DE2602767A1

DE2602767A1 - Feuerleitanlage

Info

Publication number: DE2602767A1
Application number: DE19762602767
Authority: DE
Inventors: Eric Ferwerda
Original assignee: Thales Nederland BV
Current assignee: Thales Nederland BV
Priority date: 1975-02-20
Filing date: 1976-01-26
Publication date: 1976-09-09
Also published as: NL174985B; NL174985C; FR2301799A1; SE424918B; GB1502406A; CH600288A5; NL7501995A; DE2602767C2; SE7601888L; FR2301799B1; IT1053910B

Description

Patentanwälte Dipl.- !ng. W. Scherrmann Dr.- Ing. R. Rüger

7300 Esslingen (Neckar), Webergasse 3, Postfach 348

26. Januar I976 _T , ,

ΡΔ 1?R Telefon

Γ Ά IdO S t u ttg a rt (0711) 35 65 39

Telex 07 256610 smru

Telegramme Patentschutz Esslingenneckar

HOLLANDSE SIGNAALAPPARATEN B.V., HENGELO (0), Niederlande Zuidelijke Havenweg 40

Feuerleitanlage

Die Erfindung betrifft eine Feuerleitanlage, versehen mit einem Zielfolgesystem für die Bestimmung der Entfernungsund Winkelkoordinaten eines zu folgenden Zieles, einer Recheneinheit um aus diesen Koordinaten den sich mit der Zielposition und -geschwindigkeit ändernden Vorhaltewinkel zu bestimmen, und einer Abfeuervorrichtung, die auf den durch den Vorhaltewinkel bestimmten Schusspunkt nachgesteuert werden kann.

Im allgemeinen besteht die Aufgabe einer Feuerleitanlage darin, aus der Bewegung eines Zieles auf eine solche Weise die Bewegung eines durch eine Abfeuervorrichtung abzufeuernden Projektils zu bestimmen, dass das Ziel und das

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Projektil eich an einem bestimmten Funkt im Raum treffen; hierfür muss der Eigenbewegung der Anlage, den Parallaxen zwischen den verschiedenen zur Anlage gehörenden Geräten, der Windstärke und -richtung und den ballistischen Abweichungen Rechnung getragen werden. Wie aus der Einleitung hervorgeht, wird nachfolgend unter Feuerleitanlage das Zielfolgesystem verstanden.

In bekannten Feuerleitanlagen muss das Zielfolgesystem während des Einsatzes auf den sogenannten Messpunkt gerichtet sein, also auf die augenblickliche Position des Punktes des Zieles im Raum für den die Zielkoordinaten gemessen worden sind. Sie Orientierung des Zielfolgesystems wird im auf das Ziel eingelaufenen Zustand mittels der Hesslinie angegeben, dieses ist die Linie vom Observationspunkt, dem zentralen Punkt von dem aus die Zielkoordinaten bestimmt werden, bis zum Messpunkt. Das Zielfolgesystern enthält daher auch zwei Servoketten für das Folgen in zwei Winke!koordinaten, vorzugsweise Azimut und Elevation. Die Abfeuervorrichtung (Geschütz oder Lanciervorrichtung) muss bei einem Einsatz auf den sogenannten Schusspunkt gerichtet sein, dieses ist der angewiesene sichtbare Punkt durch den die Schusslinie zu dem Zeitpunkt laufen muss zu dem ein Projektil abgefeuert wird; die Schusslinie verläuft vom Zentrum der Abfeuereinrichtung zum Schusspunkt. Der Winkel zwischen der Messlinie und der Schusslinie wird weiterhin Vorhaltewinkel genannt; die Grosse dieses Winkele wird bezüglich des Zieles, durch die Richtung, der Geschwindigkeit und den eventuellen Kursänderungen des Zieles bestimmt.

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In "bekannten Feuerleitanlagen enthält die Abfeuervorrichtung ebenfalls zwei Servoketten, damit die Abfeuervorrichtung in zwei Winke!koordinaten, vorzugsweise Azimut und Elevation, auf den Schusapunkt nachgesteuert werden kann. Die für diese Servoketten erforderlichen Steuerspannungen werden durch den Vorhaltewinkel bestimmt.

Sie Tatsache, dass sowohl das Zielfolgesystem als auch die Abfeuervorrichtung eigene, unabhängig voneinander arbeitende Servoketten für das Folgen des Zieles bzw. das Nachsteuern auf den berechneten Schusspunkt besitzen, kann als ein nicht immer erforderlicher kostenerhöhender Faktor angesehen werden. Sie Erfindung stellt sich daher das Ziel, eine Feuerleitanlage zu schaffen, bei der das Zielfolgesystem und die Abfeuervorrichtung dieselben Servoketten benutzen.

