DE3835656A1

DE3835656A1 - Verfahren zur korrektur des zuendzeitpunktes eines aus einer rohrwaffe abgefeuerten geschosses und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3835656A1
Application number: DE19883835656
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Phys Berthold; Friedrich Dipl Phys Melchior; Bernd Dipl Ing Siedelhofer
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Germany; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AG Germany; ABB AB
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1988-10-20
Publication date: 1990-04-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus einer Rohrwaffe, beispielsweise aus einer Kanone oder einer Panzerkanone abgeschossene Geschosse, sind so zu tempieren, daß die Geschosse in unmittelbarer Nähe zum Ziel explodieren. Zur Verringerung der Streubreite des Explosionsortes sind Korrekturverfahren bekannt geworden; ein Korrekturverfahren besteht darin, den zurückgelegten Weg mit einem Sollweg zu vergleichen und bei Erreichen des Sollweges die Zündung auszulösen.

Der tatsächlich zurückgelegte Wert wird dadurch bestimmt, daß dem Geschoß eine Mikrowellenstrahlung bestimmter Sendefrequenz nachgesendet wird, die durch Dopplereffekte beeinflußt am Geschoß ankommt. Im Geschoß wird diese geänderte Sendefrequenz mit einer Grundfrequenz verglichen und hieraus ergibt sich aufgrund der Formel:

mit:

f _D = Dopplerfrequenz
f₀ = Sendefrequenz
v = Geschwindigkeit des Geschosses
c = Lichtgeschwindigkeit

Nun besteht das Problem, daß das Geschoß die Sendefrequenz nicht dauernd empfängt, zum Beispiel deshalb, weil das Geschoß durch besondere andere Einflüsse außerhalb der optischen Sichtlinie sich befindet. Dadurch ergeben sich Verfälschungen. Es kann auch sein, daß während des Fluges des Geschosses das empfangene Mikrowellensignal unter einen auswertbaren Pegel fällt, und auch dann fehlt die zur Wegmessung notwendige Dopplerfrequenz.

Will man aus taktischen Gründen nur eine kurze Zeitdauer lang in der Anfangsflugphase dem Geschoß die Mikrowellenstrahlung nachsenden, so fehlt anschließend ebenfalls die zur weiteren Wegmessung notwendige Dopplerfrequenz.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem die sich hieraus ergebenden Nachteile vermieden werden. Weiterhin soll eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Praktisch ist es so, daß bei Ausfall der Dopplerfrequenz bzw. des Dopplersignals die Geschoßelektronik auf "Simulation" umschaltet. Dieses dient zum einen dazu, einen kurzzeitigen Ausfall der Dopplerfrequenz zu überbrücken (Interpolation) und zum anderen dazu, dem Geschoß aus taktischen Gründen nur in der ersten Flugphase die Mikrowellenstrahlung nachzusenden und danach die Wegmessung zu simulieren (Extrapolation).

Beispielsweise kann die Umschaltung auf die Simulation u. a. durch Abschalten der Nachsendeantenne erfolgen; es besteht auch die Möglichkeit, im Inneren der Schaltungsanordnung im Geschoß eine geeignete Umschaltvorrichtung vorzusehen.

Eine Schaltungsanordnung, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann, geht erfindungsgemäß aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 2 hervor.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Schaltungsanordnung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt:

Fig. 1 die Funktion der Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit und

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Innerhalb eines Geschosses (nicht dargestellt) befindet sich eine Elektronik, mit der nach der Formel

die Dopplerfrequenz ermittelt werden kann. Hierin ist

c = Lichtgeschwindigkeit
f₀ = Frequenz der dem Geschoß nachgesendeten Mikrowellenstrahlung (Sendefrequenz)
v = Geschwindigkeit des Geschosses,
und durch Aufintegrieren der Dopplerfrequenz über die gesamte Flugzeit erhält man den Weg, den das Geschoß zurückgelegt hat, gemäß der folgenden Formel:

Hieraus ist ersichtlich, daß die Dopplerfrequenz zur Wegmessung von Bedeutung ist und diese Dopplerfrequenz ist abhängig von der Fluggeschwindigkeit des Geschosses. Da f₀ und c unveränderlich sind, ist die Veränderung der Dopplerfrequenz gleichzeitig auch ein Maß für die Veränderung der Geschwindigkeit und darüber hinaus auch ein Maß für die Wegstrecke, die das Geschoß gerade zurückgelegt hat.

