DE2648873A1

DE2648873A1 - Feuerleitsystem

Info

Publication number: DE2648873A1
Application number: DE19762648873
Authority: DE
Inventors: William J Bigley; Gene L Cangiani; Harris C Rawicz; Rene C Yohannan
Original assignee: Lockheed Electronics Co Inc
Current assignee: Lockheed Electronics Co Inc
Priority date: 1975-11-07
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1977-05-12
Also published as: PT65806A; LU76137A1; GB1573628A; CA1069205A; DE2648873C2; ES452936A1; ES464594A1; PT65806B; IT1068802B; BE847588A; NO763769L; DK147326C; US4004729A; FR2330990B1; GR74410B; FR2330990A1; DK147326B; DK501476A; NL7611555A; TR20664A

Description

File 5181 As/P

LOCKHEED ELEGTEONIGS COMPANY, INC., U.S. Highway 22, Plainfield, N.J. (V.St.A.)

Feuerleitsystem

Die Erfindungbezieht sich auf ein elektronisches Steuersystem für Waffen und spezieller auf ein verbessertes automatisiertes Peuerleitsystem, beispielsweise für die Flakartillerie.

Die Technik der Feuerleitung eines Geschützes in bezug auf ein fliegendes Objekt, beispielsweise ein Flugzeug, einen Flugkörper Oedgl.^hat offensichtlich seit den frühen Tagen der Benutzung primitiver Geschütze (since the days of "Kentucky windage"), als der Kanonier (beispielsweise an einer Bordflakstation) ein Vaffensystem von Hand richten mußte, wobei er nach bestem Können mit geeignetem Vorhalt vor dem Ziel auf den voraussichtlichen Schnittpunkt zwischen den Flugbahnen des Zieles und des Geschosses feuerte, in vielfacher Hinsicht Verfeinerungen erfahren. So ist es heutzutage üblich, beim Einsatz größerer Artilleriesysteme das Feuern mittels Digitalcomputern zu steuern. Der Computer ermittelt eine bevorzugte Granatenflugbahn auf der Grundlage von aufgegebenen Informationen aus einem Folge- und Entfernungsmeßradar, aus Kreiselfühlern zur Feststellung des Zustandes von Geschütz und Schiff o.dgl.

Eine typische Feuerleitanlage, die zum Betrieb sowohl nach den Grundsätzen des Standes der Technik als auch nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist in

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Fig. 2 dargestellt. Es sind ein oder mehrere Geschütze 100 vorhanden, die auf einer Drehgeschützlafette 102, beispielsweise in einer Flakstation, befestigt sind. Eine Folgeantenne 100 dient zum Verfolgen eines Zieles 112, das in einer gegenwärtigen Stellung 112a dargestellt ist. Die Antenne wird von einem Sender 108 betrieben und führt die empfangenen reflektierten Signale einem herkömmlichen Folgeradarempfänger 110 ZU₉ der die Entfernungsangaben o.dgl. einem Computer 68 zuliefert. Die Antenne 106 wird ihrerseits, beispielsweise mittels einer datenverarbeitenden Maschine 68, in beliebiger in der Technik bekannter Weise derart ausgerichtet, daß sie dem Flugzeug folgt.

Der mit den Waffen 100 betraute Richtkanonier blickt durch einen optischen Sucher oder ein Zielfernrohr 104 entlang einer optischen Blicklinie, der Ziellinie, 104a und versucht, das Flugzeug 112a in die Mitte, hier in das Strichkreuz des ZielfernrohreSjzu bekommen. Er tut dies, indem er elektrische Befehlssignale an einer Steuereinrichtung 105 (z.B. an einem mehrachsigen "Steuerknüppel") aufgibt₀ Durch im folgenden zu beschreibende Vorgänge bewirken solche aus der Steuereinrichtung 105 ausgehende elektrische Signale (a) die Entwicklung eines Vorhaltwinkels 11^ zwischen der optischen Achse 104a des Suchers (Zielfernrohres) 104 und dem tatsächlichen Azimut der Ausrichtung der Geschütze 100 und (b) eine Drehung der Lafette der Geschütze 100 gegenüber einer festen Bezugslinie (zoB. der Schiffsachse) in solcher ¥eise_?daß das Ziel im Strichkreuz des optischen Suchers 104 gehalten wird. Nach Herstellung des (offensichtlich von der vom zugeordneten Radargerät gemeldeten Entfernung abhängigen)Vorhaltwinkels und bei korrekter Stellung des Zieles innerhalb des Suchers kann das ¥affensystem gefeuert werden.

Die Hauptaufgabe des Kanoniers besteht dann darin, die elektrischen Signale aus dem Steuergerät 105 abzugeben, durch

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die das Flugzeug in seiner einwandfrei zentrierten Stellung im Strichkreuz des optischen Suchers gehalten wird. Während der Kanonier nichts weiter zu tun hat₉ werden die übrigen für das Feuern erforderlichen Funktionen durch Mitwirkung eines Computers und unter der Wirkung mannigfaltiger anderer Fühl- und Antriebselemente des Systems automatisch ausgeführt.

Die oben gegebene allgemeine Beschreibung konzentrierte sich auf die Bestimmung der einwandfreien Horizontalwinkel- oder Azimut-Ausrichtung der Geschütze. Entsprechende Tätigkeiten werden auch ausgeführt, um die erforderliche Elevation der Geschütze zuentwickeln.

