DE2630898C1

DE2630898C1 - Verfahren zur Lenkung eines nach PN eigenlenkbaren Torpedos bei Angriffen auf Gegner, vornehmlich mit Täuschkörper, aus vorlichen Lagen

Info

Publication number: DE2630898C1
Application number: DE2630898A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Friesecke
Original assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1976-07-09
Filing date: 1976-07-09
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 1996-07-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Lenkung eines nach PN eigenlenkbaren Torpedos, der sich in der Eigenlenkphase befindet, bei Angriffen auf Gegner, vornehmlich mit Täuschkörper, aus vorlichen Lagen.

Es ist das PN-Lenkverfahren bekannt, mit dem ein Ziel auf einem Kollisionskurs angesteuert wird. Weiterhin ist bekannt, daß durch Aufschalten eines Winkels auf den Kollisionskurs und Speicherung dieses neuen Kurses ein Vorhalt derart erreicht werden kann, daß der Torpedo die Ziellinie vor der angepeilten Geräuschquelle des Zieles schneidet.

So ist beispielsweise aus der DE-PS 9 77 959 ein Lenkverfahren für ferngelenkte Geschosse, insbesondere Torpedos, unter Anwendung des Zieldeckungsverfahrens bekannt, bei dem die Peilrichtung von der Abschußstelle zum Ziel ermittelt und zur Ermittlung einer Regelabweichung einem Regelkreis zugeführt wird, dessen Regelstrecke das Geschoß ist. Das Besondere dieses Verfahrens besteht darin, daß als zweite Größe zur Ermittlung der Regelabweichung der aus ständig verfügbaren Meßgrößen ermittelte, raumfest bezogene Peilwinkel von der Abschußstelle zu einem außerhalb des Geschosses liegenden Leitpunkt herangezogen wird, daß der Leitpunkt in das Ziel oder nahezu in das Ziel geführt und daß dann auf ein anderes Lenkverfahren umgeschaltet wird.

Bei der Lenkung eines Torpedos auf ein Ziel mit einem lauten Täuschkörper kann davon ausgegangen werden, daß das Ziel schon in großer Entfernung mit dem Sonargerät des Torpedos passiv geortet und das Ziel aufgefaßt wird. Dabei wird die Basis des Leitgerätes eine fiktive Geräuschquelle anpeilen, die zwischen den Geräuschquellen des Zieles und des Täuschkörpers liegt. Diese ist abhängig von den unterschiedlichen Geräuschabstrahlungen. Schlimmstenfalls wird sich die Basis auf den Täuschkörper ausrichten. Wenn der Torpedo aus vorlicher Lage in das Auffaßgebiet gebracht wird, ist es besonders günstig, den Torpedo so zu lenken, daß das Ziel mit vorausgestellter Basis direkt von vorn (Lagewinkel γ=0°) angesteuert wird. Dadurch wird ein Treffen gewährleistet, wenn sich der Täuschkörper etwa auf der verlängerten Schiffsmittellinie befindet, unabhängig von der Schlepplänge und der Art des Täuschkörpers.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist darin zu sehen, ein Verfahren zu schaffen, mit deren Hilfe sich bei einfachen Berechnungen und ohne Zusatzinformationen vom schießenden Träger eine Ansteuerung aus Lage 0° möglichst gut erreichen läßt. Mit diesem Verfahren soll die Erfolgswahrscheinlichkeit bei Angriffen aus vorlichen Lagen bei minimalem Aufwand erheblich erhöht werden.

Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Torpedo abwechselnd nach einem aus einer Korrektur zum Kollisionskurs gewonnenen Festkurs und PN gelenkt wird, bis der Lagewinkel Null Grad annähernd erreicht und das Lenkverfahren mit PN abgeschlossen wird, wobei die Umschaltung von Festkurs auf PN bzw. von PN auf Festkurs bei betragsmäßig unterschiedlichen Schwellwerten des Basiswinkels ψ_b vorgenommen wird, und ψ_b den Winkel zwischen der Torpedolängsachse und der Basisnormalen angibt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das Lenkverfahren nach der Erfindung läßt sich in zwei Abschnitte unterteilen:

a) Lenkung mit Vorhalt gegenüber dem Kollisionskurs ψ_t = ψ_K (t₀) + Δψdarin bedeuten
ψ_t Torpedokurs,
ψ_K Kollisionskurs zum Zeitpunkt t₀,
Δψ aufgeschalteter Kurswinkel;
b) PN-Lenkung ψ_t=ψ_K.

