DE3543006A1 - Verfahren und einrichtung zum unterdruecken von stoerstrahlern im blickfeld eines bei der kommandolenkung von flugkoerpern eingesetzten ortungsgeraetes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Ünterdrücken von Störstrahlern im Blickfeld eines bei der Kommandolenkung von Flugkörpern eingesetzten Ortungsgerätes gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

Unter dem Begriff "Kommandolenkung" werden alle Lenkver­ fahren für Flugkörper, z. B. panzerbrechende Flugkörper zusammengefaßt, bei denen die Lenkkommandos für den Flugkörper in einem Lenksstand, z. B. am Boden, berechnet und dem Flugkörper mitgeteilt werden. Zur Berechnung der Lenkkommandos wird die Position des Flugkörpers benötigt. Zu dieser Positionsvermessung werden Ortungsge­ räte, z. B. im Infrarotbereich arbeitende Goniometer oder sogenannte Tracker eingesetzt, mit denen die Ablage des Flugkörpers von der optischen Achse bestimmt und aus dieser Messung dann Ablagesignale und daraus die Lenkkommandos erzeugt werden. Unabhängig von der Art des Ortungsgerätes ist dessen Blickfeld um ein Vielfaches größer als das im Grunde für die Positionsbe­ stimmung ausreichende optische Abbild des Flugkörpers.

Dies ermöglicht es einem Gegner, innerhalb des Ortungsge­ rätes Fehlmessungen zu bewirken, indem Störstrahler im Blickfeld des Ortungsgerätes abgesetzt werden. Die hieraus resultierenden Fehlmessungen führen ihrer­ seits zu falschen Lenkkommandos und gegebenenfalls zum Verlust des Flugkörpers.

Um derartige Fehlmessungen weitgehend auszuschalten, ist es aus der DE-PS 26 55 306 bekannt, das Blickfeld des Ortungsgerätes mit Hilfe einer in Position und Größe steuerbaren mechanischen Blende auf einen Fenster­ bereich um den Flugkörper herum zu beschränken, so daß alle Störstrahler außerhalb dieses Fensterbereiches die Messung des Ortungsgerätes nicht beeinflussen. Bei einem Infrarotgoniometer wird dieser Fensterbereich entsprechend dem genannten Stand der Technik durch eine mechanische Blende realisiert, bei einem abbildenden Tracker durch eine Beschränkung der Auswertung der Bildinformation auf den Fensterbereich, wie dieses in der DE-OS 32 11 354 erläutert ist. Das Fenster wird entsprechend den Positionsmessungen des Ortungsgerä­ tes nachgeführt. Aufgrund der Unsicherheit der Messung und aufgrund von Fehlern in der Nachführgenauigkeit muß das Fenster größer als das optische Bild des Flugkör­ pers sein. Die Größe des Fensters wird durch ein festge­ legtes Gesetz, z. B. durch ein Zeitgesetz gesteuert. Mit einem derartigen Verfahren bleiben die meisten Störstrahler unberücksichtigt, so daß der Flugkörper zuverlässig gelenkt werden kann.

Falls jedoch ein Störstrahler in das Blickfeld entspre­ chend dem Fenster gelangt, versagen die angegebenen Methoden zur Störunterdrückung. Das Ortungsgerät kann nicht mehr zwischen Flugkörper und Störstrahler unter­ scheiden, so daß dann, wenn der Flugkörper überstrahlt wird, Fehlmessungen auftreten und der Flugkörper nicht mehr richtig gelenkt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung der in Rede stehenden Art anzugeben, mit denen zuverlässig auch dann Störstrahler unterdrückt werden können, wenn diese in das durch das Fenster beschränkte Blickfeld des Ortungsgerätes gelangen und den Flugkörper überstrahlen.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die in den kennzeichnenden Teilen der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Merkmale gelöst.

Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren und Einrichtungen werden gemäß der Erfindung die Lenkkommandos für den Flugkörper nicht mehr aus der durch das Ortungsgerät gemessenen Ablage erzeugt, sondern aus Schätzwerten, die mit Hilfe eines Filters erzeugt werden, das ein Flugkörpermodell enthält und demgemäß als Beobachter wirkt. Dieser Beobachter wird noch verbessert durch ein Modell des Ortungsgerätes, in dem die Dynamik dieses Gerätes berücksichtigt wird. Diese Schätzwerte werden mit den von dem Ortungsgerät gemessenen Ablagesignalen vergli­ chen, die Differenz wird zur Stützung des Beobachters verwendet. Wird durch Datenanalyse ein Störfall festge­ stellt, so wird die Stützung unterbrochen und der Flugkörper aufgrund der Vorhersagewerte des Filters gelenkt. Dies sei anhand der Ablage des Flugkörpers als Kriterium für den Störfall erläutert:

Falls tatsächlich ein Störstrahler in das Fenster des Ortungsgerätes eindringt, springt der Meßwert des Ortungs­ gerätes in die Nähe des Störstrahlers und wird nach kurzer Zeit den um den geschätzten Wert der Flugkörperablage gelegenen Toleranzbereich verlassen. In diesem Moment wird das Filter von dem Ortungsgerät getrennt und liefert ab jetzt Vorhersagewerte, mit denen der Flugkörper jetzt gelenkt wird. Die tatsächliche Ablage des Flugkörpers und der durch das Modell gewonnene Vorhersagewert stimmen desto genauer überein, je besser das Flugkörpermodell ist. Da Modellfehler immer vorhanden sind, nimmt mit der Dauer der Störung der Fehler der Vorhersagewerte im allgemeinen zu. Entsprechend werden der Toleranzbereich und die Fenstergröße erhöht, damit der Flugkörper innerhalb des Fensters verbleibt und als solcher vom System erkannt wird, sobald der Störstrahler das Fenster im Blickfeld des Ortungsgerätes verlassen hat. Dies erfolgt in dem Moment, in dem der Meßwert des Ortungsgerätes wieder in den Toleranzbereich um den Schätzwert des Ablagesignales hineinfällt. Der Flugkörper wird jetzt wie vor Beginn der Störung gelenkt.

Der Toleranzbereich wird durch Analyse von Daten innerhalb des Lenkstandes ermittelt. Er ist ohne eine Steuerung entweder konstant oder wird aus Systemdaten berechnet, so z. B. der zeitlichen Änderung der Ablagesignale, der Flugkörperbeschleunigung, der Meßfehler, des Zielverhal­ tens oder des Visierlinienrauschens. Die Datenanalyse kann außer auf das Ablagesignal auf dessen zeitliche Ableitung oder noch auf weitere Signalparameter abstellen, z. B. die zeitliche Ableitung der Intensität oder das Signal/Rausch­ verhältnis. Für alle solche Signalparameter wird dann jeweils ein Toleranzbereich festgelegt. Diese Signalpara­ meter werden in der Datenanalyse auf Unregelmäßigkeiten untersucht, die eine Störung nahelegen. So können Störun­ gen in der Regel dadurch bestimmt werden, wenn ein oder mehrere überwachte Signale in ihren Werten relativ starke Sprünge zeigen. Mit einer solchen erweiterten Datenanalyse kann eine Störung früher und zuverlässiger erkannt werden als lediglich durch eine Datenanalyse der Ablage. Sobald wieder auf Nichtstörung erkannt wird, wird der von dem Ortungsge­ rät gelieferte Meßwert als richtig akzeptiert und die Zustandsgrößen des Filters neu initialisiert.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Lenkstan­ des zur Lenkung eines Flugkörpers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 den Signalverlauf von geschätzten und gemessenen Ablagesignalen, aufgetragen über der Zeit mit und ohne Störstrahler während der Flugkörper­ lenkung.