Fig. 1 zeigt schematisch ein in der Technik bekanntes Feuerleitsystem für Geschütze, bei dem ein Lafettenservomotor 22 verwendet wird, der unter der Steuerung durch die von dem

, .elektrischen vom Kanonier betätigten Steuergerät 105 (Fig. 2) gelieferten/ Signale mit einer Geschwindigkeit und in einer Richtung umläuft , die von den Ausgangssignalen der Steuereinrichtung festgelegt sind. Während der Servomotor 22 eine Horizontaldrehung oder Azimutdrehung der gesteuerten Feuerwaffe(n) bewirkt, wird die Winkelgeschwindigkeit der Drehung der Geschützbatterie und der Lafette durch einen Winkelgeschwindigkeitssensor 27 (zoB. einen winkelgeschwindigkeitsabhängigen Servomotor) dem Digitalcomputer 68 gemeldet. Der Computer führt in Abhängigkeit von der Zielentfernungsmeldung des Radargerätes und entsprechend der Geschwindigkeit der vom Kanonier herbeigeführten Schwenkbewegung der Lafette 102 eine Vorhaltwinkelberechnung 30 für die Entwicklung des richtigen Vorhaltwinkels Λ~ in Azimutrichtung durch. Dieser Vorhaltwinkel wird von einem Servomotor 2k herbeigeführt, der die optische Achse (Ziellinie) 104a des Zielsuchers 104 gegenüber einer mit dem Geschütz (der Geschützbatterie) gemeinsamen Bezugsrichtung ausrichtet - was typischerweise durch einfache Drehung eines die Ziellinie 104a bestimmenden Spiegels in dem

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Zielfernrohr 104 geschieht. Wenn also die Bedienungsperson das Steuergerät 105 veranlaßt, als Ausgangssignal einen Drehgeschwindigkeitsbefehl zu erteilen, verdreht der Servomotor 22 die gesamte Geschützplattform 102 mit allen darauf montierten Teilen einschließlich des Gehäuses 104 des Zielfernrohres und der Radarantenne IO6 in eine Stellung, in der die Waffen 100 gegen den voraussichtlichen Schnittpunkt 112b des Zieles und des Geschosses ausgerichtet sind. Der Servomotor 24 führt dann eine weitere Drehung in bezug auf die Geschützbatterie oder die Lafettenplattform herbei, um die optische Achse 104a des Zielfernrohres 104 zu ändern. Mit dem Vorhaltwinkel- oder \_a-Ausgang des Computers 68 ist außerdem ein Radarantennenservomotor 25 verbunden, so daß die Antenne mit der optischen Achse des Zielsuchgerätes 104 ausgerichtet gehalten wird, von der angenommen wird, daß sie gegen den gleichzeitigen Ort des Zieles 112a ausgerichtet ist. In der vorliegenden Beschreibung ist unter einem "Servomotor" jedes beliebige Betätigungsmittel zu verstehen, das in Abhängigkeit von einem elektrischen Befehlssignal eine mechanische Bewegung bewirkt.

In dem Fall, daß das Ziel ein in der Darstellung in der Figur von links nach rechts fliegendes Flugzeug 112 ist, wird der Azimut der Feuerlinie der Geschütze 100, die gegen den künftigen Ort 112b des Zieles ausgerichtet ist, der momentanen Ziellinie des Zielfernrohres 104 und der Ausrichtung der Antenne 106, die auf den gegenwärtigen Ort 112a des Zieles ausgerichtet sind, voreilen.

Für einen angenommenen theoretischen Fall eines Flugzeugs, das mit konstanter Geschwindigkeit in einem Kreis mit konstantem Radius und mit konstanter Elevation um die Lafette kreist, würden die oben angenommenen Ausrichtungen der Antenne IO6, der optischen Achse 104a und der Geschütze 100 relativ zueinander unverändert bleiben, und die ganze Plattform oder Lafette 102 würde einfach mit konstanter Geschwindigkeit um-

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laufen. Pur typischere Plugbahnen wird der Vorhaltwinkel durch das Zusammenwirken des Steuergerätes 105 des Richtkanoniers und des Computers 68 bestimmt und wird im Sinne des Bestrebens ,der'tatsächlichen Flugbahn des Flugzeuges zu folgen, dauernd auf den letzten Stand gebracht.

Die besondere Art und Weise, in der der Computer 68 den Vorhaltwinkel λ_Ω bestimmt, ist in der Technik bekannt und wird in Systemen des Typs gemäß Fig. T - beispielsweise in dem Bordflak-Feuerleitsystem M86 — tatsächlich praktisch verwendet. Kurz ausgedrückt, erhält der Computer 68 als Eingangssignal e unter anderem die Ausgangssignale des ¥inkeIgeschwindigkeitssensors 27, die die augenblickliche Drehgeschwindigkeit der Lafette angeben, und an einer Eingangsklemme 6° die in beliebiger, in der Technik bekannter Weise von dem Radarempfänger 110 entwickelten Zielentfernungssignale. Im Computer 68 ist der Programminhalt (das Software) für die Bestimmung des Vorhaltwinkels A„ aus diesen Eingangsgrößen gespeichert. Beispielsweise kann das Yorhaltwinkel—Berechnungsprogramm hierfür eine Iterationsschleife, bestehend aus einem Zielflugmodell 32 und einem geschoßballistischen Flugbahnmodell 26 zur Bestimmung der Flugdauer (T_Qp) bis zum Schnittpunkt der Ziel- und der Geschoßflugbahn aufweisen. Die Iterationsoder Kettenrechnung dauert an, bis der Ort eines abgefeuerten Geschosses im Raum nach Ablauf einer Zeitspanne T~„ nach dem

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Feuern innerhalb der gewünschten Genauigkeitsgrenzen mit dem Ort eines Flugzeugs in Raum in der durch das Radargerät ermittelten Entfernung übereinstimmt.

Die oben beschriebene Vorrichtung richtet die Waffe hinsichtlich nur einer Koordinate, nämlich der Azimutkoordinate, aus. Natürlich ist eine entsprechende weitere Schaltung auch zur Festlegung der &eschützelevation erforderlich.

