DE2454453B2

DE2454453B2 - Vorrichtung zum Durchführen und Auswerten von Schießübungen mit Flugabwehrgeschützen mit simuliertem Feuer

Info

Publication number: DE2454453B2
Application number: DE2454453A
Authority: DE
Inventors: Hans Robert Joenkoeping Robertsson (Schweden)
Original assignee: Saab Scania AB
Current assignee: Saab AB
Priority date: 1973-11-19
Filing date: 1974-11-16
Publication date: 1978-05-18
Also published as: AU7548474A; NL7415008A; GB1484159A; JPS5435440B2; NO140803C; US3955292A; ATA919474A; BE822288A; JPS50113100A; FR2251799A1; IT1023307B; AT349362B; NO140803B; DK598174A; CH599524A5; SE7315588L; DE2454453C3; DE2454453A1; SE392644B; NO744139L

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchführen und Auswerten von Schießübungen mit Flugabwehrgeschützen mit simuliertem Feuer, bestehend aus einer vom Geschütz abgelegenen, mit zielverfolgendem Zentralvisier versehenen Instrumentenzentrale, weiche Position, Geschwindigkeit und Flugrichtung des Zieles erfaßt und in Verbindung mit einem den Geschoßflugweg berücksichtigendem Geschoßflugzeitrechner den Vorhaltepunkt ermittelt und entsprechende Signale zu den das Geschütz richtenden Servosteuerungen überträgt, einem mit der Abzugsvorrichtung des Geschützes zu aktivierenden, zum Geschützlauf parallel ausgerichteten Lasersender, welcher bei jeder Abzugsbetätigung eine zuvor festgelegte Folge von Laserimpulsen aussendet, einem zugehörigen parallel ausgerichteten Laserempfänger und am Ziel angeordneten Reflektoren, die das Laserlicht in Einfallsrichtung zum Laserempfänger reflektieren, wobei die vom Lasersender kommende Impulsfolge wesentlich kürzer ist, als die normale Pausenzeit zwischen zwei nacheinander abgefeuerten scharfen Geschossen.

Die bisher bekanntgewordenen Vorrichtungen zum Durchführen von Schießübungen mit simuliertem Feuer (DT-OS 22 62 605 und DT-OS 21 48 157) gaben bisher nur die Möglichkeit, festzustellen, ob überhaupt ein dem simulierten Feuer entsprechender Laserimpuls einer größeren Impulsfolge am Ziel eingetroffen ist oder nicht. Da die Laserimpulse verglichen mit der Geschoßgeschwindigkeit eine unendlichfach größere

Geschwindigkeit haben, ist die Feststellung, daß ein Laserimpuls überhaupt zum Ziel gekommen ist, noch kein sicheres Indiz dafür, daß eine scharfe Granate tatsächlich das Ziel erreicht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, im einzelnen feststellen zu können, wieviel der Laserimpulse einer Laserimpulsfolge das Ziel getroffen haben.

Damit ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung aber noch nicht vollständig, denn es kommt auch noch darauf an, daß bei Schießübungen sämtliche Verzögerungen bei der Signalübertragung und beim Richtvorgang in die Auswertung eingezogen werden. Wesentlich ist daher, daß die mit zielverfolgendem Zentralvisier versehene Instrumentenzentrale voll arbeitsfähig in die Schießübung einbezogen bleibt. Hierzu ist es erforderlich, eine Möglichkeit zu schaffen, die Instrumentenzentrale in einfachster Weise manuell so umzufunktionieren, daß sie mit einer Geschoßflugzeit Null arbeitet.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen manuell bedienbaren Schalter, mit dem die Instrumentenzentrale vom Geschoßflugzeitrechner auf einen der Geschoßflugzeiten Null entsprechenden Eingang umschaltbar ist, und eine mit dem Laserempfänger verbundene Auswertevorrichtung, welche die Anzahl der vom Ziel reflektierten Laserimpulse der Impulsfolge in Relation zur Gesamtzahl der in einer Impulsfolge ausgesendeten Laserimpulse setzt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung an Hand der Zeichnungen erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Flugabwehrgeschützes in Verbindung mit einer Instrumentenzentrale beim Einsatz gegen ein fliegendes Ziel,