Für die Lenkung mit Vorhalt wäre der optimale aufgeschaltete Kurswinkel Δψ so, daß

gilt. Darin sind
ψ_{b max} der maximal zulässig Basiswinkel ohne Zielverlust, d. h. der maximal zulässige Winkel zwischen der Torpedolängsachse und der Normalen auf der Basis,
v_t die wahre Torpedogeschwindigkeit,
v_g die reale Zielgeschwindigkeit,
ψ_b (t₀) der Basiswinkel zum Zeitpunkt t₀.

Während der Lenkung mit Vorhalt vergrößert sich der Basiswinkel ψ_b durch die Veränderung der Gefechtslage. Der Basiswinkel wird ständig überwacht bis ψ_b=ψ_{b max} ist. Bei Erreichen dieses Wertes ist die extrapolierte Zielbahn erreicht und die PN-Lenkung wird eingeschaltet.

Mit der Gleichung (1) kann der Winkel Δψ nicht exakt bestimmt werden, da die Zielgeschwindigkeit v_g nicht bekannt ist. Man muß daher in dieser Gleichung die Geschwindigkeit von Ziel und Torpedo festlegen und gelangt damit zu folgender Gleichung:

Darin sind
v_t* eine festgelegte angenommene Geschwindigkeit des Torpedos,
v_g* eine festgelegte Geschwindigkeit des Zieles und
t₀ der Einschaltzeitpunkt.

Weicht die reale Zielgeschwindigkeit v_g von der festgelegten Zielgeschwindigkeit v_g* bei v_t* ab, so wird lediglich die Umschaltbedingung ψ_b=ψ_{b max} nicht exakt auf der extrapolierten Zielbahn sondern etwas früher oder etwas später erfüllt. Der maximale Basiswinkel ψ_{b max} wird erreicht für
-v_g<v_g* nach Überschreiten der extrapolierten Zielbahn,
-v_g<v_g* vor Erreichen der extrapolierten Zielbahn.

Das Lenkverfahren nach der Erfindung besteht demnach aus einer Folge von PN- und Vorhalt-Lenkung. Dabei wird zunächst mit der maximalen Torpedogeschwindigkeit v_t=v_t* begonnen. Die festgelegte Zielgeschwindigkeit v_g* wird groß gewählt, das heißt etwa der maximal möglichen Zielgeschwindigkeit. Die Gründe hierfür sind,

1. daß bei schnellen Zielen die extrapolierte Zielbahn rechtzeitig erreicht und
2. daß bei Differenzen zwischen v_g und v_g* mehr Zeit für eine Verbesserung der Ansteuerung zur Verfügung steht.

Mit diesen Bedingungen wird der Torpedo zunächst mit Vorhalt gelenkt, bis der maximale Basiswinkel erreicht wird. Danach wird mit oder ohne Umschaltung der Fahrtstufe auf PN-Lenkung übergegangen. Ein Herunterschalten der Fahrtstufe zu diesem Zeitpunkt ist für die Abschätzung der seitlichen Ablage vom extrapolierten Zielkurs zweckmäßig. Nachdem sichergestellt ist, daß der Kollisionskurs in der PN-Lenkphase erreicht ist, wird aus der Größe des anliegenden Basiswinkels ψ_b auf die seitliche Ablage geschlossen. Ist diese zu groß, wird ein neuer Vorhaltwinkel Δψ bestimmt und eine Vorhalt-Lenkung mit geringerer Geschwindigkeit durchgeführt. Andernfalls wird die PN-Lenkung fortgesetzt.