Diese bekannte Anordnung gemäß Figo 1 ist im Hinblick auf die

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hohen und immer noch steigenden Geschwindigkeiten, die den zeitgenössischen Kampfflugzeugen eigen sind, keineswegs voll zufriedenstellend. So ist es beispielsweise mitunter schwierig für den Richtkanonier im Falle eines mit hoher Geschwindigkeit bewegten Zieles, die optische Achse 104a auf das Ziel eingestellt zu halten, sobald dieseserfaßt ist. D.h., der Kanonier wird zum Zentrieren des Zieles an der optischen Achse seines Zielfernrohres zunächst durch Betätigung des Steuergerätes 105 die Lafette 102 schnell in Drehung versetzen. Diese Drehung der Lafette 102 wird von dem Sensor 27 dem Computer 68 gemeldet, dieser wird sie jedoch als die als Winkelgeschwindigkeit gemessene Geschwindigkeit des Flugzeugs beim Vorbeifliegen deuten. Dementsprechend wird der Computer 68 ein Vorhaltwinkelsignal generieren, wodurch über den Servomotor 2k der die Ziellinie bestimmende Spiegel schnell verstellt wird (im Fall der Fig. 2 wird dabei die Ziellinie 104a schnell im Gegenuhrzeigersinn verschoben). Der Nettoeffekt dieser Drehbewegungen macht es für den Richtkanonier äußerst schwierig, das Flugzeug im Strichkreuz seines Zielfernrohres festzuhalten bzw. die Lafette mit der erforderlichen Drehgeschwindigkeit zu drehen, um das Flugzeug im Strichkreuz zu halten, was beides erforderlich ist, bevor mit dem genauen Feuern begonnen werden kann. Bei diesen in der Technik bekannten Systemen hat es sich also als schwierig erwiesen, den gewünschten Prozentsatz an Treffern mit dem Waffensystem zu erzielen, wenn es sich um mit hoher Geschwindigkeit bewegte Ziele handelt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes automatisiertes Feuerleitsystem zu schaffen.

Im einzelnen soll die Erfindung ein Feuerleitsystem schaffen, das das Anvisieren eines Zieles und das Festhalten desselben im Strichkreuz innerhalb eines verhältnismäßig kurzen Zeitintervalles ermöglicht und auf diese Weise beim Vorbeiflug

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eines Zieles innerhalb der Reichweite der Feuerwaffe eine verhältnismäßig lange Zeitspanne für den Abschuß des Zieles verfügbar macht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, und weitere Vorteile werden erzielt, bei einem zur Veranschaul ichung gewählten automatisierten Feuerleitsystem, bei dem eine zentrale Verarbeitungseinheit, ein Folgeradar, ein optischer Zielsucher oder ein Zielfernrohr mit beweglicher Zielachse und eine gesteuerte Waffe verwendet werden. Ein vom Kanonier betätigtes Steuergerät in einem ersten Regelkreis hält die das Suchgerät des Kanoniers kennzeichnende Ziellinie sowie die zugeordnete Folgeradarantenne auf den jeweils gegenwärtigen Ort des Zieles ausgerichtet. Die Computeranlage generiert ein Vorhaltwinkelsignal, das im Zusammenwirken mit dem die Ziellinie ablenkenden Servoregelkreis die Drehgeschwindigkeit der Geschützlafette steuert.

Entsprechend den von Fall zu Fall wechselnden Gesichtspunkten sind gemäß der Erfindung verschiedene Signale wahlweise zwischen den Ausgang der Steuereinrichtung des Kanoniers und das Betätigungsmittel zum Verschwenken der Ziellinie des Zielgerätes eingeschaltet, um die Ausrichtung der Ziellinie der Radarantenne zu steuern. Diese Signale stellen Computervorausberechnungen der voraussichtlichen Zielgeschwindigkeit sowie vom Radarempfänger entwickelte Radar- (und Ziellinien-) -fluchtungsfehlersignale dar. Unter der Annahme ausreichender Systemgenauigkeiten bewirkt der Nettoeffekt dieser Signale, daß das System einem Ziel automatisch folgt, sobald diese im Strichkreuz des Zielfernrohres erfaßt ist, wobei Korrekturen seitens des Kanoniers mit Hilfe seines Steuergerätes nur bei Auftreten etwaiger Ungenauigkeiten, d.h. bei etwaigem Abweichen des Zieles aus dem Strichkreuz des Zielfernrohres, erforderlich sind.

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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt und dem System des Standes der Technik gegenübergestellt.

Fig. 1 ist eine Darstellung der oben besprochenen, in der Technik bekannten automatischen Feuerleitanlage;

Fig. 2 ist eine verallgemeinerte Darstellung einer automatisierten Feuerleitanlage in ihrer Umgebung}

Figo 3 ist eine schematische Darstellung einer automatisierten Feuerleitanlage gemäß den Grundsätzen der Erfindung; und

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Datenverarbeitung für die Anlage gemäß Fig. 3.

Fig. 3 veranschaulicht ein automatisiertes Feuerleitsystem für Geschütze entsprechend den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung, Die Anordnung wird im Zusammenhang mit der automatisierten Geschützanlage der Fig. 2 mit selbsttätigem Folgeradar 106, 108, 110,einer Ziellinie 104, einer oder mehreren Feuerwaffen 100 u.dgl«, zur Vernichtung eines Luftfahrzeuges 112 verwendet. Die Anordnung gemäß Fig. 3 weist als Betätigungsmittel der Vorrichtungen einen Spiegelservomotor 24 zum Ändern der Ziellinie 104a des Zielfernrohres 104 (z.B. durch Drehung eines Spiegels); einen Geschützlafetten-Servomotor 22 zum Steuern der Relativstellung einer beweglichen .Geschützbatterie 102 in bezug auf einen festen Bezugsrahmen,^: z.B. auf Schiffsachsen.; und einen Antennenservomotor 25 zum Richten der Antenne 106 auf. Wie oben, ist auch hier die Besprechung auf eine Richtkoordinate (den Azimut θ) gerichtet, wozu zu bemerken ist, daß für die andere Richtkoordinate der Waffe (die Elevation 0) ähnliche Vorrichtungen und Schaltungen verwendet werden. Beispielsweise steuert der Geschützlafetten-

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Servomotor 22 die seitliche Ausrichtung der Lafette 22 im Uhrzeigersinn bzviim Gegenuhrzeigersinn, während ein ähnlicher Servomotor dazu dient, den Geschützlauf unabhängig von der Azimutausrichtung zu heben bzw. zu senken.

