EP0070541B1

EP0070541B1 - Feuerleiteinrichtung für ein Flugabwehrsystem

Info

Publication number: EP0070541B1
Application number: EP82106430A
Authority: EP
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. Weisbrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-07-21
Filing date: 1982-07-16
Publication date: 1990-01-17
Anticipated expiration: 2002-07-16
Also published as: EP0070541A2; ATE49654T1; DE3128761A1; EP0070541A3; DE3128761C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Obergriff des Patentanspruchs 1.

Die Abwehr von Flugzielen unter Verwendung einer Feuerleiteinrichtung ist auf die laufende Verfolgung der Flugziele mit Hilfe geeigneter Sensoren z. B. mit Radargeräten angewiesen. Die von den Sensoren erhaltenen Daten liefern nicht nur den aktuellen Zielort, sondern sind auch zur Vorhersage des Zielortes für einen zukünftigen Zeitpunkt erforderlich. Die Zielortvorhersage wiederum ist Voraussetzung für die Bestimmung des Waftenvorhaltes, der in einem Vorhalterechner berechnet wird. Die Zielortvorhersage ist prinzipiell fehlerbehaftet, so daß ein vorhergesagter Zielort und der nach Ablauf der Vorhersagezeit tatsächlich vorliegende Zielort nicht übereinstimmen. Für eine schnelle erfolgreiche Abwehr von Flugzielen ist die Verringerung des Vorhersagefehlers ausschlaggebend.
Verfahren, die unter Verwendung einer bestimmten Anzahl zurückliegender Sensor-Meßdaten versuchen, durch geeignete Mittelwertbildung oder durch Filterverfahren, z. B. Kalman-Filterung, den wahrscheinlichsten Zustandsvektor des Zieles (Ort, Geschwindigkeit, Beschleunigung) über der Zeit t zu ermitteln, liefern nicht die gewünschte Genauigkeit, wenn das Ziel Flugmanöver ausführt, die nur mit einer gewissen Zeitkonstante nachvollzogen werden können. Selbst bei mathematisch optimalen und sehr rechenintensiven Verfahren mit automatischer Zeitkonstantenanpassung an das Zielverhaften ist das Ergebnis bei Flugmanövern in der Praxis meistens unbefriedigend, da die Zeitkonstantenanpassung zu langsam erfolgt.
In der US-A-3 848 509 ist eine Feuerleiteinrichtung beschrieben, bei der zwei Radargeräte zur Erfassung der Differenz zwischen dem Zielort und der Geschoßflugbahn vorgesehen sind. Diese Differenz wird dann zur Korrektur der Zielortvorhersage verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit der Zielortvorhersage mit vertretbarem Aufwand weiter zu verbessern.
Ist die Abweichung größer als eine empirisch ermittelte, von der Güte des Radargerätes abhängige maximale Fehleramplitude für gradlinige unbeschleunigte Zielbewegungen, so wird auf ein Flugmanöver des Zieles geschlossen. Bei der Abgabe der aktuellen Zielortvorhersage ist dann dem unkorrigierten Vorhersagewert die Abweichung hinzuzuaddieren. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Korrektur des Zielortes einer Vorhersage durch Mittelwertbildung aus mehreren errechneten Abweichungen gebildet sein. Ebenso kann es vorteilhaft sei, die durch Vergleich aufeinanderfolgender Abweichungen erkennbare Tendenz der Werte der Abweichung zur Korrektur der Vorhersage des Zielortes heranzuziehen.
Für die durch Vergleich ermittelte Abweichung läßt sich ein Korrekturwert wie folgt errechnen.
Die zum Zeitpunkt to abgegebene Zielortvorhersage für den Zeitpunkt to + Tv ist
darin bedeutet Tv die Vorhersagedauer.
Der zum Zeitpunkt to + Tv erhaltene Meßwert für den Zielort ist:
Die zum Zeitpunkt to + Tv durch Vergleich erkannte Abweichung e zwischen Vorhersage Xv und Meßwert Xv beträgt
Nach der Entscheidung, ob die Abweichung größer ist als eine maximal zulässige Fehleramplitude bei geradlinigen unbeschleunigten Zielbewegungen, erfolgt gegebenenfalls eine additive Korrektur der Vorhersage durch die Abweichung e
wobei Xv der korrigierte Wert zu Xv ist. Der Zeitpunkt t1 entspricht, wenn es sich um die nachfolgende Vorhersage handelt, dem Zeitpunkt to + Tv.
Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung für ein Flugabwehrsystem gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild mit einer detaillierten Aufgliederung des Vorhaltekorrekturteils aus Fig. 1,
Fig.3 eine Darstellung eines Zeitdiagramms der Funktionen der Anordnung nach Fig. 1 und 2.