Ein in Fig. 1 gezeigter Lenkstand für die Kommandolen­ kung eines Flugkörpers weist ein Ortungsgerät 1 auf, in dem die winkelmäßige Ablage ε des Flugkörpers von der optischen Achse des Ortungsgerätes 1 erfaßt und aus dieser ein Meßwert ε _M bestimmt wird. Dieser Meßwert wird über ein Filter 3 geleitet, das im einzelnen aus einer mathematischen Nachbildung des Flugkörpers und des Ortungsgerätes, d. h. aus einem Flugkörpermodell 4 und einem Ortungsgerätemodell 5 besteht. Am Ausgang des Filters 3 liegen dann Schätzwerte für die Ablage des Flugkörpers an, die einem Ablageregler 2 zugeführt werden. In diesem Ablageregler werden dann die Lenkkomman­ dos K erzeugt, die in herkömmlicher Weise zum Flugkörper übertragen werden. Außerdem werden diese Lenkkommandos noch dem Flugkörpermodell 4 zugeführt. Das Filter 3 wird durch die Meßwerte des Ortungsgerätes 1 gestützt. Hierzu werden diese Meßwerte einem Vergleicher 6 zuge­ führt, der ebenfalls die im Ortungsgerätmodell 5 geschätz­ ten Meßwerte _M erhält, die in dem Ortungsgerätmodell 5 aus den Schätzwerten der Ablage gebildet wurden. Die Differenz der tatsächlichen und der geschätzten Meßwerte wird in einem Verstärker 7 verstärkt und über einen überlicherweise geschlossenen Schalter 8 dem Flugkörpermodell 4 zugeführt. Die Zustandsgrößen des Flugkörpermodelles 4 werden hierdurch so geändert, daß die Differenz zwischen dem tatsächlichen und geschätzten Meßwert zu Null gemacht wird.

Dem Ablageregler 2 und ebenfalls dem Flugkörpermodell wird noch ein Entfernungssignal r zugeführt, das in einem Entfernungsgenerator 9 nach einem bestimmten Zeitgesetz erzeugt wird. Dieses Entfernungssignal r berücksichtigt die Tatsache, daß die winkelmäßige Ablage des Flugkörpers in unterschiedlichen Entfernungen zwischen Flugkörper und Lenkstand jeweils einer unter­ schiedlichen metrischen Ablage entspricht, so daß die Lenkkommandos für den Flugkörper entsprechend darauf abgestimmt sein müssen.

Das Blickfeld des Ortungsgerätes 1 ist mit Hilfe einer hier nicht dargestellten gesteuerten Blende auf ein die Flugkörperposition umgebendes Fenster eingeschränkt. Die Größe dieses Fensters wird in einem kleinen Rechner 10 anhand des Entfernungssignales r aus dem Entfernungs­ generator 9 bestimmt.

Einem Datenanalyseblock 11 werden die Meßwerte des Ortungsgerätes 1 und die geschätzten Meßwerte des Ortungsgerätmodelles 5 zugeführt. Die Verarbeitung dieser Signale sei anhand der Fig. 2 erläutert. Um den Wert der jeweilig geschätzten Ablage _M wird entsprechend dieser Figur ein Toleranzbereich F gelegt. Der zeitliche Verlauf dieses Toleranzbereiches ist in Fig. 2 gepunktet dargestellt und kann als Toleranz­ schlauch bezeichnet werden. Man sieht, daß die geschätz­ ten Werte und die tatsächlichen Meßwerte für die Ablage bis zum Zeitpunkt t 1 aufgrund der Stützung des Filters mit dem Meßwert des Ortungsgerätes praktisch nicht differieren. Es sei angenommen, daß zu dem Zeitpunkt t 1 ein Störstrahler in das durch die erwähnte Blende beschränkte Blickfeld des Ortungsgerätes 1 eindringt. Das Ortungsgerät erfaßt diesen Störstrahler, so daß der Meßwert ε _M sich rasch in Richtung des Störstrahlers verändert. Aufgrund des Filters 3 folgt der geschätzte Meßwert diesem Sprung nicht, so daß der Meßwert ε _M relativ schnell im Zeitpunkt t 2 den oberen Rand des Toleranz­ schlauches erreicht. Dieses Kriterium wird in der Daten­ analyse als Anzeichen dafür genommen, daß eine Störung vorliegt. Der Datenanalyseblock 11 gibt praktisch unverzö­ gert ein logisches Signal L ab, wodurch zunächst der Schalter 8 geöffnet wird. Ab diesem Moment wird das Filter 3 nicht mehr von den Meßwerten des Ortungsgerätes gestützt. Der Flugkörper wird jetzt allein mit Hilfe der Vorhersagewerte gelenkt. Dieser Zustand des Filters wird als Vorhersagemodus bezeichnet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird die Breite des Toleranz­ schlauches ab dem Zeitpunkt t 2 kontinuierlich vergrößert, insbesondere um die Modellfehler während des ungestützten Betriebes des Filters 3 zu berücksichtigen. Außerdem werden noch Ausgangssignale S des Datenanalyseblockes 11 einem Rechner zur Vergrößerung des durch die Blende im Ortungsgerät 1 vorgegebenen Fensters zugeführt. Diese Fenstervergrößerung kann nach einem vorprogrammierten Zeitgesetz erfolgen; oder anhand der Ausgangssignale S des Datenanalyse­ blockes 11 gesteuert werden.