Die physischen Geräte (das Hardware) in der Anordnung gemäß Figo 3 sind in voll ausgezogenen Linien dargestellt, während der Teil des Systems von begrifflicher Bedeutung durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Beispielsweise zeigt *ig. 3 einen Summierknoten 10, der die Winkeldifferenz oder -abweichung zwischen Ziel und Geschützbatterie berechnet. In der Tat wird diese Differenz oder dieser Fehler von aem Kanonier optisch erfaßt, obwohl keine elektronische Vorrichtung verwendet wird, die tatsächlich ein elektrisches Signal zur Wiedergabe dieses Parameters erzeugt.

Die besondere Konstruktion und die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 3 wird nun besprochen. Wenn ein Kanonier, der entlang der Ziellinie 104a seines Zielfernrohres oder optischen Suchers 104 blickt, ein Feindflugzeug 112 erblickt, be-

tätigt er vor allem sein Steuergerät 105 in solcher Richtung, daß das Flugzeug im Mittelpunkt oder Strichkreuz des Zielfernrohres erscheint. Das elektrische Ausgangssignal der Steuereinrichtung 105 durchläuft die unten noch beschriebenen Suramierknoten 52, 53 und 57> und die Ausgangssignale des letzteren betätigen den Spiegelservomotor 24» Infolge dieses Vorganges verändert der Servomotor 24 die Lage der optischen Achse 104a im Sinne des einwandfreien Erfassens des Zieles (Zentrierens des Zieles in der Zielachse, und zwar durch Drehung eines Ablenkspiegels).

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird das Ausrichtsignal aus dem Servomotor 24 (das die Ausrichtung der Ziellinie 104a bestimmt) im wesentlichen durch einen Regelkreis gesteuert, der das Eingreifen des Richtkanoniers von Hand einschließt. Die Ausgangs-

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signale eines gedachten Summierknotens 10 (die mechanische Azimutstellung des Zieles in bezug auf die Geschützbatterie) wird einem zweiten algebraischen Summierknoten 12 zugeführt, dessen Ausgangssignale der Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Knotens 10 (der angestrebten Zielachsenausrichtung für die sich dann ergebende räumliche Beziehung zwischen Geschützlafette und Ziel) und den Ausgangssignalen des Spiegelservomotors Zh (der tatsächlichen Zielachsenausrichtung) entsprechen. Ein etwaiger Unterschied zwischen den beiden Arten von Eingangssignalen des gedachten Summierknotens 10 wird von dem Kanonier physisch wahrgenommen, indem er eine Abweichung des Zieles von dem Strichkreuz des Zielfernrohres feststellt und daher sein Steuergerät 105 für den Betrieb des Servomotors im Sinne der Beseitigung der Abweichung betätigt.

Die Vorrichtung 55 wird dazu verwendet, dem Summierknoten 57 den Ausgangssignalzustand (Drehgeschwindigkeit)für die Geschützlafette (Servomotor 22, Spiegelservomotor Zh und Plattfortnbewegung) zu signalisieren. Das Element 55 kann also ein einfacher Spiegelgeschwindigkeits-Trägheitskreisel sein, und die Ausgangssignale dieses Kreisels werden dem Summierknoten 57 in dem zu den Ausgangssignalen des Summierknotens 53 entgegengesetzten Sinn zugeführt. Der Sinn dieses Kreisels 55 ergibt sich aus einer Analyse des Stetigzustandes für den Fall, eines in einem Kreis um die Geschützstellung herum fliegenden Flugzeuges. Für einen solchen Stetigzustand ist die Ziellinie 104a an das Ziel geheftet und wird mit einer gewissen konstanten Winkelgeschwindigkeit gedreht. In ähnlicher Weise ist der Geschützlafettenmotor 22 an den voraussichtlichen Zielpunkt angeheftet; er läuft mit gleicher Winkelgeschwindigkeit um, eilt jedoch dem Ziel mit einem entsprechenden Vorhalt vor, der

der Entfernung und der Geschwindigkeit des Zieles abhängt. Da für den angenommenen Fall der optische Sucher oder das Zielfernrohr selbst drehfest mit der Geschützbatterie verbunden ist, bedarf es bei diesem Stetigzustand keiner weiteren

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Drehung des Spiegelservomotors. Der Kreisel 55 wird also dazu verwendet, dem Knoten 57 von einem Zielgeschwindigkeits-Vorhersagesignalausgang 70 über den Knoten53 zugeführte Signale, die sonst eine Drehung des Spiegels verursachen würden, aufzuheben. In ähnlicher Weise geht aus einer Analyse des Stetigzustandes hervor, daß die erforderliche Drehgeschwindigkeit ö der Lafette 102 dem Servomotor 22 über den Computer 68, (zusammen mit dem Vorhaltwinkelsignal) zugeliefert wird.

Es ist natürlich erwünscht, daß die Folgeradarantenne 106 in der mit der Ziellinie 104a betrachteten .Azimut- oder Θ-Ricbtung ausgerichtet ist, so daß das Ziel flugzeug im Radarsuchstrahl zentriert ist. Mit diesem Ziel wird der Antennenrichtservomotor 2^ einfach mit dem ilichtungsausgangssignal des Spiegel servomotors 2.h gekoppelt und diesem nachgeführt. Der Antennenservomotor 2j schließt aus noch, zu besprechenden Gründen ein zusätzliches, alternatives .elevation ε sign al für den Betrieb im Bereich niedriger Elevationen ein.

Der Computer 68 führt mehrere Systemfunktionen aus. Im einzelnen ermittelt der Computer 68 unter Verwendung der oben erwähnten Softwareprogramme 72, 67 der Modelle des Fluges des Zieles sowie der Ballistik des Geschosses den entsprechenden Vorhaltwinkel 1l4. Der Computer 68 leitet von dem Vorhersageteilprogramm 72 für den Flug des Zieles die projezierten Zielgeschwindigkeiten 6 und $ ab. Wie in Fig. 3 veranschaulicht, wird das Geschwindigkeitsausgangssignal 6 (für die Azimutverarbeitung) dem Summierknoten 53 zugeführt, während die Vorhai twinkel- (A_Q-) und 9-Signale dem Summierknoten 62 zugeführt werden. Die spezielle Datenverarbeitung für die Durchführung der genannten Funktionen des Computers 68 ist in Fig. ^i veranschaulicht.

