DE69009652T2

DE69009652T2 - Selbstlenkungssystem und -verfahren einer getriebenen ballistischen Luftfahrzeuggeschosses gegen ein Ziel.

Info

Publication number: DE69009652T2
Application number: DE69009652T
Authority: DE
Inventors: Jean Thierry Audren; Daniel Bezanere; Alain Raffy
Original assignee: Societe de Fabrication dInstruments de Mesure SFIM SA
Current assignee: Societe de Fabrication dInstruments de Mesure SFIM SA
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1995-02-09
Anticipated expiration: 2010-09-29
Also published as: ES2054299T3; DE69009652D1; FR2652640B1; FR2652640A1; EP0420760B1; EP0420760A1

Description

Moderne Kampfflugzeuge sind heutzutage mit zwei Arten von Waffensystemen ausgerüstet, nämlich gelenkten Flugkörpern vom Typ der Luftbodenraketen, die im allgemeinen angetrieben sind, und nicht gelenkten und nicht angetriebenen Flugkörpern, die üblicherweise auch Projektile genannt werden, wie es glatte Bomben beispielsweise sind.
Was die Flugkörper vom Typ der Raketen anbetrifft, so ist die Genauigkeit der Trägheitslenkung für diese durch die gute Kenntnis des Lenksystems der Anf angsbedingungen des Abwurfes gegeben. Die entsprechenden Lenksysteme müssen folglich komplizierten Ausrichtungsoperationen unterworfen werden und die genannten Raketen müssen mit komplizierten Fernübertragungsgeräten für Daten zwischen der Rakete und dem Träger ausgebildet sein, um die Übertragung der dynamischen Parameter des Trägers zur Rakete, und wenn notwendig, deren Korrektur sicherzustellen.
Die genannten, gelenkten Flugkörper sind aufgrund der erheblichen Kosten der bei ihrer Herstellung notwendigen Geräte somit im Prinzip für strategische Aufgaben reserviert, da sie in großen Entfernungen von dem zu erreichenden Ziel, von nämlich einigen 10 km abgeworfen werden können.
Was im Gegensatz dazu die projektilartigen Flugkörper anbetrifft, so werden diese ballistisch und atmosphärisch auf ihrer Bahn zum Ziel abgeworfen, wobei sie kaum eine Reichweite von mehr als etwa 9 km erreichen können, die normale Reichweite liegt in der Größenordnung von 5 km. Wie es schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, richtet sich gemäß den Kampftechniken für derartige Projektile das Trägerflugzeug heckenspringend zum Ziel aus, wobei der Kurs des Trägers und des Projektils auf das Ziel zu gehalten werden. Um die angegebene maximale Reichweite zu erzielen, greift der Pilot des Trägers zu einem Hilfsmittel. Der Abwurf des Projektils erfolgt so, daß der Träger die erforderlichen Anfangsbedingungen erfüllt, so daß das Projektil seiner Flugbahn zum Ziel ballistisch und atmosphärisch nach entsprechenden allgemein bekannten Gesetzen unter Berücksichtigung der genannten Anfangsbedingungen folgt. Ein derartiges Projektil ist daher für taktische Aufgaben bei einem bevorstehenden Kampf reserviert.
Indessen sind die gegenwärtigen elektromagnetischen Erfassungseinrichtungen mehr und mehr verbessert worden und die Angriffe aus der Luft im Heckensprung gefährlicher geworden, wobei die Genauigkeit der Gegenmaßnahmen, beispielsweise der Bodenluftraketen ebenfalls immer größer geworden ist, was es natürlich erlaubt, den Abstand mit Treffersicherheit der genannten Träger zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung hat im wesentlichen zum Ziel, ein Verfahren zum Lenken eines ballistischen Projektils und ballistisch gelenkte und angetriebene Luftabwurfprojektile, sogenannte Mittelstreckenprojektile, zu schaffen, deren Reichweite bezüglich der genannten klassischen Projektile um etwa 40 bis 50 % unter vergleichbarer Zielgenauigkeitsbedingungen erhöht ist, was es folglich erlaubt, die Sicherheitsbedingungen des Trägers derartiger Mittelstreckenprojektile zu verbessern.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Lenken eines ballistischen Projektils und ein ballistisches gelenktes und angetriebenes Luftabwurfprojektil, bei denen die gewöhnlich bei Luftbodenraketen notwendigen Operationen aufgehoben sind.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist schließlich ein Verfahren zum Lenken eines ballistischen Projektils und ein ballistisches gelenktes und angetriebenes Luftabwurfprojektil, die offenkundig einfacher, verglichen mit klassischen Luftbodenraketen sind, und bei denen insbesondere die entsprechenden Kosten der Herstellung verringert sind.
Das Verfahren zum selbständigen Lenken eines angetriebenen ballistischen Luftabwurfprojektils, das mit einer Anfangsgeschwindigkeit versehen wird, zu einem Ziel, wobei das ballistische Projektil mit einem Trägheitsnavigationssystem und einem zentralen Trägheitssteuersystem ausgerüstet ist, zeichnet sich dadurch aus, daß es darin besteht, daß dem Steuer- und Navigationssystem ab dem Zeitpunkt des Abwurfes des ballistischen Projektils ein gravitationsloses Abwurfbezugssystem zugeordnet wird, welches Abwurfbezugssystem einem freien ballistischen Bewegungsgesetz bezüglich eines willkürlichen Gravitationsbezugssystems unterworfen wird, das mit dem Ziel verbunden ist. Das Bewegungsgesetz des ballistischen Projektils ist somit einem bestimmten Bewegungsgesetz bezüglich des freien ballistischen Bewegungsgesetzes des Abwurfbezugsystems und bezüglich dieses Abwurfbezugssystems selbst unterworfen, um für das genannte ballistische Projektil ein gelenktes ballistisches Bewegungsgesetz zu bilden.