F i g. 2 ein Diagramm der zusammenarbeitenden Bauelemente des erfindungsgemäßen Systems mit einer schematischen Darstellung der arbeitsmäßigen Verknüpfung der einzelnen Bauelemente,

Fig.3 bis 5 geometrische Erläuterungen für die Errechnung des Vorhaltepunktes in der Instrumentenzentrale,

F i g. 6 ein vereinfachtes Diagramm der Rechenanlage zur Errechnung des Vorhaltepunktes,

F i g. 7 ein Teil eines Flugabwehrgeschützes mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für ein simuliertes Schießen auf ein Ziel mit Hilfe von Laserimpulsen, die nach der Reflexion am Ziel wieder empfangen werden,

F i g. 8 einen Längsschnitt durch den in F i g. 7 dargestellten LaserimpulssenderAempfänger,

Fig.9 und 10 als Beispiel zu wertende Diagramme der Laserimpulse, die vom Sender ausgesendet und vom Empfänger empfangen werden.

Das in Fig. 1 dargestellte Flugabwehrgeschütz 1, welches in der Nähe eines zu schützenden Objektes 2 steht, ist über eine elektrische Leitung 3 an eine Instrumentenzentrale 4 bekannten Aufbaues angeschlossen. Zur Instrumentenzentrale gehört ein zentrales Visier, das nicht im einzelnen dargestellt ist. Dieses Visier läßt sich zur Verfolgung eines fliegenden Zieles 7 mittels eines Periskops 3 und einer manuellen Steuerung oder einer mit Radarantenne 6 versehenen automatischen Steuerung in Höhen- und Seitenrichtung verstellen. Das Flugabwehrgeschütz läßt sich ebenfalls in Höhen- und Seitenrichtung steuern. Diese Bewegungssteuerungen werden mit einer Servovorrichtung 8 aufgrund von Steuersignalen aus der Instrumentenzentrale vorgenommen. Diese Signale werden in bekannter

Weise mit einer Rechenanlage 4a (Fig.6) erzeugt, weiche Teil der Instrumentenzentrale isL Beim tatsächlichen Schießen werden die Geschütze auf einen Vorhaltepunkt Ffp ausgerichtet, welchen der Rechner bestimmt.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist am Geschützlauf 9 ein rohrförmiger Halter 10 angebracht, der sich in Schießrichtung gesehen an der rechten Seite des Laufes senkrecht zum Lauf erstreckt. Am Außenende des Halters 10 befindet sich ein Drehlager 11, dessen Drehachse auf rfie Längsachse des rohrförmigen Halters 10 ausgerichtet ist. An dem beweglichen Teil des Drehlagers 11 befindet sich ein Winkeleisen 12, dessen Schenkel 13 sich entlang der Drehachse erstreckt. Eine Achse 15, die sich gegenüber dem Schenkel 13 nach oben erstreckt, trägt einen kombinierten Laserstrahlsender/-empfänger 14. Mit Hilfe der Achse 15 kann der LaserstrahlsenderAempfänger 14 verdreht und arretiert werden. Dabei bildet die Achse 15 mit dem rohrförmigen Halter 10 einen rechten Winkel.

Mit Hilfe des Feststeiiknopfes 16 läßt sich die Achse 15 mit dem Schenkel 13 verbinden. Am Schenkel befindet sich ein nach unten ragender Anschlag 17, der zwischen zwei Anschlagschrauben 18 liegt, die die genaue Einsteilung fixieren und in Ansätzen geführt sind, die mit dem rohrförmigen Halter 10 verbunden sind.

Der kombinierte Laserstrah!sender/-empfänger läßt sich mit seiner optischen Achse 14a (F i g. 8) mit Hilfe der beschriebenen Lagerung und Arretierung parallel zum Geschützlauf einstellen. Diese genaue Einstellung wird durch ein Fernrohrvisier 19 erleichtert, das mit dem Sender/Empfänger verbunden ist.

