DE3225395A1

DE3225395A1 - Digitaler ballistikrechner fuer ein feuerleitsystem einer rohrwaffe

Info

Publication number: DE3225395A1
Application number: DE19823225395
Authority: DE
Inventors: Reiner Dr.-Ing. 2802 Ottersberg Diehl; Uwe Dipl.-Ing. 2940 Wilhelmshaven Paczula; Reinhard Dipl.-Ing. 2870 Delmenhorst Schröder
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1982-07-07
Filing date: 1982-07-07
Publication date: 1984-01-12
Also published as: US4568823A; CH660807A5; ES8404074A1; NL8302242A; ES523826A0

Description

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FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRANKTER HAFTUNG in Essen

Digitaler Ballistikrechner für ein Feuerleitsystem einer Rohrwaffe

Die Erfindung betrifft einen digitalen Ballistikrechner für ein Feuerleitsystem einer Rohrwaffe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Zur Berechnung der ballistischen Daten, wie Aufsatz und Vorhalt der Rohrwaffe oder Flugzeit des Geschosses in Abhängigkeit von den aktuellen Schußdaten, wie Zielentfernung, Munitionsart und Umweltparameter, z. B. Luftdruck, Lufttemperatur, Längswindgeschwindigkeit etc., werden vom Munitionshersteller für jede Munitionsart sog. Schußtafeln erstellt, die Aufsatz, Flugzeit und Vorhalt für diskrete Entfernungen bei festgelegten Umgebungsbedingungen oder Umweltparametern enthalten. Diese Umgebung sbe dingung en entsprechen z. B. der ICAO-Atmosphäre und sind die sog. Standardbedingungen. Von den Standardbedingungen abweichende Umgebungsparameter werden als gegenseitig unabhängig angesehen und sind als Korrekturgröße in den Schußtafeln aufgeführt .

In bekannten Ballistikrechnern werden zur Berechnung der Ballistikdaten im Rechner kontinuierliche Funktionen, welche die unter Standardbedingungen gültigen Schußtafeldaten approximieren, so gut wie

möglich nachgebildet, indem diese Funktionen entweder die Grundlage des Schaltungsaufbaus bilden (bei Analog-Rechnern) oder die Basis des realisierten Programms darstellen (bei Digital-Rechnern), wobei im letzten Fall Formeln für die Berechnung des Aufsatzes, des Vorhaltes und der Flugzeit in Hard- und Software programmiert werden. Die Struktur dieser die Schußtafeldaten approximierenden Funktionen ist gültig für alle Munitionsarten, während die in den Funktionen enthaltenen Koeffizienten einerseits nur für eine Munitionsart gelten und andererseits entsprechend den Korrekturgrößen bei von den Standardbedingungen abweichenden Umgebungsparametern variiert werden müssen.

Die Verwendung einer einzigen Struktur der Funktionen für alle Munitionsarten ist insofern nachteilig, als mit einer einzigen Struktur nicht alle für unterschiedliche Munitionsarten gültigen Schußtafeln genügend genau angenähert werden können. Das hat zur Folge, daß einerseits die berechneten Ballistikdaten für unterschiedliche Munitionsarten unterschiedlich genau sind und andererseits eine Nachrüstung der Rohrwaffe mit einer neuen Munitionsart nur dann möglich ist, wenn die vorhandene Funktionsstruktur auch die Schußtafeln der neuen Munitionsart ohne zusätzliche Koeffizienten genügend genau approximieren kann, was in den seltensten Fällen gelingt.

Weiterhin tritt häufig das Problem auf, daß die mit der ersten Munition erstellten Schußtafeln im Laufe der Zeit geändert werden, und zwar sowohl hinsichtlich der Anzahl und Art als auch hinsichtlich der

Werte der Schußtafelparameter. Solche Änderungen können im Ballistikrechner nicht ohne erhebliche Änderungen der Hard- und Software übernommen werden.

