei der ZieheiM· guru· imtersliilzi. Der Schiil/e beobachtet die Abweichung /vischen der erforderlichen und der tatsächlichen Schwenkgeschwindigkeit der Sichtiinic als einen I ehlerwinkcl in seinem Sichtgerät, der uurch ein Auswandern des Zieles aus dem 3-mrad-Krcis 210 angezeigt wird. Er benutzt seinen Steuerhebel, um Spannungen für die Sichtgcrälcservos zu erzeugen, durch die der Fehler auf Null reduziert wird. Wegen des erforderlichen großen Dynamikbercichcs werden als Sichlyeräteservos eher Gleichstrom-Momenlmotoren als Wechselstrom-Servomotoren benutzt. Zur Erzeugung der Riickkopplungssignale und der Winkcl- ;':schwindig!;eitswcrtc. die für die Ikiechnung der r Vorhallwinkel benötigt werden, werden Gleichstrom-Tachometer benutzt.

Mehr Einzelheiten zeigende Blockschaltbilder der

EL-vations- und Azimut-Verfolgungsschleifcn. die sich .1,...Mi, ;„. d.,^u„„, in u„r.„.j„„ ^.„a ;« a„~ c ; .. η ._ *. t 't. Il ttl I Ι.Ϊ Uli IWWIIIt.! .'V/ Lri.IMIUt.ll, JIUU IM Ut.ll I I £. > iKJ und 10 dargestellt. Die Elevaiionsrcgelschleife 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 Steilmotor 73 um die Elevationsachse verschwenkt. Der Stellmotor treibt auch ein Rückkopplungs-Tachomelcr 78 an. das die Werte von i_s erzeugt, die als negatives Eingangssignal einem Summierer NI zugeführt werden. Die Handsteuerung 26« des Schützen erzeugt Befehle über eine Vcrzögerungsschaltung 142. deren Ausgangssignal Tür <»_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 Ausgangssigna! /, erzeugt, das einem Addierer 79a zugeführt wird Ein zweites Tachometer 144 wird derart mechanisch angetrieben, daß sein Ausgangssignal für die Winkelgeschwindigkeit i_lg des Geschützes im Azimut charakteristisch ist. Auch dieses Ausgangssignal wird dem Addierer 79k zugeführt. Das Ausgangssignal des Addierers 79« gelangt zu einem weiteren Resolver 80, der die oben angegebene Multiplikation mit cos y_s ausfuhrt. Das Ausgangssignal des Rcsoivers 80 wird an den negativen Eingang eines Addierers 146 angelegt, der an einem anderen Eingang von der Handsteuerung 26« des Schützen über die Verzögerungsschaltung 147 ein für M₀ 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 Fig. 9 der Addierer 141 zusätzlich zu den oben angegebenen Eingangssignalcn auch ein Eingangssignal von der Verfolgungseinrichtung '50 und bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 10 der Addierer 146 ähnlich ein zusätzliches Eingangssignal von der VerfolguniW'irii-hUing 151 empfängt. Einzelheiten der Verfolgungseinrichtungen 150 und 151 wu.'dcr. oben behandelt und in Fig. 5d veranschaulicht, während Quadranl-Fchlersignalc über die Addierer 141' und 146' zugeführt werden, wie es die F i g. 5c, 9 und 10 zeigen. Der Aktivierungszyklus ist in F i g. 11 funktionell dargestellt. Danach wird eine Verfolgung hilfe in Form elektrischer Befehle für Azimut- und Elevations-Verfolgungsschleifen gegeben, um die sehr hohen Anforderungen zu vermindern, die sonst an 'inen Schützen bei einer rein manuellen Zielverfolgung gestellt werden müssen. Während der Zielsuche führt üer Schütze den Sichtgeräteservos Steuerspannungen zu. die /', und /,, proportional sind. Diese Spannungen werden auch dazu benutzt, die Ausgangsbcdingungen für die automatische Zielverfolgung zu erzeugen, u/j..,;, ₅j_cu .jjjj 7JJ.I ;;ip,^rhiiih des Vmrad Kreises befindet und keine Differenzen hinsichtlich der Winkelgeschwindigkeit der Sichtiinic vorhanden sind, kann der Schütze den Laser auslösen und die automatische Zielverfolgung einschalten, indem er den Schaller 152 schließt. Die automatische Zielverfolgung benutzt die vom Laser gelieferten Enlfcrnungsdalen bei der Lösung der Verfolgungsgleichungen, die gemäß den Fig. 5b. 5c und 5d erfolgt. Der Laser arbeitet mit einer Impulsfolgefrequenz von 10 Hz. Fünf Lascrsignale werden gegiert, um geglättete Daten für die Entfernung und die Entfertuingsändcrung 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 wird in beliebiger Weise von dem Taktgenerator im Fechner 30 abgeleitet, der sich körperlich in dem Entfernungsrechner .3Ou befindet. Eine Anzeige, die von jeder geeigneten Art sein kann, im Sichtgerät zeigt dem Schützen, wenn die automatische Zielverfolgung die Steuerung übe.nommcn hat. Die maximale Zeitverzögerung beträgt I Sekunde.