Das vom Ausgang des Summierknotens 53 ankommende Eingangssignal der Winkelgeschwindigkeit der Elevationspeilung (0) wird

+ des Computers 68

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in einem Analog-Digital-Umsetzer 130 in die digitale Form umgesetzt und als digitales Eingangssignal dem Computer 68 zugeführt. Wenn als Eingangssignal eine Peil geschwindigkeit verwendet wird, wird diese zur Erzielung des Θ-Wertes integriert. Der Azimutpeiibwinkel (θ) wird zusammen mit dem ELevationswinkel (0) und der Zielentfernung (r) aus dem Radarempfänger 110 als Eingangssignal einem Koordinatenumwandler 132 für die Übersetzung von Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten zugeliefert. Das Software-Programm 132 wandelt die Polarkoordinaten, nämlich Azimut Θ, Elevation 0 und Entfernung (r) in die kartesischen Koordinatenwerte X, Y und Z um. Die Gleichungen für die Umwandlung von Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten, die den Algorithmus 132 für das Kodieren bilden, sind natürlich in der Technik bekannt. Dann wird ein Kaiman-Filter 71 verwendet, um die Datensignale zu "glätten" und die kartesischen Geschwindigkeitsvektoren X, Y und Z vorher zusagen und zu entwickeln (beispielsweise durch Messung der Koordxnatenanderungen über bekannte, sehr kurze Zeitintervalle).

Die in dem Datenverarbeitungsteil 71 entwickelten kartesischen Komponenten der Geschwindigkeit des Zieles werden in einem Koordinatenumwandler 13^· zur Umwandlung von kartesischen in Polarkoordinaten (abermals unter Anwendung bekannter Beziehungen) in Polarkoordinatenform gebracht und liefern die in Polarkoordinaten ausgedrückten Geschwindigkeiten θ, 0_β Die Azimutgeschwindigkeit 6 wird dann vom Computer 68 als Ausgangssignal geliefert und als zweites Eingangssignal dem Summierknoten 53 (Figo 3) zugeführt.

Die Ausgangssignale des Kaimanfilters 71 werden nun den Modellprogrammen 72 für den Flug des Zielkörpers und 67 für die Ballistik des Geschosses sowie einem zwischengeschalteten Koordinatenumwandler 135 zum Umwandeln der kartesischen Koordinaten in Polarkoordinaten für die laufende (iterative)

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Verarbeitung zugeführt, wobei Ausgangssignale erhalten werden, die den richtigen Vorhaltwinkel (λ_) 1 i4 sowie eine Änderungsgeschwindigkeit des Vorhaitwinke1s (Ä„) zwischen den Azirautwinkeln des Geschützes und der Ziellinie anheben, die an einem Summierknoten 139 mit der Peilwinkel geschwindigkeit des Zieles kombiniert werden. Die Ausgangssignale des Summierknotens 139 werden dann als Eingangssignale dem Summierknoten 62 (Figo 3) zugeführt. Auch hier sind die einzelnen Softwareteile (Fig. 4) an sich in der Technik bekannt, und erfordern daher keine weitere Erläuterung. Herangezogen werden können beispielsweise eine Druckschrift unter dem Titel "Advance Concepts in Terminal Area Controller Systems", H. McEvoy and H.C₀ Rawicz, Proceedings, Aeronautical Technology Symposium; Moskau, July 1973»oder LEC Report No. 23-2057-86C0 unter dem Titel "GFCS Mk86 Ballistics Improvement Study", Final Report, 31«Ma± 1973» Ausgearbeitet unter dem Vertrag Naval Ordinance System Command Contract No. X00017-67-C-23O9. Die Angabe dieser repräsentativen Druckschriften wurde zu Zwecken der Bezugnahme aufgenommen.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 ist zu h^merken, daß der Radarempfanger 110 ein Fehlersignal liefert, das als eines von mehreren Eingangssignalen dem Summierknoten 52 zugeführt wird und jede Abxv'eichung des Zieles aus seiner zentrierten Stellung in bezug auf die Ausrichtung der Radarantenne angibt. Beispielsweise kann also die mehrteilige Radaranlage IO6, 108, 110 ein Folgeradarsystem sein, das an symmetrisch abseits der Zentralachse der Antenne in Abständen voneinander liegenden Bereichen reflektierte Radarsignalanteile prüft. Wenn die Antenne in bezug auf das Flugzeug einwandfrei zentriert ist, sind diese empfangenen Signalanteile im wesentlichen amplitu— dengleich. Wenn die zwei Rücksignale von ungleicher Amplitude sind, was einen Ausrichtungsfehler der Antenne in bezug auf das Ziel andeutet, wird ein Signal generiert, das Richtung und

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Größe einer solchen Abweichung angibt. Dieses Signal wird ebenfalls als eines der Eingangssignal dem Summierknoten 52 zugeliefert.