Ein weiterer Nachteil bei den bekannten Ballistikrechnern liegt in dem Konvergenzverhalten der Approximationsprozeduren. Es ist abhängig von der gewählten Struktur der Funktionen und von zusätzlich notwendigen Approximationsparametern, wie z. B. den Anfangswerten. Da es sich häufig um nichtlineare Optimierungsprobleme handelt, ist es sehr langwierig, eine befriedigende Lösung zu finden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen digitalen Ballistikrechner der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei ausreichender Genauigkeit in der Berechnung der Ballistikdaten flexibel ist gegenüber allen Änderungen der Schußtafeln und auch hinsichtlich des Austausches von Munitionsarten oder des Nachrüstens mit neuen Munitionsarten.

Diese Aufgabe ist bei einem digitalen Ballistikrechner der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Ballistikrechner werden zur Berechnung der ballistischen Daten direkt die für die jeweilige Munitionsart gültigen Schußtafeln herangezogen und nicht Funktionen, die ihrerseits bereits diese Schußtafeln nur approximieren. Dadurch ist einerseits keine aufwendige Approximation der

Schußtafeln notwendig und andererseits entstehen nur sehr kleine Approximationsfehler durch den Approximationsrechner. Die Genauigkeit der vom Ballistikrechner ausgegebenen Ballistikdaten ist so genau wie die Schußtafeln. Bei der Einbringung einer Munitionsart ist nur das Auswechseln oder Einsetzen entsprechender Speicherelemente der Speichereinheit notwendig. Änderungen am Approximationsrechner oder in dessen Rechenprogramm sind nicht erforderlich. Die in den Schußtafeln enthaltenen Daten können dabei unmittelbar, also unverändert, als Schußtafelwerte abgespeichert werden. Zur besseren Ausnutzung des Dynamikbereichs der Speichereinheit ist es jedoch vorteilhaft, als Schußtafelwerte nicht die ursprünglichen Schußtafeldaten zu nehmen, sondern aus den Schußtafeldaten Größen einzeln abzuleiten, z. B. durch Logarithmieren oder Normieren, und die so gewonnenen Größen als Schußtafelwerte abzuspeichern.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 2, insbesondere in Verbindung mit Anspruch 3· Durch diese Schußtafel-Informationsdaten lassen sich die abgespeicherten Schußtafelwerte mit Hilfe eines allgemeinen Rechen- programms im Approximationsrechner verarbeiten. Da dieses Rechenprogramm nur von der Struktur der Schußtafel- Datensätze und nicht von deren Inhalt abhängig ist, wird erreicht, daß bei Änderungen der Schußtafeln, z. B. Einführen einer neuen Munitionsart mit möglicherweise neuen oder zusätzlichen Parametern, keine Programmänderungen erforderlich sind.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch Ί, insbesondere in Verbindung mit Anspruch 5· Durch die Zuordnung von kompletten Schußtafel-Datensätzen zu räumlich voneinander trennbaren Speicherchips wird ein Austausch oder eine Vermehrung der Schußtafel-Datensätze in der Speichereinheit erleichtert.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines digitalen Ballistikrechners,

Fig. 2 einen Auszug aus für eine Munitionsart gültigen Schußtafeln,

Fig. 3 eine graphische Darstellung einer

mehrdimensionalen Interpolationsprozedur.

Der in Fig. 1 im Blockschaltbild dargestellte digitale Ballistikrechner für ein Feuerleitsystem einer Rohrwaffe weist eine Speichereinheit 10, einen auf die Speichereinheit 10 zugreifenden Approximationsrechner 11 und eine Ein-/Ausgangssteuervorrichtung 12 auf, welche den Fluß der Ein- und Ausgangsdaten zu und von dem Approximationsrechner 11 steuert. Die Speichereinheit 10 ist in eine Vielzahl von Speicherelementen oder Speicherchips 13 unterteilt, die räumlich trennbar voneinander ausgebildet sind. Jeder Speicherchip 13

ι kann a. 15. von einem IMU)M rea liniert werden.