In dem Augenblick, in dem die Verfolgungseinrichtung die Steuerung übernimmt, werden die Verzögerungsschaltungen aktiviert, und es wird die Handsteuerung 26« durch diese Zeitverzögerung für 0.25 Sekunden von der Schleife abgetrennt. Diese Zeil reicht aus. um die Hands'euerung 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 Geschwindigkeilsvektor wenigstens in einer sehr guten ersten Näherung für die wenigen Sekunden angenommen werden, die zum Auffassen des Zieles und Eröffnen des Feuers erfor-

dcrlich sind. Aus den augenblicklichen Messungen der Untfernung. der Sichtlinicnwinkel und der Winkelgeschwindigkeit der Sichtlinie können, wie oben behandelt, die zukünftigen Winkelgeschwindigkeiten der Sichtlinie vorhcrgcsagi werden. Diese Voraussage $ kann erfolgen, wenn beachtet wird, daß bei einer Bewegung des Zieles mit konstanter Geschwindigkeit die Geschwindigkeitskomponenten in jedem festen Koordinaiensystcm konstant sind. Während der manuellen Zielverfolgung werden die linearen Gcschwindigkeiten der Sichtlinic berechnet und mit Hilfe der Resolver im Sichtgerät in das ortsfeste X-. >'-, Z-Koordinatcnsystem transformiert, indem die Geschwindigkeitskomponenten konstant sind. Diese Komponenten werden gefiltert und gespeichert. Wenn die Verfolgungseinrichtung aktiviert wird, werden die gespeicherten Komponenten in Winkelgeschwindigkciisbcfchlc r-)_E und ri_n der Sichtlinie zurückvcrwandell und über die Summierer 1-41 und 146 den Vcrfolgungssehleifen zugeführt. Es wird erneut die Aufmerksamkeit auf die ii Fig. 5a. ib. 5c und 5d wegen der Darstellung der beiden Koordinatensysteme und der Schallungsanordnungcn zur Durchführung der Transformationen zwischen diesen Koordinatensystemen und auf die F i g. 9 und 10 für die Verfolgungsschleifcn gelenkt.

Wenn das Ziel beispielsweise durch Wolken oder auf andere Weise verdeckt wird, fahrt die Verfolgungseinrichtung fort, die notwendigen nichllincarcn Winkelgeschwindigkeiten auf der Basis der Geschwindigkeitswerte, die in den Abtast- und Haltekreisen 82. 82a und 82fc gespeichert sind und während des Vcrfolgungsbetriebes 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 Quadranlfehlersignale in den Summierern 14Γ 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 Fehlersign.ale erzeugen, wird eine einfache Schwarz-Weiß-Logik bevorzugt, weil die zusätzliche Kompliziertheit der ersten Alternative und die dadurch entstellenden Kosten nicht durch die erreichte Verbesserung der Funktionseigenschaften gerechtfertigt werden.

Es sei erwähnt, daß sowohl die Winkelgeschwindigkeits- als 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 Abschaltung 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 Ungenauigkeitcn in den Zielverfolgungssignalen zurückzuführen sind. Endlich kann der Schütze manuelle Korrektursignalc hinzufügen.