Das System zum selbständigen Lenken eines angetriebenen ballistischen Luftabwurfprojektils zu einem Ziel, das mit einer Anfangsgeschwindigkeit versehen wird, umf aßt gemäß der Erfindung ein Navigationssystem, das eine Trägheitsnavigationsleitwerk und Betätigungsschaltungen für die Lenkorgane des ballistischen Projektils umfaßt, und ist dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin Einrichtungen zum Erfassen des Zeitpunktes des Abwurfes des ballistischen Projektils, die bei seinem Abwurf ein Zeitbezugssignal abgeben, und Initialisierungseinrichtungen umfaßt, die dieses Zeitbezugssignal empfangen und an das Trägheitsnavigationssystem ein Initialisierungssignal abgeben können, um ein gravitationsloses Abwurfbezugssystem zu bilden, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, die es erlauben, das Bewegungsgesetz des ballistischen Projektils einem bestimmten Bewegungsgesetz bezüglich des freien ballistischen Bewegungsgesetzes des Abwurfbezugssystems und bezüglich des Abwurfbezugssystems selbst zu unterwerfen, um für das ballistische Projektil ein gelenktes ballistisches Bewegungsgesetz zu bilden.
Die Erfindung wird sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen klarer ergeben, in denen
Fig. 1 den Stand der Technik zeigt,
Fig. 2a in einer schematischen Darstellung die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 2b in einer schematischen Darstellung die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung bei einer Variante zeigt, bei der das ballistische Projektil EB nur über einen Teil seiner Flugbahn einer ballistischen Lenkung unterworfen ist,
Fig. 3 in einer schematischen, synoptischen Darstellung ein Lenksystem eines ballistischen Luftabwurfprojektils gemäß des Verfahrens zeigt, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
Im folgenden wird eine mehr ins einzelne gehende Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum selbständigen Lenken eines ballistischen Lustabwurfprojektils zu einem Ziel beschrieben, das mit einer Anfangsgeschwindigkeit versehen wird, wobei diese Beschreibung in Verbindung mit Fig. 2a gegeben wird.
Wie es in Verbindung mit Fig. 1 bereits beschrieben wurde, folgt der Träger, der mit P bezeichnet ist, einer Bahn T, deren Kurs auf ein Ziel C' gerichtet ist.
Wenn der Träger P einen Punkt erreicht, der der Reichweite des ballistischen Projektils EB auf einer ballistischen Bahn BG entspricht, wie es in Fg. 2a dargestellt ist, greift der Pilot des Trägers P zu einem ähnlichen Hilfsmittel, wie es im vorhergehenden anhand von Fig. 1 beschrieben wurde, wodurch der Träger P einen ansteigenden Kurs unter einem Winkel in der Größenordnung von 45º bekommt.
Es versteht sich, daß das ballistische Projektil EB somit eine Anfangsgeschwindigkeit bekommt, die mit VO bezeichnet ist, und ein Navigations- und Steuersystem aufweist, das ein Trägheitsnavigationsleitwerk umfaßt.
Gemäß eines charakteristischen Vorteils des Verfahrens, das Gegenstand der Erfindung ist, kann der Rechner an Bord des Trägers P ab Erreichen eines für das Gelände geeigneten Wertes der Anfangsgeschwindigkeit V0 sofort die Reichweite des ballistischen Projektils EB ermitteln.
Gemäß eines vorteilhaften Merkmals des Verfahrens, das Gegenstand der Erfindung ist, besteht dieses somit darin, daß dem Navigations- und Steuersystem des ballistischen Projektils EB ab dem Zeitpunkt des Abwurfes des ballistischen Projektils ein gravitationsloses Abwurfbezugssystem zugeordnet wird, das mit RD bezeichnet wird.
Zum Zweck der Darstellung in Fig. 2a sei darauf hingewiesen, daß der Zeitpunkt des Abwurfes des ballistischen Projektils mit O bezeichnet ist, und daß ab diesem Zeitpunkt der Anordnung aus dem Träger P, dem Ziel C', das sich am Boden befindet, und dem Boden selbst ein willkürliches Gravitationsbezugssystem zugeordnet wird, das mit RG bezeichnet wird, und dessen Koordinaten in Fig. 2a mit Ox, Oy und Oz dargestellt sind.
Das genannte Gravitationsbezugssystem kann somit willkürlich seinen Ursprungspunkt am Boden auf der Vertikalen des Abwurfpunktes haben, wobei der Abwurfpunkt eine Höhe bezüglich des Bodens von einigen 10 Metern nicht überschreitet, die Achse Ox längs des Kurses des Trägers P zum Ziel C' gerichtet ist und die Achsen Oy und Oz beispielsweise ein orthonormes rechtwinkliges Bezugssystem bilden.