In der Fig. 1 ist teils strichliert teils dick ausgezogen die Geschwindigkeit über der Zeit aufgetragen. Man erkennt, daß die Kurve, die insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist, einer e-Funktion folgt mit dem Wert V₀ als Anfangsgeschwindigkeit, die der Mündungsgeschwindigkeit entspricht. In dem oberen strichlierten Bereich 10 _a kann die Dopplerfrequenz nicht bestimmt werden, da die Mikrowellenstrahlung wegen einer Abschattung hinter dem Rohr das Geschoß nicht erreicht. Die strichliert ausgezogene Linie 10 _b deutet an, daß zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ die Dopplerfrequenz detektiert werden kann; und der dritte Bereich 10 _c, der ebenfalls gestrichelt gezeichnet ist, deutet an, daß ab dem Zeitpunkt t₂ die Dopplerfrequenz f _D nicht mehr detektiert werden kann. Im gleichen Falle ist es so, daß im Bereich 10 _a und 10 _c auch die Geschwindigkeit nicht gemessen werden kann, sondern nur im Bereich 10 _b. Der Grund, warum in den Bereichen 10 _a und 10 _c eine Messung nicht erfolgen kann, liegt an unterschiedlichen Gründen; beispielsweise kann im Bereich 10 _c des Mikrowellenstrahlungssignal ausgefallen sein, oder man ist daran interessiert, aus taktischen Gründen ab dem Zeitpunkt t₂ ein Signal nicht mehr dem Geschoß nachzusenden.

Solange also f _D im Geschoß gewonnen werden kann, mißt die Geschoßelektronik ständig den Geschwindigkeitsverlauf und errechnet hieraus die Zeitkonstante der Geschwindigkeitsabnahme. Fällt das empfangene Mikrowellensignal dann unter einen auswertbaren Pegel (ab dem Zeitpunkt t₂), schaltet die Geschoßelektronik von "Messen" auf "Extrapolation" oder "Simulation" um und simuliert mit der errechneten Zeitkonstante das weitere Absinken der Dopplerfrequenz und damit der Geschoßgeschwindigkeit.

Die Geschwindigkeit V₀ erhält man durch Auswertung der Dopplerfrequenz f _D, vorausgesetzt, daß f _D ab der Rohrmündung gemessen wird. Wenn dies nicht der Fall ist, wie in Fig. 1 dargestellt, dann ist ein Korrekturfaktor Δ V₀ zu berücksichtigen; dieser Wert ist die Geschwindigkeitsabnahme nach einer bestimmten Strecke nach der Rohrmündung, im allgemeinen ca. 10 m.

Dadurch, daß die Geschoßelektronik in der Anfangsphase den Geschwindigkeitsverlauf mißt, also im Bereich 10 _b, bleibt die spätere Simulation der Dopplerfrequenz unbeeinflußt von V₀-Streuungen, von speziellen witterungsbedingten Einflüssen, wie Luftdruck, Wind, Regen etc., und darüber hinaus auch vom geschoßtypischen Luftwiderstandsbeiwert C _w. Diese letztgenannten Werte, wie die witterungsbedingten Einflüsse und der Widerstandsbeiwert C _w, von denen man annimmt, daß sie für den Rest der Flugdauer konstant oder nur annähernd konstant bleiben, sind praktisch in die Messung zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ in der Kurve 10 _b berücksichtigt; und es müssen schon erhebliche signifikante Änderungen der Witterungseinflüsse nach dem Zeitpunkt t₂ auftreten, um Verfälschungen und damit Streuungen zu erhalten. Tatsächlich ist die Simulation des Bereiches 10 _c um so exakter dem tatsächlichen Verlauf angenähert, je weniger sich die witterungsbedingten Einflüsse ändern.