Obwohl die Gcschützservos von üblicher Konstruktion sind, sollen einige der Probleme des Gesamtsystems behandelt werden, die für die Wirksiimkcil des Steuersystems von Bedeutungsind. 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-Signalflusscs ist in Fig. 11 dargestellt. Fig. Il zeigt nur einen Kanal, weil die Schaliungsanordnungcn für die Azimut- und die Elcvationsslcucrung die gleichen sind. Während der Ziclvcrsuchc benutzt der Schütze die Handsteuerung 26a, um den Sichtgeräteservos. beispielsweise dem Sichtgcräicservor 72, ein die Winkelgeschwindigkeit der Sichtlinic bestimmendes Signal zuzuführen. Der Rechner 30 gibt während dieser Phase einen Vorhaltwinkcl vom Wert Null ein. so daß die Gcschülzlinic und die Sichllinic 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 Gcschwindigkcitsbefchlc zuführt, während es die Vcrzögcrungsschaltungcn 142 bis !47 in Serie zu ά^τ Handsteuerung schaltet, so daß die Handsteuerung auf Null zurückgehen kann, bevor sie erneut in die Stcuerschlcifc eingeschaltet wird. Der Rechner liefert außerdem zu dieser Zeit die korrekten Werte für den Vorhaltcwinkcl zu den Gcschüizscrvos, die bewirken, daß das Geschütz in die richtige Schußrichtung gebracht wird. Es besteht keine Kopplung zwischen den Elcvationsachscn des Geschützes und des Sichtgerätes, jedoch können im Azimutkanal des Sichtgerätes plötzliche übergänge und Ausgleichsvorgängc auftreten. Wenn der Steuerbefehl für den Azimul-Y erhalt winkel groß genug ist, um den Eingang für die Gcschütz-Azimutstcucrung zu sättigen, wird die maximale Schwenkgeschwindigkeit des Geschützes in der Größenordnung von 1500 mrad see (etwa 86^r see) erzeugt. Da die zeitliche Verzögerung erster Ordnung des Sichtgerätes etwa 0,002 Sekunden beträgt, ist eine maximale Verschiebung der Sichllinic von 3 mrad die Folge. Tatsächlich wird die Quadrantverfolgung die Verschiebung auf etwa ³/_t mrad begrenzen. Dieser Rcstfehlcr kann von dem Schützen leicht ausgeglichen werden.

Ein Blockschaltbild der Steuerung der Elevalionsslcllung des Geschützes ist in Fig. 12 dargestellt. Die Eingangssignalc für den Geschülz-Elcvationsresolvcr 107 werden im Rechner 30 erzeugt. Zu einem Ausgangssignal des Resolvers wird im Addierer 118 die Aufsalzwinkclkorrcktur addiert. Der korrigierte Wert wird dann als Stcllungsfchlersignal über einen Dividicrcr 115. der sich laisächlich im Rechner 30 befindet, dem Geschülzclcvalionsservo 110 zugeführt. Der Addierer 158, der ein Rückkopplungssignal vom Tachometer 159 einfügt, ist ein Teil des Geschiitzelcvalionsservo MO. Wenn das dem Servo 110 zugeführte Fchlcrsignal von dem Geschülzclcvalionsservo auf Null gebracht isl. ist der andere Ausgang des Resolvers 107 dem Glied R, proportional. Dieses Ausgangssignal wird dann in den Rechner 30 zurückgcführl. um die implizite Lösung der Vorhaltwinkclglcichungen zu vervollständigen.

Obwohl der Stellungsfehlcr auf Null gebracht wird, hängt seine Empfindlichkeit von der vorhergesagten Trcffpunktcntfcrnung R, ab. Indem das Fchlcrsicnal im Dividicrcr 155 durch R, dividiert wird, kann der Mußstahsfaklor auf einem konstanten Wen gehalten werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Gesamtciiienschaflen des Servosystem* in enuercn Grenzen /u

hallen. Darüber hinaus wird das Fehlersignal U_T einem Eingang eines Vergleichers 160 zugeführt, an dessen anderem Eingang eine fesie Bezugsspannung anliegt. Die Bezugsspannung ist vorzugsweise für einen festen Maxjmatfehler 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 verwerdet 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 I₁ der Sichtlinie. Dieses Signal ist nahezu gleich dem theoretischen Wert, den auch die Elevations-Winkelgcschwindigkeit des Geschützes haben muß. Der sich durch die Differenzgeschwindigkeit ergebende Fehler kann leicht ausgeglichen werden, indem die Verstärkung der Stellungsfchlerschaltung 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 Steuergeschwindigkeil von 1500 mrad/sec.