Gemäß eines Mermals des Verfahrens, das Gegenstand der Erfindung ist, wird das gravitationsfreie Abwurfbezugssystem RD einem freien ballistischen Bewegungsgesetz unterworfen, das mit BL bezeichnet ist, und zwar bezüglich des willkürlichen Gravitationsbezugssystems RG, das mit dem genannten Ziel C' verbunden ist.
Es versteht sich natürlich, daß das freie ballistische Bewegungsgesetz BL des gravitationslosen Abwurfbezugssystems RD so gewählt ist, daß es der freien ballistischen Bewegung eines fiktiven ballistischen Projektils entspricht.
Gemäß eines weiteren Merkmals des Verfahrens, das Gegenstand der Erfindung ist, besteht dieses somit darin, das Bewegungsgesetz des ballistischen Projektils EB einem bestimmten Bewegungsgesetz bezüglich des freien ballistischen Bewegungsgesetzes BL des Abwurfbezugssystems RD und bezüglich des Abwurfbezugssystems selbst zu unterwerfen, um für das genannte ballistische Projektil EB ein gelenktes ballistisches Bewegungsgesetz BG zu bilden.
Es versteht sich somit, daß das Verfahren der selbständigen Lenkung eines ballistischen Luftabwurfprojektils zu einem Ziel, das Gegenstand der Erfindung ist, die Lenkung des genannten ballistischen Projektils zu seinem Ziel dadurch erlaubt, daß letzteres einem bestimmten Entwicklungsgesetz, insbesondere seiner Position Δ P im Abwurfbezugssystem RD unterworfen wird.
Tatsächlich läuft das Verfahren, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, darauf hinaus, daß dem genannten ballistischen Projektil ein künstliches ballistisches Bewegungsgesetz aufgezwungen wird.
Das bestimmte Entwicklungsgesetz der Position des ballistischen Projektils umfaßt somit die Anweisung eine Nachlaufsteuerung der Lenkung, was es erlaubt, die Abwurfbedingungen des ballistischen Projektils EB durch eine Beziehung darzustellen:
In dieser Beziehung ist die Abwurfposition und ist die Position des Ziels oder der Zielscheibe C'.
Gemäß eines weiteren vorteilhaften Merkmals des Lenkverfahrens, das Gegenstand der Erfindung ist, wird das Abwurfbezugssystem RD ab dem Zeitpunkt des Abwurfes des ballistischen Projektils EB, der mit O bezeichnet ist, durch die Komponenten der Fluglage des Trägers P und natürlich des ballistischen Projektils EB bestimmt, wobei es sich natürlich versteht, daß zum Zeitpunkt des Abwurfes das ballistische Projektil und der Träger P, die vorher mechanisch miteinander verbunden waren, die gleiche Position oder Fluglage einnehmen.
Das Bezugssystem RD wird daher in vorteilhafter Weise definiert, wobei die Komponenten der Fluglage des ballistischen Projektils, die vom Trägheitsnavigationssystem kommen, auf Null initialisiert werdern, um das Abwurfbezugssystem zu definieren.
Die Initialisierung besteht somit darin, daß den Komponenten der Fluglage XD, YD, ZD des ballistischen Projektils zum Zeitpunkt des Abwurfes der genannte Wert Null gegeben wird, d.h. beispielsweise, die Parameter der Geschwindigkeit der Position auf Null initialisiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Variante des Verfahrens, das Gegenstand der Erfindung ist, kann das Abwurfbezugssystem RD nach einer bestimmten Zeitdauer τ gerechnet vom Zeitpunkt des Abwurfes O des ballistischen Projektils EB definiert werden, so daß somit die Fluglage des ballistischen Projektils EB nach einer gewissen Bewegungs- oder Flugzeit definiert wird, in der es nicht angetrieben wird, und zwar durch eine Einstellung auf die aerodynamische Achse des ballistischen Projektils EB. Die Komponenten der Geschwindigkeit des genannten ballistischen Projektils sind im wesentlichen gleich denen des Trägers zum Zeitpunkt des Abwurfes bei fehlendem Antrieb des genannten ballistischen Projektils, wobei die Komponenten der Geschwindigkeit, die vom Trägheitsnavigationssystem kommen, mit dem das ballistische Projektil ausgerüstet ist, somit auf Null initialisiert werden, um das Abwurfbezugssystem RD zu definieren. Als Vereinbarung werden die Komponenten der Geschwindigkeit ab der Initialisierung mit
= 0, = 0, = 0 bezeichnet.
Es versteht sich, daß die Initialisierung auch darin bestehen kann, die Parameter der Position und der Fluglage nach der genannten Zeitverzögerung τ auf einen Wert O zu initialisieren.
Gemäß eines weiteren vorteilhaften Merkmals des Verfahrens, das Gegenstand der Erfindung ist, kann die Unterwerfung des ballistischen Projektils EB unter ein bestimmtes Bewegungsgesetz bezüglich des freien ballistischen Bewegungsgesetzes BL im Abwurfbezugssystem RD und bezüglich des Abwurfbezugssystems selbst dadurch bewirkt werden, daß wie eine Sollgröße ein bestimmter Bewegungswert für eine oder mehrere Komponenten im Abwurfbezugssystem RD verwandt wird.
Das ballistische Projektil EB wird somit einem Bewegungsgesetz gemäß einer ballistischen Lenkung BG bezüglich des freien ballistischen theoretischen Bewegungsgesetzes BL im Abwurfbezugs-System RD unterworfen.
