DE3818444A1

DE3818444A1 - Verfahren zur bedrohungsanalyse fuer ein heeresflugabwehrsystem

Info

Publication number: DE3818444A1
Application number: DE19883818444
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Rer Nat Andre; Horst Dr Ing Kirchhoff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1988-05-31
Publication date: 1989-12-07

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bedrohungsanalyse für ein mit mehreren Waffensystemen arbeitendes Heeres flugabwehrsystem, bei dem von seiten eines Bedrohungsanalyse durchführenden Führungsfahrzeugs des Batterieführungskreises Zielzuweisungsvorschläge und Zielrücknahmen bezüglich der jeweils einen Waffenwirksamkeitsbereich überdeckenden Waffensysteme gemacht werden.

Bei der Feuerleitberechnung im Führungsfahrzeug des Batterie führungskreises eines Heeresflugabwehrsystems werden durch eine Bedrohungsanalyse Zielzuweisungsvorschläge und Zielrücknahmen gemacht. Als Bekämpfungsraum wird dabei bislang ein einem jeden Waffensystem zugeordneter kreisförmiger Waffenwirksamkeitsbereich angenommen. Optimale Zielzuweisungen und -rücknahmen lassen sich jedoch unter dieser Annahme nicht immer realisieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, das bislang angewendete Verfahren zur Bedrohungsanalyse so zu verbessern, daß sich aufgrund der Luftlage, der Bekämpfungsqualität der Waffensysteme und der taktischen Regelungen optimale Zielzuweisungsvorschläge und Zielrücknahmen machen lassen, wobei zu den taktischen Regelungen auch die Zuweisung von Bekämpfungsräumen zählt.

Gemäß der Erfindung, die sich auf ein Verfahren der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß für die Dialogabwicklung im Batterieführungskreis nach Maßgabe taktischer und räumlicher Bedingungen festgelegte Sektoren (Bekämpfungssektoren) der kreisförmigen Waffenwirksamkeitsbereiche in Rechnung gestellt werden und daß zur Bestimmung des Bekämpfungsqualitätswertes eines jeden Waffen systems zunächst Einzelqualitätswerte berechnet werden, die nur von einem Parameter, nämlich z. B. von der Zeit, während der eine Bekämpfung möglich ist, abhängen.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden im folgenden anhand von vier Figuren erläutert. Es zeigen schematisch

Fig. 1 einen kreisförmigen Waffenwirksamkeitsbereich,

Fig. 2 den kreisförmigen Waffenwirksamkeitsbereich zusammen mit einem Bekämpfungssektor,

Fig. 3 ein Batterieführungsfahrzeug und drei Waffensysteme mit deren Bekämpfungsräumen,

Fig. 4 eine geometrische Darstellung zur Verdeutlichung des Verfahrens nach der Erfindung und der entscheidenden Zeitpunkte.

Das zur Zeit bekannte Verfahren zur Bedrohungsanalyse für die Heeresflugabwehr geht davon aus, daß der Waffenwirksamkeitsbereich eines jeden Waffensystems WaSys, wie in Fig. 1 dargestellt ist, ein Kreis K mit einem Radius R ist. Unter Umständen steht jedoch gemäß Fig. 2 nur ein durch drei Grenzlinien BS 1, BS 2, WS eingeschlossener Sektor S dieses Kreises K zur Ver fügung, der nach Maßgabe taktischer und räumlicher Bedingungen festgelegt wird.

Für eine effiziente Dialogabwicklung im Batterieführungskreis ist es jedoch gemäß der Erfindung erheblich besser, wenn gemäß Fig. 3 die Waffenwirksamkeitssektoren von der in einem Führungsfahrzeug TPz durchgeführten Bedrohungsanalyse in Rechnung gestellt werden. Im Beispiel nach Fig. 3 sind den beiden Waffensystemen WaSys 1 und WaSys 3 die Sektoren S 1 bzw. S 3 und dem Waffensystem WaSys 2 ein kreisförmiger, geschlossener Waffen wirksamkeitsbereich S 2 zugeteilt.

Das im folgenden anhand der Fig. 4 detailliert beschriebene Verfahren nach der Erfindung berücksichtigt die Sektoren S 1 und S 3 nach Fig. 2.

Zur Bestimmung des Bekämpfungsqualitätswerts eines jeden Waffensystems werden zunächst Einzelqualitätswerte berechnet, die nur von einem Parameter, z. B. der Zeit, während der eine Bekämpfung möglich ist, abhängen. Dadurch wird es ermöglicht, beim Zusammensetzen des Bekämpfungsqualitätswertes einen Einzelqualitätswert anders zu wichten oder ihm Priorität einzuräumen, was beispielsweise durch geänderte taktische Grundsätze notwendig werden kann.