Durch das Herunterschalten der Geschwindigkeit v_t bei konstant gehaltener Rechengröße

wird die seitliche Ablage bei der nächsten Vorhalt-Lenkung nochmals stark abgebaut, sofern dies erforderlich ist.

Zur Verbesserung der akustischen Auffaßreichweite kann in den PN-Lenkphase grundsätzlich mit konstant niedriger Geschwindigkeit gefahren werden, wobei dann der Basiswinkel ψ_b (t₀) mit Gleichung (2) umgerechnet werden muß auf die Geschwindigkeit, mit der in der folgenden Vorhalt-Lenkphase gefahren wird.

Bisher wurde angenommen, daß sich der Torpedo und das Ziel auf gleicher Höhe befinden, das heißt, der Neigungswinkel ϑ=0° ist. Das Lenkverfahren kann aber auch für die vertikale Lenkung angewendet werden, wenn der gegenläufige Zielkurs von vornherein gegeben ist. Für diesen Fall ist lediglich "ψ" durch "ϑ", "horizontal" durch "vertikal" und "Kurs" durch "Neigung" zu ersetzen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt die Steuerung eines Torpedos auf ein Ziel und

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Kursregelkreises.

Ein Torpedo T befindet sich zum Zeitpunkt t₀ auf Kollisionskurs K. Er wird nach der PN gelenkt und fährt mit höchster Fahrtstufe F3. Zum Zeitpunkt t₁ wird der gemäß der zweiten Gleichung berechnete Vorhaltwinkel Δψ aufgeschaltet und mit höchster Fahrtstufe weitergefahren. Im Zeitpunkt t₂ ist der maximale Basiswinkel ψ_{b max} erreicht, so daß eine niedrigere Fahrtstufe F2 und die PN-Lenkung eingeschaltet werden. Zum Zeitpunkt t₃ wird ein verbesserter Vorhaltwinkel Δψ aufgeschaltet bis im Zeitpunkt t₄ die seitliche Ablage genügend klein ist und die PN-Lenkung mit der kleinsten Fahrtstufe F1 den Torpedo ins Ziel führt.

Es soll noch einmal betont werden, daß der wesentliche Vorteil des Verfahrens darin besteht, daß die Erfolgswahrscheinlichkeit in der ersten Ansteuerung bei geringfügigem Aufwand stark erhöht wird, da keine Parameter des Gegners berechnet werden müssen.

Nach Fig. 2 wird der bekannte Basiswinkel ψ_b durch Schließen eines Schalters 1 im Zeitpunkt t₀ in einen Speicher 2 eingegeben. Der Basiswinkel steht als digitaler Wert an. Das Ausgangssignal ψ_b (t₀) geht in einen Multiplizierer 3 ein, wo es mit dem Klammerausdruck

Das von diesem ausgegebene Signal geht an einen Verstärker 4, in dem eine Addition mit dem maximalen Basiswinkel - ψ_{b max} und dem Ist-Kurs ψ_i zum Zeitpunkt t₀ erfolgt.

Der letztgenannte Wert ist durch Schließen eines weiteren Schalters 5 im Zeitpunkt t₀ und Eingabe in einen Speicher 6 gebildet. Das Ausgangssignal des Additionsverstärkers 4 ist der Sollkurs, der in an sich bekannter Weise der Vergleichsstelle 7 des bisherigen Kursregelkreises vorgegeben wird. Die Kursabweichung Δψ wird über einen D/A-Wandler 8 dem Kursregler 9 zugeführt. In dem nachfolgenden Schalter 10 entspricht die Schaltstellung a der PN-Lenkung und die Schaltstellung b der Vorhalt-Lenkung. Die Umschaltung auf die Stellung a erfolgt bei |ψ_b|<|ψ_{b max}| während die Umschaltung in Stellung b erfolgt, wenn |ψ_b|<|ψ_{b min}| ist und die Einschaltdauer der PN-Lenkung t_PN den Wert t überschreitet. In der Vergleichsstelle 11, die sich im Regelkreis an den Schalter 10 anschließt, wird der vorgegebene Winkelgeschwindigkeits-Sollwert ψ_ws mit der Ist-Winkelgeschwindigkeit ψ_wi, die durch Differentation des Ist-Kurses im Block 12 und anschließender Digital-Analog-Umwandlung in 13 erfolgt, verglichen. Der anschließende Kurswinkelgeschwindigkeitsregler 14 gibt sein Ausgangssignal an die Kurs-Regelstrecke 15 weiter, die den Ist-Kurs ψ_i bildet.