Entsprechend der Erfindung ist das Zielfolgesystem daher fest mit der Abfeuervorrichtung gekoppelt und sind Schaltmittel vorhanden, um in einer ersten Phase, in der die Abfeuervorrichtung und das Zielfolgesystem auf das zu folgende Ziel gerichtet gehalten werden, die für dieses Folgen vorhandenen Servoketten mit Steuerspannungen zu versehen, die Bit den Vinkeluntersohieden zwischen der Orientierung des Ziel folge systees und der Position des su folgenden Zieles übereinstimmen, und in einer zweiten Phase, in der die Abfeuervorrichtung und das Zielfolgesystem auf den Sohusspunkt gerichtet werden, die genannten .Servoketten mit Steuerspannungen zu versehen, die mit den berechneten Änderungen des Torhaltewinkelβ übereinstimmen.

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In der ersten Phase wird also auf bekannte Weise das Ziel verfolgt und aus den zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten bestimmten Entfernungs- und Winkelkoordinaten mit Hilfe der Recheneinheit die Bahn und die Geschwindigkeit des gefolgten Zieles bestimmt und der Vorhaltewinkel berechnet. Wird von der ersten auf die zweite Phase umgeschaltet, dann kann die Abfeuervorrichtung mit dem Zielfolgesystem auf den letzten, in der ersten Phase berechneten Schusspunkt nachgesteuert und nach dem Einlaufen auf diesen Schusspunkt direkt ein Projektil abgefeuert werden. Das Ziel wird dann in der zweiten Phase nicht mehr verfolgt. In diesem Fall muss die Einlaufzeit der Abfeuervorrichtung (mit Zielfolgesystem) und die Wartezeit bis zum Abfeuern so klein wie möglich gehalten werden. In der Praxis ist diese Methode bei kleinen Kalibern akzeptabel, vollautomatische Abfeuervorrichtungen. Es kann auch der Fall auftreten, dass nach dem Einlaufen der Abfeuervorrichtung (mit Zielfolgesystem) auf den Schusspunkt nicht direkt ein Projektil abgefeuert wird. Die Abfeuervorrichtung (mit Zielfolgesystem) muss dann auf den sich mit der Zielbewegung ändernden Schusspunkt gerichtet gehalten werden. Hierzu kann die Recheneinheit die dafür erforderlichen Daten aus der, in der ersten Phase generierten Zielbewegung und -geschwindigkeit, vie diese in der zweiten Phase annähernd sein müssen, extrapolieren und hieraus den sich jedesmal ändernden Vorhaltewinkel bestimmen. Der in dör zweiten Phase stattfindende Nachsteuervorgang ist genauer, wenn auch in der zweiten Phase zumindest die Winkelkoordinaten des Zieles durch das Zielfolge-

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system festgestellt werden können. Das zum Zielfolgesystem gehörende Winkelfolgegerät muss dann jedoch ein Wahrnehmungsfeld oder Sichtbündel besitzen, dessen halber Öffnungswinkel grosser als der Vorhaltewinkel ist; nur dann kann das Ziel wahrgenommen werden, obwohl die Abfeuervorrichtung mit dem Zielfolgesystem auf den Schusspunkt nachgesteuert wird. Die dieser Ausführung anhaftende Beschränkung besteht darin, dass Ziele mit einer sehr grossen tangentialen Geschwindigkeitskomponente einen Vorhaltewinkel erforderlich machen, der so gross sein kann, dass das Ziel in der zweiten Phase ausserhalb des Sichtbündels des Winkelfolgegerätes fällt. Die Verwendung der Feuerleitanlage liegt dann deutlich in der Abwehr eich schnell nähernder Ziele, also Ziele mit einer kleinen tangentialen Geschwindigkeitskomponente.

Wie bereits angegeben, kann es wünschenswert sein, dass in der zweiten Phase durch das Zielfolgesystem zumindest die Winkelkoordinaten bestimmt werden; für die Berechnung des Vorhaltewinkels sind jedoch auch die Entfernungskoordinaten des Zieles erforderlich. Diese können wieder aus der in der ersten Phase generierten Bewegung extrapoliert werden. Jedoch können die Entfernungskoordinaten, wenn das zum Zielfolgesystem gehörende Entfernungsfolgegerät das gleiche Warnehmungsfeld besitzt wie das Winkelfolgegerät, auch in der zweiten Phase durch das Zielfolgesystem bestimmt werden.