Wie es in Fig. 2a dargestellt ist, wird dem Träger P vor dem Abwurf des ballistischen Projektils EB der Winkel zur Flugbahn T gegeben, der im vorhergehenden erwähnt wurde und der dem zu erreichenden Ziel entspricht, wobei der bestimmte Bewegungswert einem Bewegungswert
entspricht, dessen Richtung parallel zur Richtung der Achse des Abwurfbezugssystems verläuft, die zum Ziel C' in der Richtung der Flugbahn des Trägers P gerichtet ist, und dessen Amplitude
dem Maß des Abstandes von entsprechenden Punkten auf der freien ballistischen Bahn BL des Abwurfbezugs-Systems RD und der ballistischen Bahn des Projektils EB auf der gelenkten ballistischen Bahn BG entspricht.
Es versteht sich somit, daß es aufgrund der Definition in relativer Weise des Bewegungsgesetzes des ballistischen Projektils EB in ballistisch gelenkter Form BG bezüglich der freien ballistischen Form BL, wie es in Fig. 2a dargestellt ist, um den Punkt C' zu erreichen, somit ausreicht, in der Flugbahn für eine Versetzung
zu sorgen oder das genannte Bewegungsgesetz anzuwenden, was sich einfach in den Abwurfkoordinaten RD durch die Komponenten ausdrücken läßt:
Es ist somit ersichtlich, daß es nur notwendig ist, das ballistische Projektil nach dem vorgenannten Gesetz zu lenken. Ein derartiges Gesetz macht nur die Kenntnis des Abwurfbezugssystems RD und daraufhin die Unterwerfung der Organe zum Steuern der Richtung und des Antriebes des ballistischen Projektils EB nach dem vorgenannten Bewegungsgesetz notwendig.
Die Berechnungsgleichung für die absolute Position des ballistischen Projektils läßt sich in der folgenden Weise ausdrücken:
: absolute Beschleunigung
: Gravitationsfeld
: gravitationsfreie Beschleunigung (gemessen durch das Trägheitsnavigationsleitwerk)
und : Anfangsgeschwindigkeit, die die Abwurfvorrichtung oder der Träger hat.
Die Berechnungsgleichung der Geschwindigkeit des ballistischen Projektils lautet:
Die Berechnungsgleichung für die Position des ballistischen Projektils lautet:
Das Abwurfsystem oder der Träger P kann somit den Wert M berechnen, wenn es oder er , und kennt.
Tatsächlich kann vorher bekannt sein, da dieser Parameter durch die Lenkeinrichtung des ballistischen Projektils EB gegeben ist.
Der Träger kann somit in Kenntnis von den Wert einstellen.
Um eine angetriebene und mit einer Anfangsgeschwindigkeit versehene ballistische Rakete zu lenken, reicht es somit aus, nur auf den Achsen des Projektils unter gravitationsfreien Beschleunigungen, d.h. ohne äußere Bezugspunkte zu lenken.
In der Gleichung (C) wird
durch den Abwerfer oder Träger berechnet und ist
dem Abwerfer oder Träger bekannt und durch das Steuersystem des ballistischen Projektils erhalten.
Das Steuergesetz kann optimiert werden, um die Fehler so klein wie möglich zu halten und die Steuerung, wie es später in der Beschreibung dargestellt wird, insbesondere die Wahl der Steuergröße = (cst, O,O) zu erleichtern, was sehr interessant erscheint.
Gemäß eines ersten vorteilhaften Markmals des Verfahrens, das Gegenstand der Erfindung ist, wird das ballistische Projektil EB einer ballistisch gelenkten Bewegung BG im wesentlichen über ihre gesamte Flugbahn bis zum Ziel C' unterworfen.
Die ballistisch gelenkte Bewegung BG für den ballistischen Flugkörper EB wirkt sich somit ab der Initialisierung durch Setzen der Komponenten der Position oder der Fluglage auf Null aus, die durch das Trägheitsnavigationsleitwerk des Projektils zum Zeitpunkt des Abwurfes O oder nach der genannten Verzögerungszeit τ gegeben werden, welche Verzögerungszeit τ beispielsweise höchstens eine Sekunde beträgt.
Unter diesen Umständen wird eine Bewegung des ballistischen Projektils EB über eine ballistisch gelenkte Bahn BG bewirkt, wie es in Fig. 2a dargestellt ist, und zwar im wesentlichen über die Gesamtheit der Flugbahn bis zum genannten Ziel C'.
Gemäß eines anderen vorteilhaften Merkmals des Verfahrens, das Gegenstand der Erfindung ist, wird das ballistische Projektil EB einer ballistisch gelenkten Bewegung BG über einen Teil seiner Flugbahn bis zum Ziel C' unterworfen.
Es versteht sich somit, daß nach dem Zeitpunkt des Abwurfes O, wie es in Fig. 2b dargestellt ist, das ballistische Projektil EB einer ersten Bahnkurve bei voll ständigem Fehlen eines Antriebs und vollständig durch die Lenkorgane gesteuert, auf einer atmosphärischen ballistischen ersten Flugbahn oder freien Flugbahn BL unterworfen wird, wobei das Abwurfbezugssystem RD mit einem geometrischen Bezugssystem des ballistischen Projektils EB verbunden ist, welches geometrische Bezugssystem in Fig. 2b beispielsweise mit REB bezeichnet ist.