Zur Berechnung der ballistischen Daten, wie Aufsatz und Vorhalt der Rohrwaffe und Flugzeit des Geschosses, werden vom Munitionshersteller für jede für die Rohrwaffe bestimmte Munition sog.

Schußtafeln geliefert. Ein Auszug aus solchen Schußtafeln ist in Fig. 2 dargestellt. In der in Fig. oben dargestellten, mit "0" bezeichneten Schußtafel ist z. B. der Aufsatzwinkel £, als Funktion der Zielentfernung R angegeben. Diese Abhängigkeit ist unter sog. Standardbedingungen gültig. Diese Standardbedingungen entsprechen festgelegten typischen Umwelt- und Munitionsparametern, z. B. den ICAO-(International Civil Aviation Organisation) Bedingungen und setzen eine bestimmte Luft- und Pulvertemperatur, einen bestimmten Luftdruck und eine bestimmte Mündungsgeschwindigkeit voraus. Abweichungen der Ballistikdaten bei Abweichungen von den Standardbedingungen der Umgebungsparameter sind als Korrekturgrößen in sog. Zusatztafeln enthalten, die in Fig. 2 mit I bis III gekennzeichnet sind. Die in der Standardtafel "0" angegebenen Ballistikdaten sind entsprechend den in den Zusatztafeln I bis III angegebenen Korrekturgrößen zu verändern, wobei die Korrekturgrößen als gegenseitig unabhängig angesehen werden. In den Schußtafeln in Fig. 2 unten ist in der Standardtafel "0" die Flugbahn des Geschosses in Abhängigkeit von der Zielentfernung unter Standardbedingungen angegeben, während die Zusatztafeln I bis III wiederum die entsprechenden Korrekturgrößen bei davon abweichenden Umweltparametern enthalten.

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Diese diskreten Daten der Schußtafeln sind in der Speichereinheit 10 als diskrete Schußtafelwerte enthalten, wobei die für unterschiedliche Munitionsarten gültigen Schußtafeln in separaten Speicherchips 13 abgespeichert sind. Die diskreten Schußtafelwerte können dabei die in den Schußtafeln enthaltenen Daten selbst sein - wie im Beispiel nachfolgend beschrieben - oder aus diesen Daten einzeln, z. B. durch Logarithm!eren oder Normieren, abgeleitet sein. Zusätzlich zu diesen Schußtafelwerten sind in den einzelnen Speicherchips 13 zusätzliche Informationsdaten über Aufbau und Umfang der abgespeicherten Schußtafelwerte abgespeichert, und zwar in Zuordnung zu den jeweils für eine Munitionsart gültigen Schußtafelwerten. Diese Informationsdaten bestehen aus Kennzeichnung der Munition, Schußtafellänge (Zahl der Entfernungsschritte), Anzahl der Schußtafelparameter, Anzahl der Stützstellen je Parameter und Entfernungsschritt, Werte der Stützstellen, Skalierung und Steuerworten für die Zuordnung von Umweltparametern zu den Zusatztafeln. Die abgespeicherten diskreten Schußtafelwerte aus den Standardtafeln (Standardwerte), den Zusatztafeln (Zusatzwerte) und die abgespeicherten Informationsdaten bilden einen sog. Schußtafeldatensatz, der jeweils für eine. Munitionsart gültig und komplett in einem Speicherchip 13 enthalten ist.

