EP0070541B1 - Feuerleiteinrichtung für ein Flugabwehrsystem - Google Patents

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EP0070541B1
EP0070541B1 EP82106430A EP82106430A EP0070541B1 EP 0070541 B1 EP0070541 B1 EP 0070541B1 EP 82106430 A EP82106430 A EP 82106430A EP 82106430 A EP82106430 A EP 82106430A EP 0070541 B1 EP0070541 B1 EP 0070541B1
Authority
EP
European Patent Office
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time
prediction
location
meeting
control device
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EP82106430A
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English (en)
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EP0070541A3 (en
EP0070541A2 (de
Inventor
Reinhard Dipl.-Ing. Weisbrich
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Siemens AG
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Siemens AG
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Publication of EP0070541A3 publication Critical patent/EP0070541A3/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G5/00—Elevating or traversing control systems for guns
    • F41G5/08—Ground-based tracking-systems for aerial targets

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
  • the defense against flight targets using a fire control device is based on the ongoing tracking of the flight targets with the help of suitable sensors.
  • the data received by the sensors not only provide the current destination, but are also required to predict the destination for a future point in time.
  • the destination prediction is, in turn, a prerequisite for the determination of the reserve, which is calculated in a reserve calculator.
  • the destination prediction is principally error-prone, so that a predicted destination and the destination actually present after the prediction time have expired do not match. The reduction of the prediction error is crucial for a quick and successful defense against flight targets.
  • US-A-3 848 509 describes a fire control device in which two radar devices are provided for detecting the difference between the destination and the projectile trajectory. This difference is then used to correct the destination prediction.
  • the invention has for its object to further improve the accuracy of the destination prediction with reasonable effort.
  • the correction of the target location of a prediction can be formed by averaging from a plurality of calculated deviations. It can also be advantageous to use the tendency of the values of the deviation, which can be recognized by comparing successive deviations, to correct the prediction of the destination.
  • a correction value can be calculated as follows.
  • the destination prediction given at the time to is for the time to + Tv
  • Tv means the prediction time
  • the measured value for the destination obtained at the time to + Tv is:
  • the difference e between the prediction Xv and the measured value Xv, recognized by comparison at the time to + Tv, is After the decision as to whether the deviation is greater than a maximum permissible error amplitude in the case of straight-line unaccelerated target movements, the prediction is optionally corrected by the deviation e where Xv is the corrected value for Xv. If the subsequent prediction is concerned, the time t1 corresponds to the time to + Tv.
  • the pre-calculation computer VHR consists of a stage CT for coordinate transformation and smoothing of the data for the destination, a stage BZ for calculating the target speed and acceleration and a stage VO for predicting a location value X v for the time (to + Tv).
  • the polar radar data are supplied to the pre-calculation computer at the time to.
  • the transformation and smoothing stage KT supplies smoothed Cartesian location data, which are calculated back to the time to, both to the next stage BZ for calculating the target speed and acceleration and to the circuit part VK for correcting the lead.
  • stage BZ provides them if smoothed location and speed data calculated back to the time to for the subsequent stage VO in which the prediction of a location value for the time (to + Tv) is calculated.
  • the result of the preliminary calculation of stage VO is fed to a second input of the shaft part VK for correcting the lead.
  • the lead correction part VK consists of the circuit part SP for storing the prediction values and a comparison circuit for comparing the prediction values with the actual destination after the prediction time Tv.
  • the location predictions with the deviations made in the past are corrected in an addition process.
  • the destination Xv determined by the reserve computer VHR at the time t o for the meeting time (to + Tv) is compared with the measured destination X at the time (to + Tv) and the result of the pre-calculation is improved by adding the correction value.
  • the lead angles of the weapons to be controlled with the fire control device are corrected with the output data of the lead correction part.
  • the function of the memory and the comparison circuit SP of the lead correction part VK is further disclosed.
  • the correction level FK of the lead correction part VK requires no further explanations, since it consists of a known addition circuit.
  • the meeting point determined by the reserve computer at the time to is stored in a location memory OSP and the associated meeting time in a time memory ZSP.
  • the meeting time results from the sum of the time to and the floor flight time in the pre-calculation.
  • the memories ZSP and OSP are known memory shafts that have memory locations for 1 to n prediction times or predicted location values.
  • a known timer ZG is started, which carries out a time measurement with respect to the start time t.
  • a time comparator ZK On the input side, the time comparator ZK is connected to the timer ZG, which supplies the current time, and to the output of the time memory ZSP, which supplies the first prediction time. On the output side, the time comparator ZK sends a signal to the location comparator OK, which includes a comparison permission for the data of the first stored location and the data of the measured current destination. The deviation of the destination prediction determined in the location comparator OK is fed to the correction stage FK and added to the result of the reserve calculation.
  • a reserve calculation is carried out from the target data arriving one after the other and the meeting point (location) and the associated meeting point are stored in the local memory OSP or time memory ZSP of the lead correction circuit VK. According to FIG. 3, these processes are repeated in the order given until the timer status becomes greater than or equal to the first meeting time. After fulfilling this condition, the following steps follow.
  • the time comparator ZK determines whether the current time to + n. Clock of the timer and the first prediction time Tv1 are the same. If this occurs, the time comparator ZK gives permission to compare the measured current location with the predicted first stored meeting point location in the location comparator OK .
  • the target position of the weapon to be controlled is corrected with the difference between the prediction value (first meeting point) and the measured value.
  • the first meeting point in the local memory OSP and the first meeting time in the time memory ZSP are deleted by a memory reset command provided by the time comparator ZK, so that the second meeting point (location) and the second meeting time at the first and third meeting point (location) and the third meeting time at second will etc.
  • the counting clock for the timer mechanism in a synchronously clocked system is the same as the clock with which the radar data is supplied, while the clock in an asynchronous free-running system is selected according to the desired time resolution.
  • the (n + 1) th meeting point and meeting point becomes the first meeting point and meeting point.

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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
  • Figure imgb0001
    darin bedeutet Tv die Vorhersagedauer.
  • Der zum Zeitpunkt to + Tv erhaltene Meßwert für den Zielort ist:
    Figure imgb0002
    Die zum Zeitpunkt to + Tv durch Vergleich erkannte Abweichung e zwischen Vorhersage Xv und Meßwert Xv beträgt
    Figure imgb0003
    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
    Figure imgb0004
    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 Xv 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 to 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 (3)

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 (Xv(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 (ti) 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.
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EP0070541A2 EP0070541A2 (de) 1983-01-26
EP0070541A3 EP0070541A3 (en) 1985-10-09
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