Der Betrieb des in Figo 3 dargestellten zusammengesetzten Feuerleitsystems gemäß obiger Beschreibung wird im folgenden kurz zusammengefaßt. Dabei werden zunächst die Ausgangssignale des Radarempfangs-Verarbeitungsteiles 110 und das der Summierschaltung 53 zugelieferte Signal der projizierten Zielgeschwindigkeit vernachlässigt. 'Wenn dex¹ Richtkanonier ein Ziel entdeckt, betätigt er einfach sein Steuergerät 105 iⁿ solcher vVeise, daß über den Servomotor 24 die optische Ziellinie 104a auf den derzeitigen Zielort gerichtet wird. Während der Spiegelservomotor 24 die optische Ziellinie 104a ausrichtet, dienen das Richtausgangssignal des Servomotors 24 sowie die vom Computer 68 gelieferten Ausgangssignale für Vorhaltwinkel und Geschwindigkeit, die dem Summierknoten zugeliefert werden, als geschwindigkeitsbestimmende Eingangssignale für den die Geschützlafette 102 antreibenden Servomotor 21. Vnhrend also der Kanonier seine Steuereinrichtung 105 in solcher Weise be-Lätigt, dai3 seine Ziellinie 104a auf das Ziel gerichtet bleibt, generieren die vom Radarteil gelieferte Entfernungsangabe sowie die vom Kanonier entwickelte Angabe über die Änderungsgeschwindigkeit des Azimutwinkels eine Vorhaltwinkelvorhersage in solcher Weise, daß die Lafette relativ zur Ziellinie entsprechend ausgerichtet wird. Läiit man nun zunächst die Funktion der Summierknoten 52 und 53 noch außer acht, so arbeitet die Anordnung in der oben beschriebenen Weise noch weiter, während der Kanonier auch weiterhin sein Steuergerät 105 dazu benutzt, unter Ausführung aller erforderlichen Richttätigkeiten durch den. Servomotor 24 den jeweiligen Ort des Flugzeugs im Strichkreuz seines Zielfernrohres zu halten₀ Diese Tätigkeit bewirkt automatisch ein Ausrichten des Geschützes mit dem richtigen Vorhaltwinkel und mit der richtigen Drehgeschwindigkeit .

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Als wesentliche Hilfe für den Kanonier liefert daE Geschwindigkeitsausgang 70 des Computers dem Summierknoteη 53 und von dort über den Summierknoten 57 dem Servomotor 2k die Vorhersage des Computers für die Geschwindigkeit der Azimutwinkeländerung des Zieles zu, Venn die Vorhersage des Computers vollständig zutrifft und wenn eine einwandfreie Systemausrichtung im Stetigzustand vorausgesetzt wird, wird die
Geschwindigkeitsvorhersage des Computers durch das Ausgangssignal des Kreisels 5k- genau ausgeglichen, was andeutet, daß die Geschützlafette mit der erforderlichen Geschwindigkeit
umläuft, um den erforderlichen Vorhaltwinkel aufrechtzuerhalten. Die Ziellinie 10^a bleibt daher ohne Mitwirkung des
Steuergerätes 105 (also ohne Eingreifen des Kanoniers) in
solcher Weise ausgerichtet, daß das Ziel 112a im Strichkreuz des Zielfernrohres 1ü4 bleibt. ¥ird also eine derart präzise Tätigkeit des Systems vorausgesetzt, so wird das Geschütz
100 dem Ziel ohne Mitwirken der Bedienungsperson automatisch folgen. Nur wenn diese Folgetätigkeit etwas weniger präzise
wird, beobachtet der Kanonier einfach die Richtung und die
Geschwindigkeit der Abweichbewegung des Zieles aus dem Fadenkreuz und gibt über das Steuergerät 105 ein Signal ein, um das Ziel wie-ier in die einwandfreie Ziellinienflucht zu bringen. Bei dieser Funktionsweise braucht der Kanonier nur
kleinere und langsamer veränderliche Fehlersignale zu korrigieren, als wenn er gezwungen wäre, ganz auf sich selbst gestellt das Ziel im Strichkreuz zu halten. Genauigkeit und
Wirksamkeit der automatisierten Feuerleitung sind daher weitgehend verbessert.

In ähnlicher Weise dient auch das vom Radarempfangs- und Verarbeitungsteil 110 dem Summierknoten zugeführte Eingangssignal dazu, den Kanonier zu unterstützen, indem ein Korrektursignal geliefert wird, das defi Servomotor 2k in entsprechender Weise steuert, wenn der Radarteil feststellt, daß das Ziel

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sich in bezug auf die Antenne 106 aus der zentrierten Stellung herausbewegt, wie oben beschrieben. Da der Antennenservomotor 25 die Antenne 10(5 mit der Ziellinie 104a gemeinsam ausgerichtet hält, deutet jede Abweichung des Zieles von der zentrierten Lage in bezug auf die Antenne auch auf eine gleiche Abweichung des Zieles in bezug auf die Ziellinie 104a an. Die Summierlcnoten 52, 53 dienen also zum automatischen Ausrichten des Spiegelservomotors 2k (und somit auch, über den Computer 68 und den .Servomotor 22,der Geschützlafette) und vermindern daher weitgehend die Inanspruchnahme des Kanoniers und ermöglichen sogar häufig eine vollautomatische Steuerung ohne jedes Eingreifen von Hand, sobald das Ziel im Stx'ichkreuz erfaßt ist. Die Aufgabe des Kanoniers nach Erfassen des Zieles im Strichkreuz besteht dann nurmehr darin, kleinere Korrekturen vorzunehmen, um möglicherweise auftretende Ausrichtungsfehler der Antenne und der Ziellinie oder Mangel der Vorhersage der Flugzeuggeschwindigkeit zu korrigieren,

Es ist abermals zu betonen, daß die obige Besprechung und die Darstellung in Fig. 3 im Prinzip nur die Feuerleitung entlang einer der beiden erforderlichen Koordinaten betrifft. Der Besprechung wurde nämlich die Azimut- oder Θ-Koordinate der Feuerleitung zugrundegelegt. Wie ebenfalls bereits erwähnt, wird für die Elevationskoordinate oder die Veränderliche 0 eine ähnliche Konstruktion verwendet. So lenkt beispielsweise ein Servomotor für die Neigungswinke!verstellung die Ziellinie durch Verdrehen des Spiegels in vertikaler Richtung ab; ein Servomotor, entsprechend dem Servomotor 22, wird dazu verwendet, die Elevation des Geschützes zu erhöhen oder zu vermindern j und ein Servomotor, entsprechend dem Servomotor 25, wird verwendet, um die Neigung der Antennenachse zu vergrößern oder zu vermindern.

In der letzteren Hinsicht ist jedoch zu bemerken, daß es mit-

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unter unerwünscht ist, die .Elevation der Antenne unter einen gewissen Mindestwert zu senken. Beispielsweise ist es irr. Falle der Bordflalc (Marinef lugabivehr) unerwünscht, die Radarantenne so weit abwärts auszurichten, daß bedenkliche Reflexionen am WasserspiegeJ die Zielerfassung und Verfolgung im Falle eines in geringer Höhe fliegenden Flugzeuges stören könnten.