Die Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Elektronik, mit der die Simulation des Bereiches 10 _c durchgeführt wird, ist mit der Bezugsziffer 12 strichliert eingerahmt. Dieser Elektronik wird über eine Eingangsleitung 11 die Dopplerfrequenz f _D eingespeist, die in an sich bekannter Weise erzeugt bzw. innerhalb des Zeitraumes von t₁ bis t₂ gemessen wird. Die Eingangsleitung 11 ist einerseits auf eine Pegelüberwachungsschaltung 13 und andererseits auf einen Begrenzungsverstärker 14 aufgeschaltet. Der Ausgang des Begrenzungsverstärkers 14 ist einem Phasendiskriminator 15 und einem ersten Eingangsschaltkontakt 16 eines steuerbaren Umschalters 17 zugeführt; der Ausgang des Phasendiskriminators 15 ist mit dem Eingang eines Tiefpasses 18 und der Ausgang des Tiefpasses 18 mit dem Eingang eines Rechners 19 verbunden. Der Ausgang der Pegelüberwachungsschaltung 13 ist einerseits über eine Leitung 20 mit dem Umschalter 17 und andererseits über eine Leitung 21 mit dem Rechner 19 verbunden; der Ausgang des Rechners 19 ist auf einen Oszillator 22 geschaltet, der ein gesteuerter Oszillator hoher Regelgenauigkeit ist. Dessen Ausgang wiederum ist auf einen zweiten Eingangsschaltkontakt 23 und auf den Phasendiskriminator 15 zurückgeführt.

Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist folgende:

Die durch Mischung und Filterung gewonnene Dopplerfrequenz f _D wird dem Begrenzerverstärker 14 und der Pegelüberwachungsschaltung 13 zugeführt. Nach dem Begrenzerverstärker 14 steht das Signal f _D zur digitalen Weiterverarbeitung an dem Phasendiskriminator 15 an, von wo das Signal aus weiterverarbeitet wird, und darüber hinaus steht das Ausgangssignal der Pegelüberwachung 13 am Schalter 17 an, welcher die Dopplerfrequenz f _D direkt über den ersten Eingangsschaltkontakt 16 zum Zähler leitet, solange die Dopplerfrequenz mit auswertbarem Pegel ansteht. Gleichzeitig wird der Oszillator 22 über den Phasendiskriminator 15, den Tiefpaß 18 und den Rechner 19 der Dopplerfrequenz nachgeführt. Dies wird durch die eben erwähnte Regelschleife bewirkt. Die Dopplerfrequenz f _D nimmt in diesem Beispiel entlang der Flugbahn exponentiell mit der Zeit ab und der Rechner 19, der zum Beispiel ein Signalprozessor sein kann, mißt ständig die vom Tiefpaß 18 gelieferte Spannung, errechnet die Zeitkonstante der exponentiellen Abnahme der Geschoßgeschwindigkeit und führt dem Oszillator 22 eine gleich große, synthetisch erzeugte (D/A-Wandler) Steuerspannung U _s zu.

Die Regelschleife ist solange geschlossen, wie die Dopplerfrequenz mit ausreichendem Pegel ansteht, solange also, wie der Schalter 17 in der gezeichneten Stellung sich befindet.

Fällt die Dopplerfrequenz f _D unter einen auswertbaren Pegel, dann schaltet der Schalter S - gesteuert von einem von der Pegelüberwachungseinrichtung 13 über die Leitung 20 dem Schalter 17 zugeführtem Signal - die von dem Oszillator 22 gelieferte Frequenz f _DS zum Zähler durch, wobei der elektronische Schalter 17 aus der in Fig. 2 dargestellten Stellung in die Stellung umgeschaltet wird, in der das eingespeiste Signal auf den Schaltkontakt 23 geleitet wird. Die Pegelüberwachungseinrichtung 13 steuert auch den Rechner 19 von der Betriebsart "Messen" auf "Steuern" um, so daß der Rechner 19 den weiteren Verlauf der Steuerspannung für den Oszillator 22 mit Hilfe der zuvor ermittelten Zeitkonstante simuliert.