Das Wesentliche der Erfindung liegt jedoch in der Benutzung einer Anzahl Servoketten um die Abfeuervorrichtung mit

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dem darein gekoppelten Zielfolgesystem erst auf das zu folgende Ziel zu richten und danach gerichtet zu halten, und wenn genügend Säten über das verfolgte Ziel vorhanden sind, die Abfeuervorrichtung mit dem Zielfolgesystem in eine derartige Position zu bringen, dass sich nach dem Abfeuern das Projektil und das Ziel in einem Punkt im Räume treffen.

Als Zielfolgesysteme können alle bekannten Radarfolgesysteme benutzt werden, die einem Ziel in Entfernunge- und Winke!koordinaten folgen und zu bestimmten Zeitpunkten diese Koordinaten einer Recheneinheit mitteilen können. Für das Folgen in Entfernungs- und Winke!koordinaten kann dasselbe Radarbündel benutzt werden, wodurch sowohl in der ersten Phase als auch in der zweiten Phase, worin die Feuerleitanlage sich befinden kann, die Entfernungs- und Winkelkoordinaten für die Vorhaltewinkelberechnung durch das Zielfolgesystem bestimmt werden.

Bas Folgen des Zieles in Winkelkoordinaten kann auch mit einem TV-Winkelfolgegerät stattfinden, während dann im Zielfolgesystem für die Entfernungsmessung ein einfaches Radargerät oder ein Laser benutzt werden kann.

Die Erfindung wird jetzt näher anhand einer Feuerleitanlage erklärt, die ein Zielfolgesystem besitzt mit dem das Winkelfolgen mittels eines TV-Winkelfolgegerätes stattfindet und die Entfernungsmessung mit Hilfe eines Lasers. Ein dergleiches Zielfolgesystem besitzt insofern besondere Vorteile, da die Abmessungen sehr gering gehalten werden können und daher eine

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Anbringung auf der Abfeuervorrichtung möglich ißt, wodurch ebenfalls die Recheneinheit vereinfacht werden kann, da diese dann keine Parallaxkorrekturen mehr durchzuführen braucht. Auseerdem findet das Winkelfolgen mit Hilfe eines TV-Winkelfolgegerätes passiv statt: das zu folgende Ziel kann dann nicht mehr feststellen!dass es verfolgt wird und führt daher auch keine Ausweichbewegungen durch.

Obwohl TV-Winkelfolgegeräte bekannt sind, wird die Wirkungsweise eines solchen Gerätes kurz beschrieben. Wenn ein Ziel festgestellt wird, kann das TV-Winkelfolgegerät entweder automatisch, z.B. wenn die Entdeckung mit einem Radargerät erfolgt oder aber manuell auf das zu folgende Ziel gerichtet werden. Das innerhalb des Sichtbündels des TV-Winkelfolgegerätes einfallende Licht gelangt über ein Linsensystem auf eine Aufnahmeröhre (Vidicon, Plumbicon); die Oberfläche dieser Röhre wird mit der in der Fernsehtechnik gebräuchlichen Frequenz mit Hilfe eines Elektronenstrahls abgetastet. Das auf diese Weise zu registrierende Bild und damit, ebenfalls das zu folgende Ziel kann auf einem Fernsehschirm abgebildet werden. Danach wird ein elektronisch erzeugtes Folgefenster grob über das Ziel gelegt, worauf ein Videoextraktor das innerhalb dieses Folgefenetes gelegene Bild auf Kontrast analysiert, das Folgefenster auf die Mitte des Zieles bringt und die Position dieses Folgefensters gegenüber der Schirmmitte bestimmt. Aus dieser Position wexden die für die Servoketten erforderlichen Steuersignale abgeleitet, welche das TV-Winkelfolgegerät so auf das

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Ziel richten, dass das Folgefenster mitten auf dem Schirm gebracht wird. Innerhalb des Folgefensters ist das Ziel wahrnehmbar. Damit weiter die richtige Position des Zieles angegeben werden kann, wird mit Hilfe von Kontrastmessungen, ausgeführt durch den Videoextraktor, die Mitte des Folgefensters auf das Ziel gehalten und das TV-Winkelfolgegerät mit den genannten Servoketten auf die Mitte des Folgefensters nachgesteuert. Mit einer Bildfrequenz von 25 Hz werden die Winkelanderungen des zu folgenden Zieles mit einer Frequenz von 25 Hz festgelegt. Durch Mitteln von jeweils 5 "Messungen", wird 5 mal pro Sekunde die Positionsänderung des Zieles in Winkelkoordinaten festgelegt.