Am Ende der ballistischen freien Flugbahn BL wird das ballistische Projektil dann einer ballistischen Lenkung BG unterworfen, wobei der Antrieb des ballistischen Flugkörpers EB angeschaltet wird, und zwar ab einem bestimmten Zeitpunkt ausgehend von beispielsweise Geschwindigkeitswerten des ballistischen Projektils beim Einschalten des Antriebs, was konform mit den Verfahren geht, die im vorhergehenden in der Beschreibung für den Fall beschrieben wurden, in dem das ballistische Projektil EB einer balistisch gelenkten Bahn BG über die Gesamtheit oder nahezu die Gesamtheit seiner Flugbahn bis zum Ziel C' unterworfen wird.
Eine Beschreibung im einzelnen eines selbständigen Lenksystems eines Luftabwurfprojektils zu einem Ziel, das eine Anfangsgeschwindigkeit VO hat, wird im folgenden in Verbindung mit Fig. 3 gegeben.
Gemäß dieser Figur und wie es darin dargestellt ist, umfaßt das System gemäß der Erfindung ein Navigationssystem mit einem Trägheitsnavigationsleitwerk 1 und Betätigungsschaltungen 3 für die Lenkorgane und den Antrieb des ballistischen Projektils EB.
Die Betätigungsschaltungen 3 für die Lenkorgane und den Antrieb des ballistischen Projektils EB werden nicht beschrieben. Tatsächlich kann das ballistische Projektil EB in klassischer Weise beispielsweise mit einem Strahlantrieb versehen sein, wobei die Betätigungsschaltungen derartiger Strahlantriebe, sei es für den Antrieb, sei es für die Lenkung des ballistischen Projektils EB Betätigungsschaltungen klassischer Art sind. Diese Schaltungen werden daher nicht mehr beschrieben.
Wie es im übrigen in Fig. 3 dargestellt ist, umfaßt das System der selbständigen Lenkung, das Gegenstand der Erfindung ist, weiterhin Einrichtungen 2 zum Unterwerfen des Bewegungsgesetzes des ballistischen Projektils EB unter ein bestimmtes Bewegungsgesetz bezüglich des freien ballistischen Bewegungsgesetzes BL des Abwurfbezugssystems RD und bezüglich dieses Abwurfbezugssystems selbst.
Das Lenksystem gemäß der Erfindung umfaßt gleichfalls Einrichtungen 4 zum Erfassen des Zeitpunktes des Abwurfes O des ballistischen Projektils, die zum Zeitpunkt seines Abwurfes ein Zeitbezugssignal ausgeben, das in Fig. 3 mit RT bezeichnet ist.
Einrichtungen zum Initialisieren empfangen das Zeitbezugssignal RT und können dem Trägheitsnavigationsleitwerk 1 ein Initialisierungssignal liefern, um ein gravitationsloses Abwurfbezugssystem RD zu bilden.
In klassischer Weise kann das Trägheitsnavigationssystem 1 aus einem dreiachsigen Trägheitsnavigationssystem bestehen, das dementsprechend die Komponenten der ballistischen Bahn des Projektils, nämlich θRD, ψRD und φRD sowie die Komponenten der Beschleunigung des ballistischen Projektils γRD, der Geschwindigkeit des ballistischen Projektils VRD und der Position PRD des ballistischen Projektils EB im Abwurfbezugssystem RD liefert. Ein derartiges Trägheitsnavigationssystem wird nicht im einzelnen beschrieben, da es einem klassischen Trägheitsnavigationssystem entspricht, das dem Fachmann bekannt ist.
Wie es weiterhin in Fig. 3 dargestellt ist, umfassen die Unterwerfungseinrichtungen 2 einen Autopiloten, der eine Einrichtung 20 zum Ändern der Achsen aufweist, die einerseits die Komponenten der Fluglage θRD, ψRD und φRD des ballistischen Projektils EB bezüglich des Abwurfbezugssystems RD und andererseits die Parameter der Beschleunigung γRD, der Geschwindigkeit VRD und der Position PRD des ballistischen Projektils bezüglich des Abwurfbezugssystems RD empfangen.
Die Einrichtung 20 zum Ändern der Achsen gibt die Werte der Positionsabweichungen des Abwurfbezugssystems RD und eines mit dem ballistischen Projektil EB verbundenen Bezugssystems REB, wie beispielsweise des geometrischen Bezugssystems, das im vorhergehenden in der Beschreibung erwähnt wurde, ab. Der Autopilot 2 umf aßt gleichfalls Reguliereinrichtungen 21, die die Werte der Abweichungen von der Einrichtung 20 zum Ändern der Achsen empfangen und anschließend Steuerbefehle an die Betätigungs-Schaltungen 3 für die Richtungsorgane des ballistischen Projektils abgeben.
Es versteht sich somit, daß die Reguliereinrichtungen 21 ausgehend von den Abweichungswerten, die von der Einrichtung 20 zum Ändern der Achsen kommen, welche Abweichungen die Abweichungswerte der dynamischen Parameter des ballistischen Projektils bezüglich der Sollbahn wiedergeben, die von einer Schaltung 22 dem System zum Ändern der Achsen 20 gegeben wird, wobei die Abweichungswerte bezüglich eines geometrischen Bezugssystems REB des ballistischen Projektils EB ausgedrückt sind, Steuerbefehle den Betätigungsschaltungen 3 ausgeben können, welche Steuerbefehle aus Parameterwerten bestehen, die im geometrischen Bezugssystem REB ausgedrückt sind, das zu dem ballistischen Projektil EB gehört.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Anweisungsschaltung 22 vorzugsweise das Gesetz des Sollbewegung liefert, das im vorhergehenden in der Beschreibung durch die Beziehung B ausgedrückt wurde.
Es versteht sich insbesondere, daß dieses Gesetz der Sollbewegung mit Hilfe von beispielsweise numerischen Schaltungen abgegeben werden kann, bei der entsprechende numerische Werte den Werten der Position PRD überlagert werden, die vom System zum Ändern der Achsen 20 kommen, und zwar mittels einer entsprechenden Additionsschaltung.