Das Blockschaltbild nach Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines bekannten Vorhalterechners VHR mit dem Schaltungsteil VK zur Korrektur des Vorhaltes gemäß der Erfindung. Der Vorhafterechner VHR besteht aus einer StufeKT zur Koordinatentransformation und Glättung der Daten für den Zielort, einer Stufe BZ zur Berechnung der Zielgeschwindigkeit und Beschleunigung und einer Stufe VO zur Vorhersage eines Ortswertes X_v für den Zeitpunkt (to + Tv). Dem Vorhafterechner werden die polaren Radardaten zum Zeitpunkt to zugeführt. Die Transformations-und Glättungsstufe KT liefert an ihrem Ausgang geglättete kartesische Ortsdaten, die auf den Zeitpunkt to zurückgerechnet sind, sowohl an die nächste Stufe BZ zur Berechnung der Zielgeschwindigkeit und Beschleunigung als auch an den Schaltungsteil VK zur Korrektur des Vorhaltes. Der Ausgang der Stufe BZ liefert die ebenfalls auf den Zeitpunkt to zurückgerechneten geglätteten Orts- und Geschwindigkeitsdaten für die nachfolgende Stufe VO in der die Vorhersage eines Ortswertes für den Zeitpunkt (to + Tv) berechnet wird. Das Ergebnis der Vorhafterechnung der Stufe VO wird einem zweiten Eingang des Schaftungsteils VK zur Korrektur des Vorhaltes zugeführt. Der Vorhaltekorrekturteil VK besteht aus dem Schaltungsteil SP zur Speicherung der Vorhersagewerte und aus einer Vergleichsschaltung zum Vergleich der Vorhersagewerte mit dem tatsächlichen Zielort nach der Vorhersagedauer Tv. In einer weiteren Stufe FK des Vorhaltekorrekturteils VK erfolgt in einem Additionsvorgang die Korrektur der Ortsvorhersagen mit den in der Vergangenheit gemachten Abweichungen. Im Vorhaftekorrekturteil VK wird somit der vom Vorhalterechner VHR zum Zeitpunkt t_o ermittelte Zielort Xv für die Treffzeit (to + Tv) mit dem vermessenen Zielort X zur Zeit (to + Tv) verglichen und durch Addition des Korrekturwertes das Ergebnis der Vorhafterechnung verbessert. Die Vorhaltewinkel der mit der Feuerleiteinrichtung zu steuernden Waffen werden mit den Ausgangsdaten des Vorhaltekorrekturteils korrigiert.
Im Blockschaltbild nach Fig. 2 ist die Funktion des Speichers und der Vergleichsschaltung SP des Vorhaltekorrekturteils VK weiter aufgeschlüsseit. Die Korrekturstufe FK des Vorhaltekorrekturteils VK bedarf keiner weiteren Ausführungen, da sie aus einer bekannten Additionsschaltung besteht.
Der zum Zeitpunkt to vom Vorhalterechner ermittelte Treffpunkt wird in einem Ortsspeicher OSP und der zugehörige Treffzeitpunkt in einem Zeitspeicher ZSP abgespeichert. Der Treffzeitpunkt ergibt sich bei der Vorhafterechnung aus der Summe der Zeit to und der Geschoßflugzeit. Bei den Speichern ZSP und OSP handelt es sich um bekannte Speicherschaftungen, die Speicherplätze für 1 bis n Vorhersagezeitpunkte bzw. vorhergesagte Ortswerte aufweisen. Mit Beginn der Einspeicherung wird ein bekannter Zeitgeber ZG gestartet, der eine Zeitmessung bezüglich der Startzeit t durchführt.
Weitere Schaltungsteile der Speicher- und Vergleichsschaltung SP sind ein Zeitkomparator ZK und ein Ortskomparator OK. Eingangsseitig ist der Zeitkomparator ZK mit dem Zeitgeber ZG, der die aktuelle Zeit liefert und mit dem Ausgang des Zeitspeichers ZSP, der den ersten Vorhersagezeitpunkt liefert, verbunden. Vom Zeitkomparator ZK gelangt ausgangsseitig ein Signal an den Ortskomparator OK, das eine Vergleichserlaubnis für die Daten des ersten gespeicherten Ortes und die Daten des vermessenen aktuellen Zielortes beinhaltet. Die im Ortskomparator OK ermittelte Abweichung der Zielortsvorhersage wird der Korrekturstufe FK zugeführt und zum Ergebnis der Vorhalterechnung hinzuaddiert.