Die Entfernungsmessung erfolgt mit einem, mit dem TV-Winkelfolgegerät ausgerichteten Laser. Da das von einem Laser erhaltene Bündel sehr eng ist, kann eine derartige Entfernungsmessung nur durchgeführt werden, wenn das TV-Winkelfolgegerät mitten auf das Ziel gerichtet ist: der Öffnungswinkel des TV-Sichtbündels \λ 3° ist,während der Öffnungswinkel des Laserbündels v\ 3 Milliradiale beträgt. Der Laser wird in der hier beschriebenen Anlage mit einer Frequenz von 10 Hz benutzt, so dass bei 2 Entfernungsmessungen ebenfalls 2 Winkelpositionsmessungen durchgeführt werden.

Die Erfindung wird jetzt weiter anhand der beiliegenden Figuren näher erklärt, die zwei Ausführungsformen eines Teiles der Feuerleitanlage schematisch wiedergeben. Die in beiden Figuren übereinstimmenden Komponenten besitzen die gleichen Ziffernbezeichnungen.

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Die vom Aufnahmeteil des TV-Winkelfolgegerätes stammenden Videosignale werden über eine Leitung 1 dem Videoextraktor 2 zugeführt und danach auf dem TV-Schirm 3 abgebildet. Sobald das Folgen des Zieles auf dem TV-Schirm sichtbar ist, können mittels Handbedienung über Leitung 4 Signale, die ein Polgefenster darstellen, dem Videoextraktor 2 zugeführt werden. Hiermit ist das Folgefenster, worin der Videoextraktor ? das Bild auf Kontrast analysiert, auf das zu folgende Ziel gelegt. In Fig. 1 muss der Schalter 5 sich dazu in der gezeichneten Stellung befinden. Der Videoextraktor 2 steuert durch Kontrastmeldung das Folgefenster mitten auf das Ziel und führt einer Recheneinheit 6, über Schalter 7» Signale zu, die die Position der Kitte des Folgefenstere und somit der Zielposition gegenüber der Schirmmitte angeben. Die Recheneinheit 6 leitet hierzu die Steuerspannungen ab, die über Schalter 8 direkt den Servoketten zugeführt werden, wodurch die Abfeuervorrichtung mit Zielfolgesystem auf die Mitte des Folgefensters und somit auf das Ziel nachgesteuert wird. Die Schalter 7 und 8 befinden sich hierbei in den in den beiden Figuren gezeichneten Stellungen. Wie hier beschrieben, wird während des Folgens des Zieles in Winkelkoordinaten das Folgefenster durch den Videoextraktor dauernd mitten auf dem Ziel gehalten und die Abfeuervorrichtung mit Zielfolgesystem somit auch fortwährend auf die Mitte des Folgefensters nachgesteuert.

Wird von der hier beschriebenen ersten Phase auf die zweite Phase umgeschaltet und wird in dieser zweiten Phase das Ziel nicht langer verfolgt, welche Situation an Hand von Fig. 1

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erklärt wird, dann wird die Recheneinheit 6 vom Folgesystem losgekoppelt: der Schalter 7 wird in die nicht gezeichnete Stellung gebracht. Schalter 8 wird ebenfalls in die nicht gezeichnete Stellung gebracht; den Servoketten werden jetzt nicht mehr die den Winkelfolgefehlern entsprechenden Steuerspannungen zugeführt, sondern Steuerspannungen, die die Abfeuervorrichtung mit Zielfolgesystem auf den Schusspunkt nachsteuern. Diese letzten Steuerspannungen werden vom Kombinationskreis 9 geliefert, woran einerseits über Leitung 10 die Signale zugeführt werden, welche den jedesmal berechneten Vorhaltewinkel darstellen und andererseits werden über Leitung 11 die Signale zugeführt, die die augenblicklichen, generierten Winkelfolgefehler darstellen, d.h. die Folgefehler wie diese sich aus der durch den Rechner generierten Zielbewegung ergeben. Sobald die Abfeuervorrichtung mit Zielfolgesystem auf den Schusspunkt eingelaufen ist, kann ein Projektil abgefeuert werden; hierbei kann es wünschenswert sein, dass eine Meldung für die Anzeige vorhanden is-fc, dass die Abfeuervorrichtung eingelaufen ist. Obwohl von den Servoketten eine Rückmeldung möglich ist, wird der Vorzug an eine Anzeige mit Hilfe des Folgefensters gegeben. Wird von der ersten auf die zweite Phase umgeschaltet, dann wird von der Recheneinheit 6 über Leitung 12 und Schalter 5 die, den berechneten Vorhaitewinkel darstellenden Signale dem Videoextraktor 2 zugeführt; diese Signale bringen das Folgefenster, welches jetzt nicht mehr länger für das Folgen benutzt wird, auf eine Stelle des Schirmes, die entgegengesetzt der Stelle liegt, wo der Schusspunkt liegen würde, wenn