Als Nullpunkt des Koordinatensystems wird der Ort des gerade betrachteten Waffensystems WaSys gewählt. Die X-Achse zeigt nach Osten und die Y-Achse nach Norden. Wegen der Symmetrie des Problems werden bevorzugt Polarkoordinaten verwendet.

Zur Beschreibung werden die folgenden Größen eingeführt:

Bewegungsgleichung des Ziels: (x _z+v _x · t, y _z+v _y · t);
Gleichung einer vom Waffensystem WaSys ausgehenden Richtung (a · cos (ϕ), a · sin (ϕ));

Dabei bedeuten:
x _z: X-Komponente der Entfernung zwischen Ziel und WaSys.
y _z: Y-Komponente der Entfernung zwischen Ziel und WaSys.
v _x: X-Komponente der Zielgeschwindigkeit.
v _y: Y-Komponente der Zielgeschwindigkeit.

Diese Größen gelten zum Zeitpunkt der Zielmeldung, v _x und v _y sollten bezüglich des Bewegungstrends korrigiert sein.

t: Zeit, relativ zum Zeitpunkt der Zielmeldung.
a: radialer Abstand vom Waffensystem WaSys.
ϕ: Richtungswinkel, zunehmend entgegen dem Uhrzeigersinn; ϕ = 0 ist die Richtung der positiven X-Achse.
R: Waffenwirsamkeitsreichweite.

Je Ziel und Waffensystem WaSys sind die folgenden in Fig. 4 beispielhaft eingetragenen Größen zu bestimmen:

a) Eintritt des Ziels in den Bekämpfungssektor:
ϕ₁, a₁, t₁.
b) Austritt des Ziels aus dem Bekämpfungssektor:
ϕ₂, a₂, t₂.
c) Eintritt des Ziels in den Waffenwirksamkeitsbereich:
ϕ _e, R _e, t_e.
d) Austritt des Ziels aus dem Waffenwirksamkeitsbereich:
ϕ _a, R_a, t_a.
e) Erreichen des Wechselpunktes (Punkt auf der Flugspur mit dem kürzesten Abstand zum WaSys):
ϕ _w, a_w, t_w.
f) Flugrichtung des Ziels: ϕ _z.

Die Formeln zur Berechnung dieser Werte sind im folgenden zusammengestellt.

Aus der Zielbewegungsgleichung und der Richtungsgleichung lassen sich die folgenden Beziehungen herleiten.

A) Wann (t) erreicht das Ziel eine bestimmte Richtung (ϕ) bezüglich des Waffensystems WaSys und in welchem Abstand (a): a = (y _z-(v _y/v_x) · x_z)/(sin ϕ-(v _y/v _x ) · cos ϕ) (1)t = (y _z-x _z · tan ϕ)/(v _x · tan ϕ-v _y) =(y _z/tan ϕ-x _z)/(v_x-v_y/tan ϕ) (2)da tan ϕ gegen unendlich gehen kann.
B) Wann (t) tritt das Ziel in den Waffenwirksamkeitskreis R ein bzw. verläßt ihn und bei welchen Richtungen (d): ϕ=arc tan ((y _z+v_y · t)/(x_z+v_x · t)); (4)
C) Flugrichtung des Ziels: ϕ _z = arc tan (v _y/v_x);
D) Richtung des Wechselpunkts: ϕ _w = (ϕ _z+270 Grad) mod 360 Grad;

Damit die Flugrichtung des Ziels zwischen den Randrichtungen des Bekämpfungssektors liegt, muß gelten:

Wenn
d _z<ϕ _r : ϕ _z-ϕ _r<π;
ϕ _z<ϕ _r : ϕ _r-ϕ _z<π;
ϕ _z<ϕ _l : ϕ _z-ϕ _l<f;
ϕ _z<ϕ _l : ϕ _l-ϕ _z<π;

ϕ _r: rechter Rand;
ϕ _l: linker Rand.

Es ist zweckmäßig, unter den zur Verfügung stehenden Waffen systemen eine Vorauswahl zu treffen und dann die verbleibenden gemäß ihrer Bekämpfungsqualität zu ordnen.

Eine Vorauswahl der zur Bekämpfung geeigneten Waffensysteme kann durch die Bedingungen erfolgen:

1) Die Inverse der Flugrichtung ϕ _z muß innerhalb des durch ϕ₁ und ϕ₂ festgelegten Sektors liegen. Andernfalls ist nicht gewährleistet, daß Such- bzw. Feuerleitradar das Ziel erfassen können (Abschattung).
2) Wenn Gleichung (3) keine reelle Lösung für t _e und t _a hat, schneidet die Zielflugbahn den Waffenwirksamkeitsbereich nicht. Wenn eine Lösung existiert, ist eine Zuweisung nicht sinnvoll, wenn t _e zu groß, d. h. das Ziel zu weit entfernt ist.