Fig. 13 zeigt ein Blockschaltbild der Geschülz-Azimutsteuerung. Die Steuerschleife ist in ihrer Wirkungsweise der Elevationsschleife gleich, abgesehen davon, daß der Resolver tatsächlich von dem Sichtgerätescrvo angelrieben 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 »fl« 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 darm besteht, die Sichtlinie auf einem sich möglicherweise sehr schnell bewegenden Ziel zu hallen. Daher besieht der erste Teil der Lösung darin, dem Schulzen 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 Vorhaltwinkcl zu ermöglichen. Beispielsweise kann der Schütze das Ziel manuelle auffassen, die Sichllinie manuell auf das Ziel richten und bewirken, daß der Rechner die benötigten Voihallwinkcl ermittelt. Die automatische Zielverfolgung isl lediglich ein llilfsmiilcl. die es dem Schützen erleichtert, seine Aufnähe zu erfüllen.

Das beschriebene System zeigt, wie das Gesarntproblem des Schießens aufein bewegtes Ziel gelöst feu Es ist zu beachten, daß das System tatsächlich 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 behandeil, 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 Winkelgeschwindigkeitsbefchle bezüglich zweier Achsen zugeführt, um die Sichtlinic mit den notwendigen nichtlinearen Geschwindigkeiten zu verschwenken, so daß ein Ziel mit konstantem Geschwindigkeitsveklor verfolgt werden kann. Die behandelte Ausführung macht von der Tatsache Gebrauch, daß ein konstanter Geschwindigkeilsvektor unabhängig von dem Koordinatensystem, in dem er gemessen wird, konstant ist. Ausgegangen wird von der Messung der Zielgeschwindigkeit im R-. E-. D-Koordinalensystem, 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 nichllinearen 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 Vorhallwinkeln bestand darin, eine explizite Lösung zu liefern, von der direkte Richtbefehle der Ges.-hützsteucrung zugeführt werden. Hierfür wird ein bedeutend höherer Schal'ungsaufwand benötig! und es handelt sich um eine komplizierte-e Lösung. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung isl der Geschützservo ein Teil der Rechenschleife, und es werden die drei Gleichungen.

die den Vorhaltwinkel zu gemessenen Größen in Beziehung setzen, gleichzeitig als Gleichungssalz gelöst. Die implizite Lösung wird erzeugt, wenn das Geschütz in der Elevation in die richtige Richtung weist. Wie in det vorausgehenden Diskussion behandelt, ist in diesem Augenblick die eine Achse des Rcsolvers korrekt auf Null gebracht und liefen das Richtglied >_T, das durch den Wert Null oder einen kleinen Wert des Fehlersignals Δετ angezeigt wird. Die Ausgangswicklung des anderen Resolvers liefert dann eine für die Entfernung R₁ zum Treffpunkt charakteristische Spannung, die in den Eingang des Rechners .10 zurückgeführt wird, um die Schleife bei der Berechnung zu schließen.

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ZeiJiiHiMücn

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   I. Feuefleilsystcm für Flugabwehrgeschülze mil Ortungseinrichtungen zum Fesistellen 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 lungs der Sichllinie 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 verbundenen Steuereinrichtungen zum Ausrichten des Geschützes ansprechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen (110, 111) an den Rechner (30) Signale liefern, die für die augenblickliche Ausrichtung und die Winkelgeschwin- digkeit des Geschützes in einem ersten, von der Geschützplattform als Bezugsebene ausgehenden, eine senkrechte Achse durch den Geschützstandort aufweisenden, ortsfesten orthogonalen Koordinatensystem (X, Y, Z) charakteristisch sind, daß die Ortungseinri.chtungen (78, 79a, 80) die für das Ziel charakteristischen Signale in einem zweiten orthogonalen 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 Richtlinie zusammenfallende Achse aufweist, daß eine Schaltungsanordnung '75, 77c/, 77h) zur Transformation der Signale von dem ersten in das zweite und von dem zweiten in r'-js erste Koordinatensystem vorgesehen ist und daß der Rechner (30) im Realzeitverfahren eine implizite Läsung der ballistischen Gleichungen für die Vorhaltwinkel und Geschoßflugbuhn liefert, wobei die ballistischen Gleichungen zumindest ein Glied enthalten, das von den die Ausrichtung der Geschütze angebenden Signalen gebildet wird.
2. 2. Fcuerleiuystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ablast- und Halteanordnung (82,82α,82ύ) für die in das erste Koordinaten- system(X, Y,Z)transformierten Komponenten(V,, V_r V₁) der Zielgeschwindigkeit vorhanden ist, die einer Zielverfolgungsschaltung (150, 151), welche der Ortungseinrichtung Steuersignale zuführt, diese Komponenten als Eingangssignale zuführt. se