Die Verarbeitung der abgespeicherten Schußtafelwerte erfolgt im Approximationsrechner 11 mittels eines allgemeinen Rechenprogramms. Die aktuellen Schußdaten, wie Zielentfernung und Umweltparameter, z. B. Luftdruck, Lufttemperatur, Längs-r und Quer-

-ΙΟΙ Windgeschwindigkeit, stehen an den Eingängen Ik der Ein-ZAusgangssteuervorrichtung 12 zur Verfügung und werden von dieser dem Approximationsrechner 11 zugeführt. Der Approximationsrechner 11 ist derart ausgebildet, daß er zu den zugeführten aktuellen Schußdaten aus den diskreten Schußtafelwerten die den aktuellen Schußdaten benachbarten Stützstellen aufsucht und aus den ausgelesenen Stützstellen die Ballistikdaten durch mehrdimensionale Interpolation bestimmt.

In Fig. 3 ist eine mehrdimensionale Interpolationsprozedur des Approximationsrechners 11 für eine Zielentfernung R und einen Luftdruck ρ zum Ermitteln der Änderung des Aufsatzwinkels /l£ als Korrekturgröße für den zu der Zielentfernung R gehörigen Aufsatzwinkel £ graphisch dargestellt. Die mehrdimensionale Interpolation wird dabei durch eine mehrfache eindimensionale Interpolation realisiert .

Mit den dem Approximationsrechner 11 zugeführten aktuellen Schußdaten werden zunächst die Ballistikdaten als Ausgangsgrößen der Standardtafeln in Abhängigkeit von der eingegebenen Zielentfernung R durch lineare Interpolation zwischen den beiden be-„ nachbarten Schußtafelwerten ermittelt. In dem in Fig. 2 durch starke Umrahmung hervorgehobenen Beispiel erhält man auf diese Weise den Aufsatzwinkel £, für die Standardbedingungen aus den Schußtafelwerten entsprechend der Standardtafel "0" für eine zwischen den Entfernungen R„=500 m und R.=600 m liegende Zielentfernung R . Anschließend werden die Zusatzwerte /Δξ, für den Aufsatzwinkel g , die durch Umweltparameter

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beeinflußt sind, für jeden Parameter getrennt bestimmt. In dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel wird der Einfluß des Luftdrucks auf den Aufsatz betrachtet, wobei der aktuelle Luftdruck ρ zwischen den Luftdruckwerten p, und p₂ liegen soll, die im Schußtafeldatensatz enthaltene Stützstellen des Luftdrucks darstellen und in Fig. 2 schraffiert gekennzeichnet sind. Die aktuelle Zielentfernung R liegt zwischen den Stützstellen R„ und R.. Diese insgesamt vier Stützstellen werden ausgelesen und im Approximationsrechner 11 in einer mehrfachen, eindimensionalen linearen Interpolation bearbeitet, als deren Ergebnis die tatsächlich zu berücksichtigende Aufsatzänderung ^£ bestimmt ist, die dem ermittelten Aufsatzwinkel £ hinzugeschlagen wird und als tatsächlicher Aufsatzwinkel £, an einem der Ausgänge 15 der Ein-ZAusgangssteuervorrichtung 12 abnehmbar ist.

In dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel der mehrfachen eindimensionalen linearen Interpolation wird zunächst zwischen den Stellen p.. , R„ und ρ, , R. einerseits und den Stellen ρ , R und P₂» ^R4 andererseits linear interpoliert. Als Zwischenergebnis erhält man die Aufsatzänderungen At-, und Δ£ο an den Stellen p.. , R und p_o, R , Zwischen diesen

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beiden Werten wird abermals linear interpoliert und als Ergebnis wird die Auf satzänderung/\ g, bezüglich des Luftdrucks an der Stelle ρ , R ausgegeben. Diese gleiche Interpolationsprozedur wird für alle anderen Umweltparameter, z. B. der Lufttemperatur T, der Längswindgeschwindigkeit v, der MündungsgeschwindigkeitsabweichungΔ ν etc. durch-

geführt. Dor Gesamtaufsatz £' ergibt sich dann aus der Summe aLler Einzclwerte A£. plus des ermittelten Aufsatzwinkels £ . Für die beiden wei-