Die Ausgangssignale der beiden Rechner 10 und 12 werden in einem Summierglied 13 addiert und einer Steuerung 14 zugeführt, mit der die Blende des Ortungsgerätes 1 und damit das Fenster eingestellt wird. Diese Steuerung 14 erhält ferner als Eingangssignal noch den Schätzwert der Ablage, wodurch auch die Position des Fensters gesteuert wird.

Die beiden Maßnahmen, während des Vorliegens einer Störung das Fenster zu vergrößern als auch den Toleranzschlauch zu verbreitern, dienen dazu, daß nach Ende der Störung der Flugkörper in praktisch jedem Falle im Fensterbereich des Ortungsgerätes liegt und von diesem wieder erfaßt werden kann.

Nach einer gewissen Zeitspanne wird der Störstrahler das Fenster innerhalb des Blickfeldes des Ortungsgerätes verlassen und der Meßwert des Ortungsgerätes nähert sich wieder der tatsächlichen Flugkörperposition. Zu dem Zeitpunkt t 3 tritt bei dem hier angenommenen Fall der Meßwert in den Toleranzschlauch um den Vorhersagewert _M ein. Dieser Meßwert an der Schnittstelle mit dem Toleranz­ schlauch wird definitionsgemäß von dem Datenanalyseblock 11 als richtig akzeptiert. Über einen vom Datenanalyse­ block 11 angesteuerten Initialisierungsblock 15 werden die Zustandsgrößen des Filters 3 neu gesetzt, außerdem wird der Schalter 8 wieder geschlossen. Ab diesem Zeitpunkt t 3 erfolgt die Lenkung des Flugkörpers erneut mit Hilfe der geschätzten Ablage des im Stützmodus arbeitenden Filters 3.

An dem kurz darauf folgenden Zeitpunkt t 4 ist der Einfluß des Störstrahlers auf die Meßwerte völlig abgeklungen. Man sieht, daß die tatsächlichen und die geschätzten Ablage­ werte praktisch wieder zusammenfallen. Die Breite des Toleranzbereiches kann jetzt wieder verkleinert werden. Außerdem wird auch das Fenster, gesteuert durch den Rechner 12, verkleinert.

Im Vorhergehenden wurde die Erkennung des Störfalles allein aufgrund eines Vergleiches der Meßwerte des Ortungsgerätes und der entsprechenden geschätzten Werte vorgenommen. Dies kann jedoch auch, entweder allein oder zusätzlich durch andere Signalparameter, z. B. die Intensität des gemessenen Signales oder des Signalrausch­ verhältnisses bzw. deren zeitlichen Ableitungen erfolgen, was in Fig. 1 allgemein durch P angedeutet ist. Die Auswertung erfolgt wie beschrieben, d. h. im Datenanalyse­ block werden für diese Signalparameter Erwartungswerte aufgestellt, die dann mit den tatsächlich gemessenen Größen im Datenanalyseblock verglichen werden. Für jeden Erwartungswert wird wiederum ein Toleranzbereich festge­ legt. Auf Störung kann dann erkannt werden, wenn die gemessenen Werte aus diesem Toleranzbereich fallen. Eine Ermittlung des Störfalles kann in ähnlicher Weise auch durch weitere Sensor- bzw. Zielsignale z erfolgen, die ebenfalls dem Datenanalyseblock zugeführt und dort ent­ sprechend behandelt werden. Für die Erkennung des Störfal­ les kann lediglich ein Signal, z. B. das erwähnte Ablagesignal des Flugkörpers herangezogen werden. Oft kann es jedoch vorteilhafter sein, insbesondere hinsichtlich der Eindeutigkeit der Erkennung des Störfalles, mehrere Signale auf diese Weise zu behandeln und auf einen Störfall zu erkennen, wenn z. B. zwei Meßgrößen aus dem Toleranzbereich der entsprechenden Erwartungswerte fallen. Unabhängig von der Erkennung des Störfalles bleibt die Lenkung des Flugkörpers jedoch unverändert, d. h. die Lenkkommandos werden aufgrund von Schätzwerten für die Ablage des Flugkörpers gebildet.