Für den allgemeinen Fall einer dreidimensionalen Ansteuerung werden während der Vorhalt-Lenkphase für die Kursregelkreis der Sollwert ψ_s und für die Neigungsregelkreis der Sollwert ϑ_s vorgegeben. Die Vorhalt-Lenkung wird abgebrochen, sobald eine der Schwellen ψ_{b max} oder ϑ_{b max} anspricht.

Claims

1. Verfahren zur Lenkung eines nach PN eigenlenkbaren, sich in Eigenlenkphase befindlichen Torpedos bei Angriffen auf Gegner, vornehmlich mit Täuschkörper, aus vorlichen Lagen, dadurch gekennzeichnet, daß der Torpedo abwechselnd nach einem aus einer Korrektur zum Kollisionskurs gewonnenen Festkurs und PN gelenkt wird, bis der Lagewinkel Null Grad annähernd erreicht und das Lenkverfahren mit PN abgeschlossen wird, wobei die Umschaltung von Festkurs auf PN bzw. von PN auf Festkurs bei betragsmäßig unterschiedlichen Schwellwerten des Basiswinkels ψ_b vorgenommen wird, und ψ_b den Winkel zwischen der Torpedolängsachse und der Basisnormalen bedeutet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur des Kollisionskurses nach der Gleichung vorgenommen wird, worin v_t* bzw. v_g* festgelegte Geschwindigkeiten des Torpedos bzw. des Zieles und t₀ den Einschaltzeitpunkt bedeuten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis ein fester Wert angenommen wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den PN-Lenkphasen mit reduzierter Torpedo-Geschwindigkeit gefahren wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn der PN- und/oder der Festkursphase die Torpedo-Geschwindigkeit verändert wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung vom Festkurs auf PN-Lenkung dann vorgenommen wird, wenn der Basiswinkel einen bestimmten Schwellwert ψ_{b max} erreicht hat.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung von PN- auf Festkurs-Lenkung dann vorgenommen wird, wenn der Basiswinkel größer als ein bestimmter Schwellwert ψ_{b min} ist und die Einschaltdauer der PN-Lenkung t_PN den Wert t überschreitet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Umschaltung auf Festkurs die Geschwindigkeit des Torpedos so verändert wird, daß sich das Verhältnis dem Verhältnis der Istwerte nähert.

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kursregelkreis ein Kurssollwert gebildet wird, der sich aus dem Kollisionskurs und einem Korrekturwert zusammensetzt.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Speicher für die Basiswinkel, ein Multiplizierer, ein Additionsverstärker und ein Zeitglied vorhanden sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Speicher im Zeitpunkt des Umschalters von PN auf Festkurs der Kollisionskurs gespeichert ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Speicher der Basiswinkel im Zeitpunkt des Umschaltens von PN auf Festkurs gespeichert ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplizierer den Speicherwert des Basiswinkels mit einem festen Faktor multipliziert.

14. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Additionsverstärker den nach Anspruch 13 erhaltenen Wert von dem Schwellwert ψ_{b max} subtrahiert.

15. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Komparatoren für den Vergleich des Basiswinkels mit den Schwellwerten ψ_{b max} bzw. ψ_{b min} vorhanden sind.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatoren auf die Steuerglieder für die Torpedo-Geschwindigkeit geschaltet sind.

17. Einrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß analoge Bauteile für die Lenkung des Torpedos in der Neigungsebene vorhanden sind.