DE3332795C2 - Feuerleitsystem für bewegte Waffenträger, insbesondere für Kampfpanzer - Google Patents

Abstract

Das Feuerleit- und Navigationssystem für bewegliche Waffenträger, insbesondere für Kampfpanzer, sieht vor, zur Primärstabilisierung beispielsweise eines Ziel- oder Sichtgeräts sowie zur Sekundärstabilisierung einer Waffe einen einzigen zentralen Sensorblock in Strapdown-Technologie zu verwenden, der zwei zweiachsige trockene, dynamisch abgestimmte Kreisel und drei einachsige Beschleunigungsmesser umfaßt. Die Beschleunigungswerte bzw. Drehraten werden im Digitalformat ausgegeben und verarbeitet, so daß außer den üblichen Feuerleitfunktionen zusätzliche Leistungen des Systems ermöglicht sind, insbesondere eine einwandfreie Navigation ohne externe Sichthilfen, eine exakte Feuerleitung sowie eine dynamische Punktstabilisierung der Waffe.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

— die im zentralen Sensorblock (8) eingesetzten Kreisel (1, 2) zweiachsige, trockene und dynamisch abgestimmte Kreisel sind;

— im zentralen Sensorblock (8) ein dritter einachsiger Beschleunigungsmesser (4) vorhanden ist,

— die Datenausgabe des Sensorblocks an die Recheneinheit (10,11) in einem Digitalformat erfolgt, und daß

— die digitale Recheneinheit (10,11) aus den vom Sensorblock (8) gelieferten digitalen Meßwerten außerdem

— gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig mit den Daten zur Primärstabilisierung auch die für eine Sekundärstabilisierung erforderlichen Stell- dzw. Regelgrößen errechnet und bereitstellt.

— die zur Ermittlung der Position des Waffenträgers erforderliche Navigationsrechnung sowie

— die Feuerleitrechnung zur Ermittlung der ballistischen Werte einschließlich der Kompensation der ballistischen Störungen beim Abschuß und der dynamischen Vorhaltbildung durchführt.

Die Erfindung betrifft ein Feuerleitsystem für bewegte Waffenträger nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, das sich insbesondere für Kampfpanzer aber auch für andere Fahrzeuge eignet, die für Ziel- und Ortungszwecke über ein primärstabilisiertes System und außerdem über ein relativ zum Fahrzeug bewegbares sekundärstabilisiertes System verfügen.

Von modernden Waffensystemen wird heutzutage verlangt, daß sie bei bewegtem Waffenträger eingesetzt werden können. Das bedeutet für ballistisch wirkende Waffen eine Kompensation der Störungen beim Abgang des Geschosses. Dazu muß die Bewegung der Waffe bekannt oder die Waffe muß stabilisiert sein, um die Bewegungen und damit Störeinflüsse des Trägers wie gegebenenfalls andere auf die Waffe wirkende Bewegungs- und Beschleunigungskomponenten zum Zeitpunkt des Geschoßabgangs zu kompensieren.

Am Beispiel eines modernen Kampfpanzers soll im folgenden aufgezeigt werden, welche Baugruppen heutzutage eingesetzt werden und welche Probleme dabei auftreten.

Betrachtet werden soll ein Kampfpanzer mit einer Rohrwaffe, die um zwei Achsen frei beweglich ist, das heißt um die Hochachse in azimutaler Richtung und um eine Elevationsachse in der Höhe. Ober den Höhen-Richtwinkel wird unter anderem die ballistische Bahn des Schusses und damit seine Reichweite bestimmt. Um die Waffe auch bei bewegtem Fahrzeug einsetzen zu können, muß die Bewegung des Waffenträgers kompensiert, das heißt die Waffe muß stabilisiert werden. Für ίο das Feuerleitsystem eiaes bekannten Kampfpanzers werden dazu mehrere Kreiselpakete als Sensoren zur Primärstabilisierung von Sichtmitteln und der Waffenanlage verwendet. Ein solches Kreiselpaket umfaßt in der Regel zwei einachsige Wendekreisel, die auf der is Waffe montiert sind und die Drehbewegung in Elevations- und Azimutachse messen und über je einen geschlossenen Regelkreis mit Hilfe von Richtantrieben ausgleichen. Für die Feuerleitung muß darüber hinaus zum Ermitteln der ballistischen Daten der Kantwinkel der Waffe bekannt sein, was durch einen Lotsensor erfaßt wird. Zusätzlich werden zur Vorstabilisierung der Waffe Wendekreisel in Turm und Wanne eingesetzt