Claims (9)

1. Verfahren zum Unterdrücken von Störstrahlern im Blick­ feld eines bei der Kommandolenkung von Flugkörpern eingesetzten Ortungsgerätes, dessen Blickfeld auf ein den Flugkörper umgebendes Fenster beschränkt ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
die Lenkkommandos für den Flugkörper werden anhand von Schätzwerten für die Ablage des Flugkörpers in bezug zu der optischen Achse des Ortungsgerätes erzeugt;
für beobachtbare Meßgrößen des Flugkörpers werden Erwartungswerte gebildet und mit entsprechenden Meßwer­ ten verglichen;
liegen diese Meßwerte innerhalb eines Toleranzberei­ ches um die Erwartungswerte, so wird die Berechnung der Schätzwerte für die Ablage des Flugkörpers durch die gemessene Ablage gestützt, liegen die Meßwerte jedoch außerhalb des Toleranzbereiches (Störfall), so wird die Stützung unterbrochen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als beobachtbare Meßgröße die Ablage des Flugkör­ pers von der optischen Achse des Ortungsgerätes verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß im Störfall der Toleranzbereich und anschlie­ ßend das Fenster vergrößert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Schätzwerte für die Ablage des Flugkörpers und Schätzwerte für die Meßwerte des Ortungsgerätes gebildet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geschätzten Meßwerte des Ortungsgerätes von den tatsächlichen Meßwerten subtrahiert werden, und daß diese Differenz verstärkt und zur Stützung bei der Berechnung der Schätzwerte für die Ablage des Flugkörpers verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung eines Störfalles als beobachtbare Meßgrößen die zeitliche Ableitung der Ablage die der Signal/Rauschabstände oder deren zeitliche Ableitungen verwendet werden.

7. Einrichtung zum Unterdrücken von Störstrahlern im Blickfeld eines bei der Kommandolenkung von Flugkörpern eingesetzten Ortungsgerätes, dessen Blickfeld mit Hilfe einer in Position und Größe steuerbaren Blende auf ein den Flugkörper umgebendes Fenster beschränkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ein Filter (3) mit einem mathematischen Modell (4) des Flugkörpers aufweist, in dem Schätzwerte für die Ablage des Flugkörpers von der optischen Achse des Ortungsgerätes (1) bestimmt und einem Ablageregler (2) zur Erzeugung von Lenkkommandos für den Flugkörper zugeführt werden, daß das Filter (3) eingangsseitig einen Schalter (8) aufweist, über den Stützwerte anhand der Meßwerte für die Ablage des Flugkörpers dem Filter (3) zuführbar sind, daß ein Datenanalyseblock (11) vorgesehen ist, in dem beobacht­ bare Meßgrößen für den Flugkörper mit Erwartungswerten verglichen werden, und daß dann, wenn die Meßwerte außerhalb eines Toleranzbereiches um die Erwartungswer­ te liegen, der Schalter (8) geöffnet wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (3) außer dem mathematischen Modell (4) des Flugkörpers auch ein Modell (5) für das Ortungsge­ rät (1) aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausgang des Datenanalyseblockes (11) außer mit dem Schalter (8) noch mit einem Rechner (12) zur Vergrößerung des Fensters im Blickfeld des Ortungs­ gerätes (1) verbunden ist.