Wie Fig.8 zeigt, befindet sich der kombinierte LaserstrahlsenderAempfänger 14 in einem Schutzgehäuse 20, an dessen in Schießrichtung vorn liegendem Ende sich ein Sammellinsensystem mit zwei Linsen 21, 22 befindet, die unterschiedlich groß und konzentrisch hintereinander angeordnet sind. Mit der hinteren kleineren Linse 22 ist ein Laserstrahlsender 24 verbunden, der sich in einem geschlossenen konischen Gehäuse 23 befindet. Der Sender schickt einen Laserstrahl 25 durch das Linsensystem. Hinter dem Laserstrahlsender befindet sich neben der Rückwand des Gehäuses 20 konzentrisch zum Sender ein Laserstrahlempfänger 26, welcher einen von außen kommenden Laserstrahl 27 durch die Linse 21 gesammelt empfängt Der Lasersender ist mit der in F i g. 2 schematisch angedeuteten Abzugsvorrichtung 28 so verbunden, daß beim simulierten Schießen des Geschützes bei jedem Schuß eine Gruppe oder Folge von Impulsen 29 (Fig.9) ausgesendet wird. Jede Impulsfolge enthält eine zuvor festgelegte Anzahl von Laserimpulsen 30, im dargestellten Beispiel sechzehn Impulse. Die Impulse haben eine so kurze Dauer und folgen so eng aufeinander, daß die Zeitintervalle 29a, die so gewählt sein sollten, daß sie dem Zeitintervall zwischen zwei Schüssen entsprechen, wesentlich größer sind als die Zeit, die für die Aussendung einer ganzen Impulsfolge benötigt wird.

An dem fliegenden Ziel befindet sich eine oder mehrere Laserstrahlreflektorvorrichtung 31 (Fig.2). Jede Reflektorvorrichtung besteht aus einer Anzahl von in unterschiedliche Richtungen zeigenden Retro-Reflektor-Prismen 32.

Der Laserstrahlempfänger 26 enthält einen Detektor 33 (F i g. 8), der die Anzahl der empfangenen Impulse 30 in jeder empfangenen Impulsfolge 29 erfaßt und immer dann, wenn die empfangene Impulszahl größer oder gleich einem zuvor festgelegten Minimalwert ist, ein Signal aussendet, welches einen Lichtimpulslreffer verkörpert und einer Trefferaufzeichnungs-Logik 34 ί (Fig. 2) zuführt. Der vorerwähnte Minimalwert liegt beispielsweise bei acht Impulsen. Vorzugsweise wird das Treffersignal auch zu Anzeigevorrichtungen 35 und 36 übertragen, zu denen eine Signallampe oder auch ein Summer gehören. Die Trefferaufzeichnungs-Logik 34

in und die Anzeigevorrichtungen 35 und 36 sind im dargestellten Beispiel an der Geschützwiege angebracht, so daß sie leicht von der Geschützbedienung bemerkt werden können. Verständlicherweise können die vorerwähnten Einrichtungen auch anders, beispiels-

i) weise in der Instrumentenzentrale 4 angebracht sein.

Die Fi g. 10 zeigt 3 verschiedene Impulsfolgen 37, 38 und 39, die von dem Empfänger 26 kommen. Die beiden Impulsfolgen 37 und 38 werden als Treffer und die Impulsfolge 39 als Fehler gewertet, da im letzteren Fall

.'(ι die Impulsanzahl kleiner ist als der kritische Minimalwert für einen Lichtimpulstreffer.

Wie schematisch in Fig.6 dargestellt, kann die Instrumentenzentrale auch eine Steuerung 40 enthalten, die man manuell zusammen mit dem Periskop 5 über

r> einen Ausrichtungshebel und ein Handrad (nicht dargestellt), deren Signale die Bezeichnung ÄS und HW tragen oder auch automatisch mit einem Radargerät steuern kann, das sich in der Instrumentenzentrale befindet und zu dem die dargestellte Antenne 6 gehört.

μ Die Radarantenne überträgt während eines Zielverfolgungsvorganges zum Rechner 4a Eingangswerte RA (F i g. 6). Diese Eingangswerte verkörpern den Seitenwinkel SV, (ebenfalls Fig. 5), den Höhenwinkel hv\ und die Zielentfernung AI] in Form von elektrischen

) > Signalen. Zur Rechenanlage gehören mehrere Rechner 41 bis 49. Diese Rechner errechnen in an sich bekannter Weise die Größen, die im Diagramm der F i g. 6, den geometrischen Darstellungen 3 bis 5 und in der folgenden Tabelle angegeben sind.