Es versteht sich und ist im Rahmen einer entsprechenden speziellen Anwendung, daß der Wert des Parameters O'C' so bestimmt wird, daß die tatsächliche Reichweite des ballistischen Projektils, das nach dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung gelenkt wird, vom Wert OC der freien ballistischen Bahn BL in Fig. 2a auf den Wert OC' gebracht wird, indem sie um den Wert CC' gemäß dem Lenkverfahren vergrößert wird, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
Es kann natürlich jedes andere Gesetz der Sollbewegung in Betracht gezogen werden, die Werte O'C', die in den Fig. 2a oder 2b dargestellt sind, werden jedoch unter Berücksichtigung der Anfangsgeschwindigkeit VO des Trägers und des ballistischen Projektils EB für einen Neigungswinkel von 45º der letzteren berechnet.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel des Lenksystems, das Gegenstand der Erfindung ist, umfassen die Einrichtungen zum Erfassen des Zeitpunkts des Abwurfes O vorzugsweise einen Abwurfunterbrecher 40, der auf das Ereignis des eigentlichen Abwurfes des ballistischen Projektils durch den Träger P anspricht.
Dieser Abwurfunterbrecher kann beispielsweise ein magnetisch betätigter Unterbrecher sein, der beim Abwurf einen entsprechenden Schaltkreis schließen kann.
Die Einrichtungen zum Erfassen des Zeitpunktes des Abwurfes O umfassen weiterhin vorzugsweise einen Schnellauslöser 41, der bei einem Umschalten des Abwurfunterbrechers 40 einen Impuls erzeugt, der das genannte Zeitbezugssignal RT darstellt.
Es versteht sich somit, daß der Schnellauslöser 41 ein bistabiles Kippglied sein kann, das beim Schließen des Unterbrechers 40 durch Übergang in einen stabilen Zustand den Impuls erzeugt, der das genannte Zeitbezugssignal RT bildet.
Wie es gleichfalls in Fig. 3 dargestellt ist, können die Einrichtungen zum Erfassen des Zeitpunktes des Abwurfes O weiterhin eine Zeitbasis umfassen, die mit 5 bezeichnet ist und aus einem Zeitgeber besteht, der ein Zeittaktsignal CLK mit hoher Frequenz ausgibt, wobei dieser Zeitbasis 5 eine logische Teilereinrichtung 6, die durch n teilt, in Kaskade nachgeschaltet ist, die das Zeittaktsignal CLK empfängt und ein um eine bestimmte Zeit τ verzögertes Signal erzeugt, das das verzögerte Bezugssignal bildet, das mit RT(τ) bezeichnet ist.
Wie es im übrigen in Fig. 3 dargestellt ist, liegt das Zeitbezugssignal RT an dem Eingang RAZPRD zum Zurücksetzen der Komponenten der Fluglage des ballistischen Projektils auf Null, die vom Trägheitsnavigationsleitwerk 1 kommen, um dadurch das Abwurfbezugssystem RD zum Zeitpunkt des Abwurfes O des ballistischen Projektils zu definieren.
Wie es gleichfalls in Fig. 3 dargestellt ist, liegt das verzögerte Zeitbezugssignal RT(τ) an einem Eingang RAZPRD zum Rücksetzen der Komponenten der Geschwindigkeit des ballistischen Projektils des Trägheitsnavigationssystems 1, um dadurch das Abwurfbezugssystem RD nach einer bestimmten Verzögerungszeit τ zu definieren, gerechnet vom Zeitpunkt des Abwurfes des ballistischen Projektils EB, und zwar bezüglich der anfänglichen Komponenten der Geschwindigkeit des ballistischen Projektils, die im wesentlichen gleich denen des Trägers zum Zeitpunkt des Abwurfes O sind.
Die im vorhergehenden genannten Signale können somit beispielsweise die eine oder die andere Initialisierung bewirken.
Im obigen wurden ein Verfahren und ein System zum selbsttätigen Lenken eines Luftabwurfprojektils mit einer Anfangsgeschwindigkeit zu einem Ziel beschrieben, die insbesondere insofern von Interesse sind, als das Verfahren und das System keine äußeren Bezugspunkte des ballistischen Projektils im Verlauf seiner Bewegung benötigen.
Es ist festzustellen, daß tatsächlich alle Parameter, die notwendigerweise zum Lenken des ballistischen Projektils benötigt werden, vom Trägheitsnavigationsleitwerk meßbar sind, das sich an Bord des ballistischen Projektils EB befindet.
Das Lenkverfahren und das Lenksystem, die Gegenstand der Erfindung sind, sind auf jede Art von Projektilen, die mit einer Lenkeinrichtung und mit einem Autopiloten versehen sind, und insbesondere auf angetriebene Bomben anwendbar.
Es versteht sich somit, daß das System und das Verfahren, die Gegenstand der Erfindung sind, einer Anordnung äquivalent sind, die die genannte Beschränkung des ballistischen Projektils aufhebt.
Das Verfahren und das System, die Gegenstand der Erfindung sind, erlauben es schließlich, die tatsächliche Reichweite des ballistischen Projektils um den Betrag CC' in den Fig. 2a und 2b zu vergrößern, indem das Prinzip des Abwurfes von nicht gelenkten und von nicht angetriebenen ballistischen Projektilen verwandt wird, für die eine Anfangsgeschwindigkeit VO zu bewältigen ist.