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das Winkelfolgegerät mitten auf das Ziel gerichtet wäre. Dieses schliesst ein, dass in dem Masse wie die Abfeuervorrichtung auf den Schusspunkt einläuft, sich das Ziel zum Folgefenster hin bewegt. Der Schalter 5 ateht hierbei in der nicht in Fig. 1 gezeichneten Stellung. Befindet sich das Ziel jetzt mitten im Folgefenster, dann ist die Abfeuervorrichtung auf den Schusspunkt eingelaufen.

Venn von der ersten auf die zweite Phase umgeschaltet wird, während auch in der zweiten Phase das Ziel in Winkelkoordinaten verfolgt wird, welche Situation anhand von Fig.. 2 erklärt wird, dann werden die, die Winkelfolgefehler darstellenden Signale nicht direkt vom Videoextraktor 2 der Recheneinheit 6 zugeführt, sondern einem Kombinationskreis 13· Durch das Einlaufen auf den Schusspunkt wird der Winkelfolgefehler, also die Abweichung vom Folgefenster gegenüber der Schirmmitte, stets zunehmen, wodurch die Position des Zieles durch diese zunehmenden Winkelfolgefehler, vermindert mit dem jedesmal berechneten Vorhaltewinkel,bestimmt wird. Die den Vorhaltewinkel darstellenden Signale werden dann auch den Kombinationskreis 13 über Leitung 14 zugeführt. Da in dieser Situation das Ziel auch in der zweiten Phase verfolgt wird, kann das Folgefenster nicht für eine Meldung, dass die Abfeuervorrichtung auf den Schusspunkt eingelaufen ist, benutzt werden. Dieses kann jedoch durch eine Bückmeldung von den Servos und einem Vergleich mit den, den Vorhaltewinkel darstellenden Spannungen.

Zum Schluss sei bemerkt, dass sowohl das Umschalten der Anlage von der ersten auf die zweite Phase als auch der

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Zeitpunkt zu dem dieses geschehen muss, abhängig von der Übersicht desjenigen ist, der die Feuerleitanlage bedient oder den Befehl über diese Anlage führt.

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Claims

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1. J Feuerleitanlage, versehen mit einem Zielfolgesystem für die Bestimmung der Entfernungs- und Winkelkoordinaten eines zu folgenden Zieles, einer Recheneinheit um aus diesen Koordinaten den sich mit der Zielposition und -geschwindigkeit ändernden Vorhaltewinkel zu bestimmen, und einer Abfeuervorrichtung, die auf den durch den Vorhaltewinkel bestimmten Schusspunkt nachgesteuert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielfolgesystem fest mit der Abfeuervorrichtung gekoppelt ist, und Schaltmittel vorhanden sind, um in einer ersten Phase, in der die Abfeuervorrichtung und das Zielfolgesystem auf das zu folgende Ziel gerichtet gehalten werden, die für dieses Folgen vorhandenen Servoketten mit Steuerspannungen zu steuern, die mit den Winkelunterschieden zwischen der Orientierung des Zielfolgesystems und der Position des zu folgenden Zieles übereinstimmen, und in einer zweiten Phase, in der die Abfeuervorrichtung und das Zielfolgesystem auf den Schusspunkt gerichtet werden, die genannten Servoketten mit Steuerspannungen zu steuern, die mit den berechneten Änderungen des Vorhaltewinkels übereinstimmen.

2. Feuerleitanlage nach Anspruch 1, wobei das Zielfolgesystem aus einem TV-Winkelfolgegerät und einem Laser für die Entfernungemessung des zu folgenden Zieles besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das TV-Winkelfolgegerät und der Laser auf der Abfeuervorrichtung angebracht sind.

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J. Feuerleitanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit in der ersten Phase aus den Winkelkoordinaten und, nachdem das TY-Winkelfolgegerät mitten auf das Ziel gerichtet ist, aus den mit Hilfe des Lasers durchgeführten Entfernungsmessungen den Vorhaitewinkel bestimmt und in der zweiten Phase aus den Winke!koordinaten und den aus der in der ersten Phase generierten Zielbewegung extrapolierten Entfernungswerten die Vorhaltewinkeländerungen bestimmt.

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