Die in Fig.3 bis 6 verwendeten geometrischen und ballistischen Bezeichnungen haben folgende Bedeutung:

Ah schräg entlang der Visierlinie gemessene Entfernung zwischen Instrumentenzentrale und 5 fliegendem Ziel 7

Ab\ Horizontalprojektion von Al]

svi Seitenwinkel zwischen der positiven X-Achse

des Instrumentenzentraien-Koordinatensystems und der Horizontalprojektion Ah] ίο hv] Höhenwinkel zwischen der durch die X- und V-Achsen definierten Horizontalebene und der Visierlinie

Ah] Geschwindigkeit des Zieles in der MiVRichtung entsprechend der zeitlichen Ableitung dAhldt

AU die Geschwindigkeit des Zieles senkrecht zu Ah]

H] die Geschwindigkeit des Zieles in H-Richtung

Ahp die Parallaxe in Ah-Richtung Mi Hp die Parallaxe in Wi-Richtung

bäp von der Instrumentenzentrale zum Geschütz gemessene Peilung

X\ 1 die Lage des Zieles im Koordinatensystem

Y\ \ der Instrumentenzentrale; dieses Koordinate H₁) tensystem ist rechtwinklig und hat seinen

Ursprung in der Instrumentenmitte bei Ausrichtung der positiven X-Achse entlang der Nordrichtung des Kompasses

At Querrichtung zum Ziel (gleich svi+90°)

Ffp Vorhaltepunkt

Ah schräg gemessene Entfernung zwischen
Instrumentenzentrale und Ffp

hv2 Höhenwinkel zum Ffp

Ahi Horizontalentfernung zum Ffp

Hi Höhe zum Ffp

svt Seitenwinkel-Zunahme

C_s Abtrieb

hvt Höhenwinkel-Zunahme

(/ Überhöhung

Λ Geschoß-Flugzeit

5SV seitlicher Skalenwinkel (gleich sv\ + C₅ ■ svt)

E Elevation (gleich hv\ + hvt+ U)

W Windstärke im m/s

bäW Windrichtung

Δ Vo Störung der Geschoßgeschwindigkeit V₀

Δ ö Lufttemperatur- und Luftdruck-bedingte Störungen

F Gesamtgeschwindigkeit des Zieles.

In der Verbindungsleitung zwischen den Rechnern 44 und 45 befindet sich ein Schalter 50, mit dessen Hilfe das Λ-Signal der Rechner 44 und 45 während des simulierten Schießens an Erde gelegt werden kann, so daß die Flugzeit t_s, die in dem Rechner 44 berechnet wird, nicht in die Rechnung des Vorhaltepunktes eingeht. Dies heißt mit anderen Worten, daß die Flugzeit zu Null gemacht wird. In der Verbindungsleitung zwischen dem Rechner 41 und den Rechnern 42, 43 befindet sich ein zweiter Schalter 51, der im eingeschalteten Zustand dafür sorgt, daß der Zielverfolgungsablauf automatisch mit einer Hilfsvorrichtung gesteuert wird, die den Zielverfolgungsablauf erleichtert. Wenn man noch dabei ist, das Ziel einzufangen, ist der Schalter 51 geöffnet.

Wie das System im einzelnen arbeitet, soll nun kurz anhand einer Übung beschrieben werden, die eine Flugabwehr-Geschülzbatteric beim Angriff auf ein fliegendes Ziel mit simuliertem Feuer durchführt.