teren ballistischen Daten, wie Vorhaltwinkel -η und Geschoßflugzeit t„ wird die gleiche Interpolations-Prozedur zwischen entsprechenden Schußtafelwerten durchgeführt. Die für die aktuellen Schußdaten bestimmten aktuellen ballistischen Daten, Aufsatzwinkel £ ' , Vorhaltwinkel -η ' und Geschoßflugzeit t ' sind jeweils an einem der Ausgänge 15 der Ein-/Ausganges teuervorrichtung 12 abnehmbar.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es nicht zwingend, daß der Approximationsrechner 11 die ballistischen Daten aus den Schußtafelwerten durch lineare Interpolation bestimmt. Vielmehr können auch andere Arten von Approximationsrechnungen verwendet werden, z. B. Extrapolation, wobei Interpolation bzw. Extrapolation nach verschiedenen bekannten Verfahren, wie z. B. durch polynome erster oder höherer Ordnung, Spline-Approximation oder nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate erfolgen kann. Die Abweichung der so berechneten Aufsatz-, Vorhalt- und Flugzeitwerte von den theoretischen ballistischen Sollwerten kann auf diese Weise beliebig klein gemacht werden.

BAD ORIGINAL

Claims

PATENTANSPRÜCHE

/ϊ\ Digitaler Ballistikrechner für ein Feuerleitsystem einer Rohrwaffe, der für vorgebbare Schußdaten, wie Zielentfernung, Munitionsart und Umweltparameter, die Ballistikdaten der Geschoßbahn, wie Aufsatz, Vorhalt und/oder Flugzeit berechnet, gekennzeichnet durch eine digitale Speichereinheit (10) mit abgespeicherten diskreten Schußtafelwerten für jede zur Verwendung in der Rohrwaffe vorgesehene Munitionsart, die in Schußtafeln enthaltenen Daten unmittelbar entsprechen oder von diesen einzeln abgeleitet sind, und durch einen auf die Speichereinheit (10) zugreifenden Approximationsrechner (11), dem einerseits die Schußdaten zugeführt sind und der andererseits für die zugeführten Schußdaten aus den diskreten Schußtafelwerten die Ballistikdaten durch Approximation, z. B. Interpolation oder Extrapolation, bestimmt.

2. Ballistikrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit (10) noch zusätzliche Informationsdaten über Aufbau und Umfang der Schußtafeln, wie Schußtafellänge, Anzahl der Schußtafelparameter μnd dgl._; enthält.

3- Ballistikrechner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schußtafelwerte in Standard- und Zusatzwerten getrennt abgespeichert sind und mit den zugeordneten Informationsdaten einen für jeweils eine Munitionsart gültigen Schußtafeida tensatz bilden.

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'l·. Ballistikrechner nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Speichereinheit (10) als Festwertspeicher mit vorzugsweise austauschbaren Speicherelementen (I3), z. B. PROM's, ausgebildet ist.

5. Ballistikrechner nach Anspruch 3 und k, dadurch gekennzeichnet, daß in jeweils einem Speicherelement (13) ein für eine Munitionsart gültiger Schußtafeldatensatz abgespeichert ist.

6. Ballistikrechner nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Approximationsrechner (11) ein den Transfer der Ein- und Ausgangsdaten des Approximationsrechners (11) steuernde Steuervorrichtung (12) verbunden ist, an deren Eingangen (l^) die Schußdaten anliegen und an deren Ausgängen (15) die Ballistikdaten abnehmbar anstehen.

7. Ballistikrechner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Approximationsrechner (11) derart ausgebildet ist, daß er zu den zugeführten Schußdaten aus den diskreten Schußtafelwerten die den Schußdaten benachbarten Stützstellen aufsucht und aus den ausgelesenen Stützstellen die Ballistikdaten durch mehrdimensionale Interpolation, vorzugsweise durch eine mehrfache eindimensionale Interpolation, zwischen den Stützstellen bestimmt.