Claims

1. Verfahren zum selbständigen Lenken eines angetriebenen ballistischen Luftabwurfprojektils (EB) zu einem Ziel, das mit einer Anfangsgeschwindigkeit (VO) versehen wird und mit einem Trägheits-Navigations- und -Steuerungssystem versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verfahren darin besteht, daß

- dem Navigations- und Steuerungssystem ab dem Zeitpunkt des Abwurfes des ballistischen Projektils (EB) ein gravitationsloses Abwurfbezugssystem (RD) zugeordnet wird, welches Abwurfbezugssystem (RD) einem freien ballistischen Bewegungsgesetz (BL) bezüglich eines willkürlichen Gravitationsbezugssystems (RG) unterworfen wird, das mit dem Ziel verbunden ist,

- das Bewegungsgesetz des ballistischen Projektils (EB) einem bestimmten Bewegungsgesetz bezüglich des freien ballistischen Bewegungsgesetzes des Abwurfbezugssystems (RD) und bezüglich des Abwurfbezugssystems selbst unterworfen wird, um für das ballistische Projektil (EB) ein gelenktes ballistisches Bewegungsgesetz (BG) zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwurfbezugssystem (RD) zum Zeitpunkt des Abwurfs (O) des ballistischen Projektils (EB) durch die Komponenten der Fluglage des Trägers (P) und des ballistischen Projektils (EP) bestimmt wird, wobei die Komponenten der Fluglage des ballistischen Projektils, die vom Trägheitsnavigationsleitwerk kommen, auf Null initialisiert werden, um das Abwurfbezugssystem zu bestimmen (XD = 0, YD = 0, ZD = 0), und die Komponenten der Geschwindigkeit und der Position gleichfalls auf den Wert Null initialisiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwurfbezugssystem (RD) nach einer bestimmten Verzögerungszeit (τ) ab dem Zeitpunkt des Abwurfes (O) des ballistischen Projektils (EB) bestimmt wird, die Komponenten der Geschwindigkeit des ballistischen Projektils, die im wesentlichen gleich denen des Trägers zum Zeitpunkt des Abwurfes sind, auf Null initialisiert werden, um das Abwurfbezugssystem zu bestimmen (XD = 0, YD = 0, ZD = 0), und die Komponenten der Position und der Fluglage nach derselben Verzögerungszeit τ gleichfalls auf den Wert Null initialisiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterwerfen des ballistischen Projektils einem bezüglich des freien ballistischen Bewegungsgesetzes (BL) des Abwurfbezugssystems (RD) und bezüglich des Abwurfbewegungssystems selbst bestimmten Bewegungsgesetz dadurch bewirkt wird, daß wie eine Sollgröße ein bestimmter Bewegungswert für eine oder mehrere Komponenten im Abwurfbezugssystem verwandt wird, und das ballistische Projektil einem ballistisch gelenkten Bewegungsgesetz (BG) bezüglich des freien theoretischen ballistischen Bewegungsgesetzes (BL) des Abwurfbezugssystems (RD) unterworfen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger vor dem Abwurf des ballistischen Projektils einen Winkel der Bahnkurve erreicht hat, die dem zu erreichenden Ziel entspricht, wobei der bestimmte Bewegungswert einem Bewegungsvektor