Für diesen Fall weist die zusammengesetzte Anordnung gemäß Figo 3 einen vertikalen Antennenkreisel 7^ auf, der dem Computer über einen Anschluß 75 die Elevation (0) der Antenne angibt. Wenn die Elevation dem gewünschten oder zugelassenen Minimalwinkel entspricht, schaltet der Computer die Antennensteuerung auf "Betrieb bei niedriger i/levation" um, bei dem dem Antennenelevations-Servomotor, der dem Motor 25 entspricht, ein Minimal elevationβwinkel zugeliefert wird. Wenn dieser Betriebszustand für niedrige Elevation herrscht (vas vom Computer 68 am Ausgangsknoten 80 signalisiert wird), tritt die Korrekturschaltung 66 in Tätigkeit und verhindert einen .Einfluß der vorsätzlich herbeigeführten Ülevations- oder 0-Achsenabiveichung zwischen der Radarantennenachse und der Ziellinie des Zielfernrohres. Die Schaltung 66 kann einfach aus einem gesteuerten Schalter zum unterbrechen der Verbindung zwischen den Teilen 1IO und 52 bestehen, der in Tätigkeit tritt, wenn vom zentralen Verarbeitungsteil 68 am Ausgangsknoten 80 der Eintritt in die Betriebsweise für niedrige Elevation gemeldet wird.

Xn Fig. 3 wurde also eine automatische Feuer!eitanlage veranschaulicht, die es in einfacher Weise gestattet, ein Ziel zi erfassen und zu verfolgen und eine Waffe darauf auszurichten, und das nur eines Minimums an Überwachung durch eine Bedienungsperson (einen Kanonier) bedarf, so daß deren Aufgabe vereinfacht und die Wirksamkeit eines Waffensystems erhöht wird.

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Die obun beschriebene Anordnung soll lediglich die Grundsätze der vorliegenden Erfindung vei*anschaul irhen«, Der Fachmann erkennt die Möglichkeit mannigfaltiger Abwandlungen und Aripassungsmaßnahmen ohne Abweichen vom £rfindungsgedanken. Beispielsweise können die geschviindigkeitsu-bhängigen Servomo toreingang.ssignale laut obiger Beschreibung durch zielortabhängige Eingangssignale ersetzt werden, wie dies in der Technik ebenfalls an sich bekannt ist, wenn in den entsprechenden Sensoren geeignete Abänderungen vorgenommen werden, wobei
sich eine entsprechend abgeänderte Ansprechcharakteristik ergibt. Beispielsweise kann ein zielortabhi'ngigei"· Kreisel anstatt eines geschwindigkeitsabhängigen Kreisels verwendet
taerdun, und das Ausgangssignal des Kreisels 55 kanr> al a Zielox'tsignal zusammen mit dem von der Steuereinrichtung 105 gelieferten Signal dem Spiegelservomotor 24 zugeliefert werden.

wird die Anordnung gemnK Figo 3 typischerweise auch
Einrichtungen aufweisen, die die Bewegungen der die tfaffe(n) 100_s das Zielfernrohr 10^, die Antenne 106 u_odgl„ tragenden
Plattform, beispielsweise infolge Schlingerns und Rollens
eines Schiffes, ausschaltet, üies ist ohne weiteres zu erreichen, indem ein weiterer Summierknoten oder eine -schaltung
üiit den Knoten in lieihe geschaltet oder einer der vorhandenen Knoten für mehrfache Summenbildung verwendet wird und diesem Knoten als Eingangssignale die für die Plattformgeschwindigkeit (Änderung der Stellung der Plattform) oder für die Stellung der Plattform selbst typischen Signale zugeliefert werden .

Patcntanspn'i ehe

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Feuerleitsystem zum Steuern der Geschoßbahn einer Waffe, in Kombination gekennzeichnet durch eine optische Suchvorrichtung (wie ein Zielfernrohr), einschließlich einer die optische Achse (Ziellinie) bestimmenden Einrichtung und einer Einrichtung zum variablen Einstellen der die optische Achse bestimmenden Einrichtung, eine vom Kanonier zu betätigende Steuereinrichtung, mit der die Einrichtung zum Einstellen der otpischen Achse, auf die von jener generierten Ausgangssignale ansprechend, verbunden ist, eine die Ausrichtung der Waffe verändernde Einrichtung, eine Einrichtung zum Melden des Ausrichtungszustandes der die Waffe ausrichtenden Einrichtung und eine mit der Einrichtung zum Melden des Ausrichtungszustandes der Waffe verbundene und auf deren Ausgangssignale ansprechende. Einrichtung zum Steuern der Einstelleinrichtung für die optische Achse.

System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine auf die Ausgangssignale der die optische Achse einstellenden Einrichtung ansprechende Einrichtung zum Steuern der die Ausrichtung der Waffe verändernden Einrichtung.

System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Polgeradare inrichtung.

System nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß die Polgeradareinrichtung eine Antenne und einen die Antenne ausrichtenden Servomotor aufweist, der von den Ausgangssignalen der die optische Achse bestimmenden Einrichtung gesteuert ist.

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ORlGlNAL INSPECTED

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5. System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine .Einrichtung zum ii.rmitfc.eln des Vor hai t winkel s und zum Zuliefern eines Vorhaltwinkelsignals zu der .Einrichtung zum Steuern der die Ausrichtung der Waffe verändernden Einrichtung,

6. System nach einem der Ansprüche t bis 5» gekennzeichnet durch ein Folgeradar einschließlich einer Empfangseinrichtung zum Erzeugen eines Signals, das dafür kennzeichnend ist_r ob die Radarantennenacbse mit einem Ziel fluchtet oder nicht _r und zum Zuliefern dieses der Stellung der Antennenachse in bezug auf das Ziel entsprechenden Signals an die Einrichtung zum Einstellen der die optische Achse bestimmenden Einrichtung.