Man kann - um Rechenzeiten und damit auch die Regelzeiten zu verkürzen - auch eine sog. Norm-Zeitkonstante einspeichern, so daß der Signalprozessor nur verhältnismäßig kleine Ablagen von dieser Normkurve ausregeln bzw. steuern muß.

In der Fig. 1 ist der Bereich 10 _b als e-Funktion dargestellt. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, daß der Geschwindigkeitsverlauf nicht einer e-Funktion folgt, beispielsweise weil die spezielle Form des Geschosses zu einem geänderten Verlauf führt. Die Simulation kann natürlich auch dann in solchen Fällen angewandt werden. Dann wird man den tatsächlichen Geschwindigkeitsverlauf v(t) mit einem in einem Speicher abgelegten geschoß- charakteristischen Luftwiderstandsgesetz vergleichen und damit die von der Mündungsgeschwindigkeit v₀ und den tatsächlichen Reibbeiwerten (witterungsbedingte Einflüsse) noch abhängigen Parameter bestimmen.

Claims

1. Verfahren zur Korrektur des Zündzeitpunktes eines aus einer Rohrwaffe abgefeuerten Geschosses mittels einer Einrichtung zur Bestimmung und Auswertung des Dopplereffektes auf eine von der Rohrwaffe abgestrahlte Mikrowellenstrahlung bestimmter Sendefrequenz, gemäß der Formel worin
S = Weg
c = Lichtgeschwindigkeit
f₀ = Sendefrequenz von der Rohrwaffe aus
f _D = Dopplerfrequenz
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung den tatsächlichen Geschoßgeschwindigkeitsverlauf über der Zeit nur während einer bestimmten Zeitdauer nach dem Abschluß mißt und außerhalb dieser Zeitdauer, insbesondere danach, von dem Geschwindigkeitsverlauf über der Zeit ausgehend diesen extrapoliert, wobei dann, wenn der dadurch ermittelte Flugweg einen Sollwert erreicht, die Zündung ausgelöst wird.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Begrenzerverstärker für das Dopplersignal (f _D) vorgesehen ist, dessen Ausgang mit einem Zähler verbunden ist, daß zwischen dem Begrenzerverstärker und dem Zähler ein steuerbarer Umschalter vorgesehen ist, dessen einer Eingangsschaltkontakt mit dem Ausgang des Begrenzungsverstärkers und dessen Ausgangsschaltkontakt mit dem Zähler verbunden ist, und daß der andere Eingangsschaltkontakt mit einem Rechner zur Berechnung des simulierten Dopplersignals verbunden ist, dessen Ausgangssignale bei Wegfall des Dopplersignals die simulierten Dopplersignale sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Begrenzerverstärker und dem Rechnereingang ein Phasendiskriminator und ein Tiefpaß vorgesehen sind, daß zwischen dem Ausgang des Rechners und dem anderen Eingangsschaltkontakt ein Oszillator (VCO) vorgesehen ist und daß der andere Eingangsschaltkontakt mit dem Oszillator und dem Phasendiskriminator verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Begrenzerverstärker eine Einrichtung zur Pegelüberwachung des Dopplersignals (f _D) vorgesehen ist, deren Ausgang mit dem Rechner und dem umsteuerbaren Schalter verbunden ist, dergestalt, daß bei Abfall des Dopplersignals unter einen bestimmten Pegel der Rechner und der umsteuerbare Schalter angesteuert werden, so daß der Rechner die simulierten Dopplersignale errechnet und der Schalter auf den anderen Eingangsschaltkontakt umgesteuert wird.