Für schnelle Ziele ist eine Zuweisung nicht mehr sinnvoll, wenn t _e negativ ist, da sich das Ziel dann bereits im Wirksamkeitsbereich des Waffensystems befindet. Bei langsamen Zielen kann auch bei negativem t _e eine Zielzuweisung sinnvoll sein, sofern es sich noch im Waffenwirksamkeitsbereich befindet, also t _a positiv ist.

Die Flugbahn des Ziels in den Waffenwirksamkeitssektoren der nicht vorab ausgefilterten Waffensysteme ist dann eindeutig durch zwei der Wertesätze (a), (b), (c), (d) festgelegt, einer für Zieleintritt, einer für Zielaustritt. Die Datensätze (c) oder (d) werden gewählt, wenn ϕ _e oder ϕ _a in dem durch ϕ₁ und ϕ₂ begrenzten Sektor liegen, sonst (a) oder (b).

Durch das Auswahlkriterium 1) ist gewährleistet, daß der Zieleintritt und der früheste Bekämpfungsbeginn zusammenfallen. Wenn der Wechselpunkt zwischen Zieleintritt und Zielaustritt liegt, ist für das Bekämpfungsende ein Ort zwischen Wechselpunkt und Zielaustritt maßgebend. Dessen Wahl hängt davon ab, wieweit es möglich ist, hinter dem Ziel herzuschießen, und damit von der Zielgeschwindigkeit. Die einfachste Möglichkeit ist, für Ziele oberhalb einer Grenzgeschwindigkeit den Wechselpunkt zu wählen, für langsamere den Zielaustritt.

Um Verwechslungen zu vermeiden, werden die gewählten Datensätze so bezeichnet:

Bekämpfungsanfang erfolgt bei Winkel ϕ _e, Radius R _e, Zeit T _e,
Bekämpfungsende erfolgt bei Winkel ϕ _a, Radius R _a, Zeit T _a.

Alle Waffensysteme WaSys, die mindestens eines der Auswahl kriterien 1) oder 2) nicht erfüllt haben, erhalten die Bekämpfungsqualität 0. Die Bekämpfungsqualität der übrigen Waffensysteme WaSys hängt dann mindestens von den folgenden Größen ab.

3a) T _e: Wie lange ist noch Zeit, um das Ziel zuzuweisen?
3b) T _a-T_e: Wie lange kann das Ziel bekämpft werden?
3c) ϕ _z-ϕ _e: Hat das Ziel eine Geschwindigkeitskomponente auf das Waffensystem WaSys zu?
3d) Trefferwahrscheinlichkeit W:
W kann wie folgt ermittelt werden: Auf halbem Wege zwischen Bekämpfungsbeginn und -ende. In der Mitte des durch ϕ _e und ϕ _a gegebenen Sektors. Als Mittelwert der Trefferwahrscheinlichkeiten über den zwischen Ein- und Austritt zurückgelegten Weg.

Da die Bekämpfung vermutlich in der Mitte des möglichen Bereichs erfolgen wird, sollte eine der zwei ersten Möglichkeiten gewählt werden.

3e) N _w: Anzahl der Waffensysteme, die das Ziel bekämpfen können.
3f) M _w: Munitionsvorrat des Waffensystems.

Der Bekämpfungsqualitätswert Q wird als Wahrscheinlichkeit ausgedrückt, d. h. beim Wert 0 ist das Waffensystem WaSys zur Bekämpfung überhaupt nicht geeignet, beim Wert 1 ist es ideal. Den Wert Q erhält man als Produkt von Einzelwahrscheinlichkeiten, die aus den unter (3) aufgeführten Abhängigkeiten erzeugt werden.

Dieses Vorgehen hat den Vorteil, daß

a) Abhängigkeiten leicht dazugenommen oder weggelassen werden können,
b) die Gewichtung der einzelnen Abhängigkeiten leicht und ohne anderen zu beeinflussen, geändert werden können,
c) eine optimale Verteilung der Ziele auf die Waffensysteme vorgenommen werden kann, wenn es die Rechnerleistung erlaubt. Wenn die Abhängigkeiten einzeln beurteilt werden (z. B. Reihenfolge der Zuweisung nach zunehmendem T _e), dann ist dies nicht mehr möglich.

Für die Einzelwahrscheinlichkeiten werden folgende Vorschläge gemacht.

Zu 3a:

mit R _max = maximale Reichweite des Suchradars. Wa ist 0, solange das Ziel weiter als R _max vom Waffensystem WaSys entfernt ist.
W _a ist 1, wenn das Ziel in den Bekämpfungsbereich eintritt und solange es sich darin befindet.