Der Kampfpanzer als direkt gerichtete Waffe verfügt über Sichtmittel für Kommandanten und Richtschützen, mit denen die Lage des Ziels optisch festgestellt wird. Um diese Sichtmittel während der Fahrt benutzen zu können, müssen sie ebenfalls stabilisiert sein. Sind sie primärstabilisiert, so äedeutet das, daß auch die Sichtgeräte über zwei einachsige Wendekreisel-Pakete mit entsprechenden Servoantrieben und Regelkreisen verfugen. Damit stehen io einem solchen Kampfpanzer drei primärstabifisierte Geräte mit insgesamt sechs Wendekreiseln zur Verfugung. Diese Wendekreisel arbeiten jedoch unabhängig voneinander, so daß bei Ausfall eines Kreiselpaketes das andere dessen Funktion nicht miterfüllen kann. Ein Beispiel für die Stabilisierung eines einzelnen Gerätes mittels eines kardanisch aufgehängten Inertialsystems, das bei arretiertem Kardanrahmen auch als Strapdown-System betrieben werden kann, ist in der DE-OS 30 19 743 beschrieben.

Auch bei dem in der nicht vorveröffentlichten DE-OS 32 29 819 vorgeschlagenen Navigations- und Feuerleitsysum werden zwar die Kreiseldaten außer zur Stabilisierung einzelner Gerätegruppen unter Verwendung von Beschleunigungsmessern auch zu Navigationszwecken ausgewertet. Die verteilte Anordnung der Ini tialsensoren führt jedoch zu relativ großen Fehlern durch unbekannte Relativbewegungen der Instrumente zueinander, beispielsweise durch Schwingungen des Turms, Spiel in der kardanischen Aufhängung und so weiter.

Das Schießen bei schnellbewegter Waffe ist daher aus den folgenden Gründen nur mit reduzierter Treffgenauigkeit möglich:

1. Die Waffenbewegung ist nicht vollständig bekannt, da die Kreisel nur Drehraten messen können. Damit ist keine Aussage über die translatorische Bewegung der Waffe möglich. Wie jedoch die F i g. 1 veranschaulicht, überlagern sich die Fahrzeuggeschwindigkeit V/r sowie die Richtgeschwindigkeit Vr (Drehwinkelgeschwindigkeit ωχ) der Anfangs- oder Mündungsgeschwindigkeit Vo des Geschosses, so daß sich eine tatsächliche Geschoßgeschwindigkeit V₀ ergibt.

2. Die Stabilisierung wird üblicherweise nur als sogenannte Richtungsstabilisierung durchgeführt. Das bedeutet, wie in Fig. 2 veranschaulicht, daß der Richtungsvektor unabhängig von den auftretenden Drehraten des Waffenträgers im Raum richtungsstabilisiert

bleibt, aber zu sich selbst parallel verschoben wird. Je nach Fahrtrichtung von Waffenträger und Ziel können damit relativ große translative Verschiebungen auftreten, die durch die Stabilisierungsanlage allein nicht ausgeglichen werden können.

3. Die translatorischen Verschiebungen können über sogenannte Mitrichthilfen und dynamische Vorhaltbildung kompensiert werden. Dazu gibt der Richtschütze an einem Richtgriff die Richtgeschwindigkeit vor, die vom Feuerleitsystem zur Vorhaltberechung verwendet wird. Diese Richtwinkelgeschwindigkeit cürs enthält jedoch sowohl Komponenten der Geschwindigkeit des Waffenträgers VW als auch der Geschwindigkeit des Ziels Vz(siehe Fig.3). Die Zielgeschwindigkeit Vzmuß jedoch entsprechend dem Vorhaltewinkel a>_y kompensiert werden, während die Geschwindigkeit des Waffenträgers Viv selbst als ballistische Störung beim Abgang des Geschosses behandelt werden muß. Durch die Vermischung beider Informationen im Richtsignal <w«s ist beides gemeinsam bei bewegtem Waffenträger heute nicht möglich oder anders ausgedrückt, der Waffenträger muß zum Zeitpunkt des Schusses kurzzeitig anhalten, so daß nur einer der beiden Informatio^swerte benötigt wird und erfaßt werden kann, oder es kommt in erheblichem Maße auf die Erfahrung des Richtschützen an, wie genau das Geschoß bei fahrendem Waffenträger das bewegte Ziel trifft. In der Regel sind auch über Mitrichthilfen dynamische Vorhaltbildungen nicht korrekt zu ermitteln.