entspricht, dessen Richtung parallel zur Richtung der Achse des Abwurfbezugssystems liegt, die auf das Ziel (C') in der Richtung der Bahnkurve des Trägers gerichtet ist, und dessen Wert

dem Maß des Abstandes der entsprechenden Punkte auf der freien ballistischen Bahn (BL) des Abwurfbezugssystems (RD) und auf der gelenkten Bahn (BG) des ballistischen Projektils (EB) entspricht.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ballistische Projektil (EB) einer ballistisch gelenkten Bewegung (BG) im wesentlichen über die gesamte Flugbahn bis zum Ziel (C') unterworfen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ballistische Projektil (EB) einer ballistisch gelenkten Bewegung (BG) über einen Teil seiner Flugbahn bis zum Ziel (C') unterworfen wird.

8. System zum selbständigen Lenken eines angetriebenen Luftabwurfprojektils (EB) zu einem Ziel, das mit einer Anfangsgeschwindigkeit (V0) versehen wird, welches System ein Navigationssystem, das ein Trägheitsnavigationsleitwerk (1) und Betätigungsschaltungen (3) für die Lenkorgane des ballistischen Projektils (EB) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin

- Einrichtungen (2) zum Unterwerfen des Bewegungsgesetzes des ballistischen Projektils (EB) einem bezüglich des freien ballistischen Bewegungsgesetzes (BL) des Abwurfbezugssystems (RB) und bezüglich des Abwurfbezugssystems selbst bestimmten Bewegungsgesetz, um für das ballistische Projektil (EB) ein gelenktes ballistisches Bewegungsgesetz (BG) zu bilden,

- Einrichtung (4) zum Erfassen des Zeitpunktes des Abwurfes des ballistischen Projektils, die zum Zeitpunkt des Abwurfes (O) des ballistischen Projektils (EB) ein Zeitbezugssignal (RT) abgeben, und

- Inititialisierungseinrichtungen aufweist, die das Zeitbezugssignal (RT) empfangen und an das Trägheitsnavigationsleitwerk (1) ein Initialisierungssignal abgeben können, um ein gravitationsloses Abwurfbezugssystem (RD) zu bilden.

9. System zum Führen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterwerfungseinrichtungen (2) einen Autopiloten aufweisen, der eine Einrichtung (20) zum Ändern der Achsen umfaßt, und einerseits die Komponenten der Fluglage (θRD, ψRD, φRD) des ballistischen Projektils (EB) bezüglich des Abwurfbezugssystems (RD) und andererseits die Parameter der Beschleunigung (γRD), der Geschwindigkeit (VRD) und der Position (PRD) des ballistischen Projektils bezüglich des Abwurfbezugssystems (RD) empfangen, welche Einrichtung (20) zum Ändern der Achsen die Werte der Positionsabweichung des Abwurfbezugssystems und eines Bezugssystems (REB) liefert, das mit dem ballistischen Projektil (EB) verbunden ist, und der Autopilot (2) weiterhin Reguliereinrichtungen (21) umfaßt, die die Abweichungswerte von der Einrichtung (20) zum Ändern der Achsen empfangen und den Betätigungsschaltungen (3) der Richtungsorgane des ballistischen Projektils Steuerbefehle geben.

10. System zum Führen nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Ermitteln des Zeitpunktes des Abwurfes (O)

- einen Abwurfunterbrecher (40), der auf den eigentlichen Abwurf des ballistischen Projektils vom Träger anspricht, und

- einen Schnellauslöser (41) umfassen, der auf die Umschaltung des Abwurfunterbrechers einen Impuls erzeugen kann, der das Zeitbezugssignal darstellt.

11. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin

- eine Zeitbasis (5), die ein Taktsignal (CLK) ausgibt, und

- eine logische Teilereinrichtung (6) in einem Verhältnis n umfaßt, die das Taktsignal (CLK) empfängt und ein um eine bestimmte Verzögerungszeit (τ) verzögertes Signal erzeugen kann, um ein verzögertes Zeitbezugssignal zu bilden.

12. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitbezugssignal (RT) am Rücksetzeingang (RAZ PRD) der Kornponenten der Fluglage des ballistischen Projektils des Trägheitsnavigationsleitwerks (1) liegt, um das Abwurfbezugssystem (RD) zum Zeitpunkt des Abwurfes (O) des ballistischen Projektils (EB) aus den Komponenten der Fluglage zu bilden, die dem Träger und dem ballistischen Projektil (EB) entsprechen.

13. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das verzögerte Zeitbezugssignal (RT(τ)) am Rücksetzeingang (RAZ VRD) der Komponenten der Geschwindigkeit des ballistischen Projektils des Trägheitsnavigationswerks (1) liegt, um das Abwurfbezugs-System (RD) nach einer bestimmten Verzögerungszeit (τ) ab dem Abwurf des ballistischen Projektils (EB) bezüglich der Anfangskomponenten der Geschwindigkeit des ballistischen Projektils zu bestimmen, die im wesentlichen gleich denen des Trägers zum Zeitpunkt des Abwurfes sind.