Von den nacheinander eintreffenden Zieldaten wird jeweils eine Vorhalteberechnung durchgeführt und nacheinander Treffpunkt (Ort) und der zugehörige Treffzeitpunkt im Ortsspeicher OSP bzw. Zeitspeicher ZSP der Vorhaltekorrekturschaltung VK abgespeichert. Diese Vorgänge wiederholen sich gemäß Fig. 3 in der angegebenen Reihenfolge solange, bis der Zeitgeberstand größer oder gleich der ersten Treffzeit wird. Nach Erfüllung dieser Bedingung schließen sich die folgenden beschriebenen Schritte an. Im Zeitkomparator ZK wird festgestelft, ob die aktuelle Zeit to + n. Takt des Zeitgebers und der erste Vorhersagezeitpunkt Tv1 gleich groß sind, Ist dieser Fall eingetreten, gibt der Zeitkomparator ZK eine Vergleichserlaubnis des vermessenen aktuellen Ortes mit dem vorhergesagten ersten gespeicherten Treffpunktort im Ortskomparator OK. Mit der Differenz zwischen dem Vorhersagewert (erster Treffpunkt) und dem Meßwert wird die Sollposition der zu steuernden Waffe korrigiert. Danach werden der erste Treffpunkt im Ortsspeicher OSP und die erste Treffzeit im Zeitspeicher ZSP durch einen vom Zeitkomparator ZK gelieferten Speicherrücksetzbefehl gelöscht, so daß der zweite Treffpunkt (Ort) und der zweite Treffzeitpunkt zum ersten und der dritte Treffpunkt (Ort) und der dritte Treffzeitpunkt zum zweiten wird usw.
Der Zähltakt für den Zeitgebermechanismus ist in einem synchron getakteten System gleich dem Zeittakt, mit der die Radardaten geliefert werden, während der Takt in einem asynchron freilaufenden System nach der gewünschten Zeitauflösung gewählt wird.
Bei einem synchron getakteten System können mehrere aufeinander folgend abgespeicherte Treffzeiten auf absolute Treffzeitpunkte führen, die zeitlich geringer auseinander liegen als die Taktzeit. Entsprechendes gilt in einem asynchron freilaufenden System für die größtmögliche Schrittweite des Zählers. Dieser Vorgang ist in Fig. 3 im zweiten Vergleich dargestellt. In diesem Falle ist nicht nur der erste Treffpunkt und Treffzeitpunkt aus den Speichern zu eliminieren, sondern auch alle folgenden Treffpunkte und Treffzeitpunkte, die zeitlich zu nah am ersten Treffpunkt liegen. Andernfalls würde der Zählvorgang auf der linken Seite der Fig. 3 nicht mehr mit den Treffzeiten auf der rechten Seite dieses Zeitdiagramms übereinstimmen.
Wird eine Anzahl von n Treffpunkten und Treffzeitpunkten gleichzeitig aus dem Speicher eliminiert, so wird der (n + 1)te Treffpunkt und Treffzeitpunkt zum ersten Treffpunkt und Treffzeitpunkt.
Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, ist eine völlige zeitliche Gleichheit zwischen Mespunkten und Treffpunkten nicht gegeben. Diese wird durch Interpolation der Treffpunktdaten auf die Zeit der Meßpunktdaten korrigiert.

Claims

1. Verfahren zur Flugzielortvorhersage unter Verwendung der mit Sensoren ermittelten Flugzieldaten für eine Feuerleiteinrichtung eines Flugabwehrsystems, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Zeitpunkt (to) berechnete Vorhersage des Zielortes (X_v(to + Tv)) laufend mit dem nach Ablauf der Vorhersagedauer (Tv) gemessenen Zielort (X(to + Tv)) verglichen wird, und daß die durch diesen Vergleich ermittelte Abweichung (e(to Tv)) zu einer additiven Korrektur der nachfolgenden, zu einem späteren Zeitpunkt (t_i) berechneten Vorhersage verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Korrekturwert durch Mittelwertbildung aus mehreren Abweichungen (e) gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zusätzlich die durch Vergleich aufeinanderfolgender Abweichungen (e) festgestellte Tendenz der Werte der Abweichung zur Korrektur verwendet wird.