4. Die einachsigen Wendekreisel in den heutigen Waffenstabilisierungsanlagen geben ein Analog-Signal aus und besitzen im allgemeinen nur eine begrenzte Bandbreite und Stabilität Damit ist es kaum möglich, die gemessenen Drehraten auch für andere Funktionen als für die Stabilisierung des dem Kreiselpaket zugeordneten Geräts zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feuerleit- und Navigationssystem für bewegte Waffenträger zu schaffen, das alle für die Feuerleitung und die Stabilisierung der Waffe unter allen denkbaren Fahrbedingungen von Waffenträger und Ziel notwendigen Informationen mißt und zusätzlich Führungsinformation für taktische Aufgaben zur Verfugung stellt. Darüber hinaus soll die Genauigkeit des Gesamtsysiemr· verbessert und sollen neue taktische Einsatzmöglichkeiten erschlossen werden.

Die erfndungsgemäße Lösung is; im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die oben erläuterte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Außer den bereits angesprochenen Vorteilen der Erfindung ist auch der geringe technische Aufwand im Vergleich zu den bisher in dreifacher Ausführung vorhandenen Wendekreiselpaketen zu erwähnen. Das erfindungsgemäße digitale Navigationssystem in Strapdown-Technik benötigt außer den intertialen Sensoren keine komplizierten aufwendigen mechanischen Teile. Es umfaßt lediglich zwei zweiachsige trockene, dynamisch abgestimmte Kreisel sowie drei einachsige Beschleunigungsmesser, die mit den Kreiseln in einem einzigen Sensorblock zusammengefaßt sind. Damit sind alle aufgabengemäßen Funktionen vollständig autonom und ohne Störungsmöglichkeit von außen ausführbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf c*h Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 eine bereits erläuterte Skizze zur Verdeutlichung, weiche zusätzlichen Geschwindigkeitskomponenten üum Zeitpunkt des Abgangs auf ein Geschoß additiv überlagernd wirken,

Fig.2 eine ebenfalls bereits erläuterte Darstellung zur Verdeutlichung der Richtungsstabilisierung der Waffe eines im Gelände bewegten Waffenträgers,

F i g. 3 die für dynamische Vorhaltbildung bei bewegtem Ziel und bewegtem Waffenträger zu berücksichtigenden Geschwindigkeiten,

F i g. 4 ein konkretes, erprobtes Ausführungsbeispiel eines Strapdown-Sensorblocks, wie er erfindungsgemäß zur Primäi- und Sekundärstabilisierung vorgeschlagen wird,

Fig.5 den Blockschaltbildaufbau eines Feuerleitsystems im Zusammenhang mit der Erfindung und

F i g. 6 eine der F i g. 2 entsprechende Darstellung zur Verdeutlichung des Unterschieds einer Punktstabilisierung im Vergleich zu einer Richtungsstabilisierung.

Der Sirapdown-Sensorblock umfaßt gemäß Fig.4 zwei senkrecht zueinander angeordnete trockene, dynamisch abgestimmte zweiachsige Kreisel 1 und 2 sowie drei einachsige in den drei Raumachsen ausgerichtete Beschleunigungsmesser 3, 4, 5. Die Beschleunigungsmesser 3, 4,5 ermitteln die Fahrzeugbeschleunigungen in drei orthogonalen Achsen und die Kreisel 1,2 messen die Drehraten ebenfalls in drei orthogonalen Achsen. Durch Integration der Beschleunigungen unter Berücksichtigung der Richtung kann damit die Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt werden. Durch Integration der Fahrzeuggeschwindigkeit erhält man den zurückgelegten Weg. Sind die Ausgangsposition und die Anfangsgeschwindigkeit des Fahrzeugs bekannt, so ist damit eine Navigation möglich, das heißt, es läßt sich ständig die aktuelle Fahrzeugposition im dreidimensionalen Raum errechnen.

Um das System voll autonom arbeiten zu lassen, ist außerdem eine Selbstausrichtung, das heißt das selbständige Auffinden der Richtung von geographisch Nord Voraussetzung. Die gemessenen Drehraten können zur Primärstabilisierung des die Kreisel tragenden Fahrzeugs herangezogen und außerdem zur Sekundärstabilisierung eines weiteren Geräts mitbenutzt werden. Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Arbeitsweise des Gesamtsystems im einzelnen erläutert: Angenommen werden soll ein Kampfpanzer mit stabilisierter Waffe und stabilisiertem Sichtgerät Der in Fig.4 dargestellte Strapdown-Sensorblock mit zwei Kreiseln 1,2 und drei Beschleunigungsmessern 3,4,5 ist zur Primärstabilisierung der Sichtlinie in das Sichtgerät integriert und wird gleichzeitig zur Sekundärstabilisierung der Waffe verwendet.