[is sei angenommen, daß bei den Schießvorbereilungcn, zu denen die Parallaxcn-Fcldvermessung, die räumliche Anordnung und Parallelausrichtung der Geschütze gehören, das Geschütz korrekt bezüglich der Lage der Instrumentenzcntralc aufgestellt wurde, so daß die in Fig.4 angegebenen Größen Ahp, Hp und /'<?/> festliegen. Das angreifende Ziel wird von dem Zielsucher am Periskop durch manuelle Betätigung des Zcntralvisiers der Instrumcnlcnzcntrale cingefangen und dann mit Hilfe eines Fadenkreuzes oder ähnlicher optischer Mittel verfolgt. Die Bewegungen des Visiers werden grob mit Hilfe der Instrumcntcn-Scrvocinrichning durchgeführt. Vorausgesetzt, daß der Schalter 50 das (,-Signal nicht erdet, d. h. in der Normalstclliing für Scharfschicßübiingcn liegt, wird die Instrumcnlcnzcntrale in Betrieb genommen, um in an sich bekannter Weise den Vorhaitcpunkt bezüglich der tatsächlichen Lage der lnslrumcnlcnzcntrale zu berechnen. Diese Ffp Rechnung basiert auf bekannten Elementen, die die Bewegung des Zieles und die Flugbahn des Geschosses beschreiben. Dies wird nachfolgend vereinfacht beschrieben. Bei einer praktischen Zielverfolgung gewinnt man fortlaufend aus der Steuerung 40 den Scilenwinkel Mi, den Höhenwinkcl M'i und die schräg gemessene F.nlfcrnung Ah zum Ziel. Die letztgenannte Größe wird beispielsweise aus einem Radarecho errechnet und in die Steuerung mit dem Handrad HW eingegeben. Aus diesen Variablen werden in den Rechner 41 die polaren Geschwindigkeiten des Zieles Sv₁, Av₁ und Äl\ errechnet. Wenn der Schalter 51 geschlossen ist, findet im Rechner 42 eine rückgeführte Kontrollrechnung statt, während die Geschwindigkeitsvektoren Ah\, Ät\, H\ des Zieles im Rechner 43 errechnet werden. Der Rechner 44 errechnet die Geschoßflugzeit <_s den Abtrieb C₅ und die Überhöhung U für den Geschützlauf. Eine Multiplikation der Geschwindigkeitsvektoren des Zieles mit dem Zeitwert t_s geschieht in dem Rechner 45. Der Rechner 46 hat die Aufgabe, die horizontalen und vertikalen Entfernungen zum Ziel Ah₁ und H\ zu berechnen. Im Rechner 47 werden die Parallaxen Ahp, Hp und bäp des Geschützes zusammen mit noch anderen Inkrementen zu Ah\ und H\ addiert. Der Rechner 48 hat die Aufgabe, den Seitenwinkel sv\ der Visierlinie zwischen Instrumentenzentrale und Ziel, die Elevation fund die schräg gemessene Entfernung zum Ziel Al₂ zu errechnen. Schließlich bewirkt noch der Rechner 49 die Errechnung der Steuersignale für den seitlichen Skalenwinkel ssv.

Somit werden die Steuersignale ssv und E, welche die Schießdaten für die Ausrichtung des Geschützes auf den errechneten Vorhaltepunkt Ffp angeben, von der Instrumentenzentrale zu den Servomotoren des Geschützes übertragen. Den Befehl für den tatsächlichen Schießablauf erteilt der die Batterie befehlende Offizier, der auch die Entscheidung bezüglich der Dauer und der Schußfolge gibt.

Es sei nun angenommen, daß eine simulierte Schießübung stattfinden soll und daß der Schalter 50 der Instrumentenzentrale in die geerdete Stellung gebracht ist. Somit wird die im Rechner 44 errechnete Geschoßflugzeil konstant auf Null gehalten. Hierdurch werden dann auch die Signale C₅ und LJ zu Null, und es werden die Geschwindigkeitsvektoren des Zieles dann in dem Rechner 45 mit Null multipliziert, so daß der Richtpunkt Ffp mit dem Abschuß-Punkt Fp zusammenfällt. Auf diese Weise wird jedes Geschütz der Batterie auf den gleichen Punkt gerichtet wie das zentrale Visier. Vorausgesetzt, daß die Schießvorbereitungen, die Zielverfolgung und die Schußfolge korrekt durchgeführt wurden, können die vom Lasersender beim simulierten Schießen ausgesendeten Lichtimpulse das Ziel treffen, um dann vom Ziel reflektiert den Empfänger zu erreichen und in der vorbeschriebenen Weise einen Treffer oder einen Fehler zur Registrierung zu bringen.