Zu 3b:

W _b ist 0, wenn T _a = T _e ist, das heißt, der Waffenwirksamkeitsbereich wird nur berührt.
W _b ist 1, wenn das Ziel mitten durch den Kreis (2R) fliegt, das heißt, über das Waffensystem WaSys hinweg.
Für schnelle Ziele kann W _b höchstens den Wert 1/2 (Strecke Wechselpunkt-Rand ≦R) annehmen.

Zu 3c:

W _c = cos (d _z-ϕ _e);

Der Kosinus wurde gewählt, da |ϕ _z-ϕ _e| = 90 Grad ist und er deshalb einen Wertebereich zwischen 0 und 1 hat.
W _c ist 0, wenn ϕ _z-ϕ _e = 90 Grad, das heißt, das Ziel fliegt senkrecht zum Waffensystem WaSys.
W _c ist 1, wenn ϕ _z-ϕ _e = 0 Grad, das heißt, das Ziel fliegt auf das Waffensystem WaSys zu.

Zu 3d:

W _d = W;

Die Trefferwahrscheinlichkeit liegt per definitionem zwischen 0 und 1.

Zu 3e:
Die Anzahl N _w hängt nicht direkt mit dem Bekämpfungsqualitätswert Q zusammen und wird deshalb hier nicht berücksichtigt. Es ist jedoch wichtiger, eine Zuweisung mit N _w=1 an die Waffen systeme WaSys zu übermitteln, als solche mit N _w<1. Dies muß bei der Priorität der auszunehmenden Telegramme berücksichtigt werden.

Zu 3f:
W _f = M _w/M_max, wobei M _max der maximale Munitionsvorrat des Waffensystems WaSys ist.
Eine andere Möglichkeit wäre, bis zu einem bestimmten Anteil verbrauchter Munition W = 1 zu nehmen und danach einen niedrigeren Wert für W.

Q ergibt sich damit zu

Q = W _a · W_b · W_c · W_d · W_f.

Bezugszeichenliste

K = Waffenwirksamkeitskreis
R = Radius des Waffenwirksamkeitskreises
WaSys = Waffensystem
Bs 1, Bs 2, WS = Grenzlinien
S, S 1, S 3 = Sektoren
WaSys 1, WaSys 2, WaSys 3 = Waffensysteme
TPz = Führungsfahrzeug
X, Y = Koordinaten
t = Zeit
a₁, a₂, a _w = Abstände
t₁, t₂, t _e, t_a, t_w = Zeitabstände
ϕ₁, ϕ₂, d _e, ϕ _a, ϕ _w, ϕ _z
= Richtungswinkel
R _e, R_a = Waffenwirksamkeitsreichweite

Claims

1. Verfahren zur Bedrohungsanalyse für ein mit mehreren Waffensystemen arbeitendes Heeresflugabwehrsystem, bei dem von seiten eines die Bedrohungsanalyse durchführenden Führungsfahrzeugs des Batterieführungskreises Zielzuweisungsvorschläge und Zielrücknahmen bezüglich der jeweils einen Waffenwirksamkeitsbereich überdeckenden Waffensysteme gemacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Dialogabwicklung im Batterieführungskreis nach Maßgabe taktischer und räumlicher Bedingungen festgelegte Sektoren (Bekämpfungssektoren) der kreisförmigen Waffenwirksamkeitsbereiche in Rechnung gestellt werden und daß zur Bestimmung des Bekämpfungsqualitätswertes eines jeden Waffensystems zunächst Einzelqualitätswerte berechnet werden, die nur von einem Parameter, nämlich z. B. von der Zeit, während der eine Bekämpfung möglich ist, abhängen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bekämpfungsqualitätswert eines Waffensystems als Wahrscheinlichkeit ausgedrückt wird, d. h. beim Wert Null ist das jeweilige Waffensystem zur Bekämpfung überhaupt nicht geeignet und beim Wert Eins ist es ideal, und daß sich der Bekämpfungsqualitätswert als Produkt von die Einzelqualitätswerte darstellenden Einzelwahrscheinlichkeiten ergibt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter den zur Verfügung stehenden Waffensystemen zunächst eine Vorauswahl getroffen wird und dann die verbleibenden Waffensysteme gemäß ihrer jeweiligen Bekämpfungsqualitätswert geordnet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung des Bekämpfungsqualitätswertes des jeweils gerade betrachtetem Waffensystems anhand eine Koordinaten systems, vorzugsweise eines Polarkoordinatensystems, erfolgt, dessen Nullpunkt der Ort des Waffensystems ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die x-Achse des Koordinatensystems nach Osten und die y-Achse nach Norden zeigt.