Das Blockschaltbild der F i g. 5 gibt eine Übersicht über das Feuerleitsystem. Ein Strapdown-Sensorblock 8 ist in ein Zielgerät β integriert, das mit Hilfe von Regler und Servoantrieben 7 prirnärstabilisiert wird. Die zur Stabilisierung ermittelten Drehraten werden durch eine Regelelektronik 16 einer Waffe 15 zur Sekundär-Stabilisierung der Waffj mitbenutzt. Zur Verbesserung der Stabilisieri'ngsgüte kann die Waffe mit Hilfe eines Feuerleitrechners 10 nachstabilisiert werden. Darüber hinaus berechnet der Feuerleitrechner 10 'abhängig vom Geschoßtyp die ballistischen Werte sowie Vorhalt und Aufsatz. Über einen Richtgriff 9 kann die Führungsgröße als Richtgeschwindigkeit auf Zielgerät und Waffe gegeben werden.

Ein Navigationsrechner 11 ermittelt aus Drehraten

und Beschleunigungen, gemessen durch den Strapdown-Sensorblock 8, Geschwindigkeit und Position, bezogen auf das Trägerfahrzeug. Ein Anzeige- und Bediengerät 13 dient zum Anzeigen der ermittelten Werte, z. B. der Position in UTM-Koordinaten und zur Eingabe, z. B. der Startposition. Weitere Sensoren 14 wie z. B. Wärmebild-Nachtsichtgeräte, können zur Ergänzung in das System integriert werden.

Durch die Mehrfachausnützung der Sensoren werden über die eigentliche Stabilisierungsaufgabe hinaus aus den gemessenen translatorischen Beschleunigungen und den Drehraten die Positionsdaten des Trägerfahrzeugs ermittelt. Als Zwischenergebnis der Navigationsrechnung ermittelt das System darüber hinaus die Lagewinkel der Waffe, die zum Verkantungsausgleich zur Berechnung der ballistischen Winkel benötigt werden. Außerdem ist die Bewegung der Waffe beim Abschuß vollständig bekannt, so daß ballistische Störungen kompensiert werden können.

Eine mit der Erfindung mögliche Verbesserung ist dadurch gegeben, daß bei Kenntnis der Zielentfernung die Waffe punktstabilisiert werden kann, wie die F i g. 6 verdeutlicht. Ferner läßt sich über die Richtbewegung die tatsächliche Zielbewegung ermitteln, da die Fahrzeugbewegung bekannt ist. Damit wird eine korrekte dynamische Vorhaltbildung bei gleichzeitiger korrekter ballistischer Kompensation ermöglicht.

Als besonderer Vorteil der mit der Erfindung gegebenen Navigationsfähigkeit zusammen mit einer Richtungsreferenz ist außerdem der Einsatz der Waffe im indirekten Schuß, das heißt ohne direkte Sichtverbindung zum Ziel möglich. Damit kann die Waffe für neue taktische Aufgaben zum Beispiel zur Hubschrauberabwehr und zur Unterstützung der Artillerie bei einem Feuerschlag eingesetzt werden. Darüber hinaus bietet die Navigationsfähigkeit dem Kommandanten zusätzliche Führungshilfen, insbesondere die Anzeige der eigenen Position und die Anzeige der Position anderer Fahrzeuge seines Trupps, so daß die Sichtverbindung der freundlichen Fahrzeuge zueinander zur taktischen Führung nicht mehr unabdingbare Voraussetzung ist.

Damit ist auch unter schwierigen Sichtbedingungen zum Beispiel unter ABC-Bedingungen oder bei Nacht der Einsatz ohne Degradation der Systemleistung möglich. Das gleiche gilt für den Kampf im monotonen oder im fremden Gelände, in dem keine Orientierungspunkte zu finden sind.

Das erfindungsgemäße System arbeitet verschleißarm und wartungsfrei. Durch die digitale Systemauslegung können die Meßwerte mehrfach benutzt und Zwischenergebnisse verwendet werden. Dadurch ist eine deutliche Verbesserung der Leistung des Gesamtsystems gegeben und neue Einsatzmöglichkeiten sind eröffnet.

_

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

eo

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Feuerleitsystem für bewegte Waffenträger, insbesondere für Kampfpanzer, mit Primärstabilisierung eines Ziel- oder Sichtgerätes und Primärstabilisierung der Waffe, mit

   — einem zentralen Sensorblock (8) in Strapdown-Technik mit zwei Kreiseln (1, 2) und zwei einachsigen Beschleunigungsmessern (3, 5) sowie mit

   — einer Recheneinheit (10, 11), die aus den vom Sensorblock (8) gelieferten Meßwerten die zur Primärstabilisierung erforderlichen Stell- bzw. Regelgrößen errechnet und bereitstellt,