Nach jedem simulierten Schuß registriert das Registriergerät 34 einen Treffer, wenn am Geschütz eine Laserimpiilsfolgc eintrifft, und deren Impulszahl größer oder gleich als ein bestimmter Minimalwert ist. Sofern die Anzahl der empfangenen Impulse unterhalb dieses Grcnzwcitcs liegt, gelangt kein Signal zur Registricrsihaltung 34, so daß der Schuß als Fehler betrachtet wird

Die Impulsanzahl in den ausgesendeten Laserimpulsfolgen und der Grenzwert für die Trefferregistrierung werden entsprechend verfügbaren technischen Daten festgelegt, die die Eigenschaften des Lasersystems und dessen sich ändernde Umgebungsbcdingiingen berücksichtigen, so daß die Grenzlinie zwischen Treffern und Fehlern nicht nur mit dem System selbst in Beziehung gesetzt wird, sondern auch mit der Genauigkeit, die dem Waffensystem entspricht, um letztlich zu einer realistischen Schießübung zu kommen.

Im Hinblick auf unvermeidbare Unvollkommenheitcn des Systems sollte der Grenzwert für die Aufzeichnung eines Treffers nicht zu nahe an die Anzahl der ausgesendeten Impulse hcrangclcgt werden, doch

erscheint es andererseits nicht annehmbar, den Empfang eines einzigen Impulses oder nur eines kleinen Teiles der ausgesendeten Impulsfolge als Treffer zu betrachten, wenn man einer realistischen Schießübung nahekommen will. Da das Lasersystem durch Umgebungsbedingungen oder atmosphärische Störungen, beispielsweise durch ein Gewitter, beeinflußt werden kann, so daß falsche Impulse auftreten oder eine Anzahl von das Ziel treffenden Impulsen auf dem Weg zum Geschütz zurück verlorengehen, ist es empfehlenswert,

daß der Lasersender für jeden einzelnen Schuß eine relativ große Anzahl von Lichtimpulsen, und zwar mindestens zehn Impulse aussendet, damit die Grenze zwischen einem Treffer und einem Fehler durch eine Mehrzahl von Impulsen gekennzeichnet werden kann. Vorzugsweise sollte die Grenze bei etwa der Hälfte der ausgesendeten Impulse liegen. Das dann beim simulierten Schießen gewonnene Ergebnis kann man als frei von den vorerwähnten Störungen ansehen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Durchführen und Auswerten von Schießübungen mit Flugabwehrgeschützen mit simuliertem Feuer, bestehend aus einer vom Geschütz abgelegenen, mit zielverfolgendem Zentralvisier versehenen Instrumentenzentrale, welche Position, Geschwindigkeit und Flugrichtung des Zieles erfaßt und in Verbindung mit einem den Geschoßflugweg berücksichtigendem Geschoßflugzeitrechner den Vorhaltepunkt ermittelt und entsprechende Signale zu den das Geschütz richtenden Servosteuerungen überträgt, einem mit der Abzugsvorrichtung des Geschützes zu aktivierenden, zum Geschütziauf parallel ausgerichteten Lasersender, welcher bei jeder Abzugsbetätigurig eine zuvor festgelegte Folge von Laserimpulsen aussenost, einem zugehörigen parallel ausgerichteten Laserempfänger und am Ziel angeordneten Reflektoren, die das Laserlicht in EinfaJlsrichtung zum Laserempfänger reflektieren, wobei die vom Lasersender kommende Impulsfolge wesentlich kürzer ist, als die normale Pausenzeit zwischen zwei nacheinander abgefeuerten scharfen Geschossen, gekennzeichnet durch einen manuell bedienbaren Schalter (50), mit dem die Instrumentenzentrale vom Geschoßflugzeitrechner (44) auf einen der Geschoßflugzeiten Null entsprechenden Eingang umschaltbar ist, und eine mit dem Laserempfänger verbundene Auswertevorrichtung, welche die Anzahl der vom Ziel reflektierten Laserimpulse der impulsfolge in Relation zur Gesamtzahl der in einer Impulsfolge ausgesendeten Laserimpulse setzt.