7» System: nach Anspruch 6,, dadurch gekennzeichnet, daß eine Batem\rerarbeitungseinrichtung zum Generieren eines Ausgangssignals der Vorhersage der Bewegiingsgesehwindigkeit des Zieles vorgesehen ±st_f mit der die die optische Achse bestimmende Einrichtung derart verbunden ist, daß sie auf das von jener gelieferte Ausgangssignal der Vorhersage der Ziel geschwindigkeit anspx^icht.

8« System nach einem der Ansprüche ΐ bis 5» dadurch gekennzeichnet * daß eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Reneirieren eines Ausgangs signal s der Vorhersage der Bewegungsgeschwindigkeit des Zieles vorgesehen ist_f mit der die die optische Achse bestimmende Einrichtung derart verbunden ist, daß sie auf das von jener gelieferte Ausgangssignal der Vorhersage der Zielgeschwindigkeit anspricht.

9« System nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch; eine Einrichtung zum Berechnen des Yoritaltwinkels, mit der die Einrichtung zum Steuern der die Ausrichtung

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der Waffe verändernden Einrichtung, auf diese ansprechend, verbunden ist.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9» gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Ausrichten der Radarantenne in Abhängigkeit von der Ausrichtung der einstellbaren optischen Achse.

11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Melden von Fluchtungsfehlern der Radarantenne sowie eine auf diese ansprechende Einrichtung zum Steuern der Einstelleinrichtung für die optische. Achse.

12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Vorhersage der Zielbewegung sowie eine auf diese ansprechende"Einrichtung zum Steuern der Einrichtung zum Einstellen der optischen Achse.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, gekennzeichnet durch ein Folgeradar einschließlich einer Empfangseinrichtung zum Erzeugen eines Signals, das dafür kennzeichnend ist, ob die Radarantennenachse mit einem Ziel fluchtet oder nicht, und zum Zuliefern dieses der Stellung der Antennenachse in bezug auf das Ziel entsprechenden Signals an die Einrichtung zum Einstellen der die optische Achse bestimmenden Einrichtung.

14. System nach einem der Ansprüche 3 bis 13i dadurch gekennzeichnet, daß die Folgeradareinrichtung eine Antenne aufweist und daß diese Antenne und der optische Sucher (das Zielfernrohr) mit der gesteuerten Waffe unter der Steuerung durch die die Ausrichtung der Waffe verändernden Einrichtung gemeinsam bewegbar montiert sind.

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15. Feuerleitsystem zum Steuern der Geschoßbahn einer Faffe, in Kombination gekennzeichnet durch eine optische Sucheinrichtung (ein Zielfernrohr) mit einerEinrichtung,zum Bestimmen der optischen Achse und einer Einrichtung zum Einstellen der die optische Achse bestimmenden Einrichtung in variabler Weise, eine Radareinrichtung, eine Servobetätigungseinrichtung, die, auf¹ den Zustand der Einrichtung zum Ausrichten der optischen Achse ansprechend, normalerweise die Radarantenne entlang der optischen Achse ausrichtet, und eine Einrichtung, die verhindert, daß die Radareinrichtung eine Neigung unterhalb einer vorherbestimmten unteren Elevationsschwelle beim Unterschreiten dieser Elevationsschwelle durch die optische Achse verhindert.

16. System nach Anspruch 15» gekennzeichnet durch eine vom Kanonier zu betätigende Steuereinrichtung und eine Einrichtung zum Melden von Fluchtungsfehlern zwischen Antenne und Ziel, wobei die Einrichtung zum variablen Einstellen der die optische Achse bestimmenden Einrichtung in solcher ¥eise geschaltet ist, daß sie zum Steuern der die optische Achse bestimmenden Einrichtung auf die Steuereinrichtung und die Meldeeinrichtung für Fluchtungsfehler anspricht, wenn die Neigung der Antenne oberhalb der vorherbestimmten Elevationsschwelle liegt.

17· System zur Feuerleitung, in Kombination gekennzeichnet durch eine drehbare Lafette, eine Waffeneinrichtung, ein optisches Suchgerät (Zielfernrohr) und eine Radarantenne, die auf der Lafette gemeinsam drehbar montiert sindj eine erste Betätigungseinrichtung zum Verschieben der optischen Achse des optischen Suchgerätes in bezug auf die drehbare Lafette; eine Steuereinrichtung zum Anschalten der Betätigungseinrichtung zum Verschieben des optischen Suchgerätes; und eine zweite Betätigungseinrichtung,

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die, auf die von der ersten Betätigungseinrichtung bewirkte Ausrichtung der optischen Achse ansprechend, die Radarantenne mit der optischen Achse übereinstimmend ausrichtet.

1.8. System nach Anspruch 17» gekennzeichnet durch eine dritte Betätigungseinrichtung zum Drehen der Lafette.

19· System nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Entwickeln von den Vorhaltwinkel und die Lafettendrehgeschwindigkeit bestimmenden Ausgangssignalen, wobei die dritte Betätigungseinrichtung auf die Ausgangssignale der Datenverarbeitung s einrichtung und auf die erste Betätigungseinrichtung zum Verschieben der optischen Achse ansprechend, die Lafette selektiv in Drehung versetzt.

20. System nach Anspruch I9, gekennzeichnet durch eine Kontrolleinrichtung für die Lafettendrehung, die mit der ersten Betätigungseinrichtung in zu den AusgangsSignalen der Steuereinrichtung entgegengesetztem Sinn verbunden ist.

21. System nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch eine auf der Trägheit beruhende Kontrolleinrichtung, die auf die von der ersten Betätigungseinrichtung erzeugte Bewegung anspricht und die mit der ersten Betätigungseinrichtung in zu den Ausgangssignalen der Steuereinrichtung entgegengesetztem Sinn verbunden ist.

22. System nach einem der Ansprüche I7 bis 21, gekennzeichnet durch eine Kontrolleinrichtung für die Plattformbewegung, die mit der ersten Betätigungseinrichtung verbunden ist.

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