EP0159392A2 - Gun fire control system for mobile weapon carriers, particularly for combat tanks - Google Patents
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- EP0159392A2 EP0159392A2 EP84110639A EP84110639A EP0159392A2 EP 0159392 A2 EP0159392 A2 EP 0159392A2 EP 84110639 A EP84110639 A EP 84110639A EP 84110639 A EP84110639 A EP 84110639A EP 0159392 A2 EP0159392 A2 EP 0159392A2
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Definitions
- the invention relates to a fire control and navigation system for moving weapon carriers according to the preamble of claim 1, which is particularly suitable for battle tanks but also for other vehicles that are used for targeting and location purposes via a primary stabilized system and also via a secondary stabilized system that is movable relative to the vehicle feature.
- Modern weapon systems are nowadays required to be able to be used when the weapon carrier is in motion.
- the movement of the weapon must be known or the weapon must be stabilized in order to compensate for the movements and thus disturbing influences of the wearer, such as other movement and acceleration components acting on the weapon, at the time of the projectile departure.
- a battle tank with a barrel weapon that can move freely about two axes, that is to say about the vertical axis in the azimuthal direction and about an elevation axis in height, is to be considered.
- the ballistic trajectory of the shot and thus its range is determined via the height directional angle.
- the movement of the weapon carrier In order to be able to use the weapon even when the vehicle is moving, the movement of the weapon carrier must be compensated for, ie the weapon must be stabilized.
- several gyro packages are used as sensors for the primary stabilization of sighting means and the weapon system.
- Such a gyro package usually includes two uniaxial gyros, which are mounted on the weapon and measure the rotary movements in the elevation and azimuth axes and compensate for each with a closed control loop with the help of directional drives.
- the edge angle of the weapon must also be known for determining the ballistic data, which is detected by a pilot sensor.
- gyroscopes are used in the turret and hull to pre-stabilize the weapon.
- the main battle tank as a direct-facing weapon has visual aids for commanders and gunner with which the position of the target is visually determined. In order to use these sighting devices while driving, they must also be stabilized. If they are primary stabilized, this means that the display units also have two uniaxial gyro packages with corresponding servo drives and control loops. This means that three primary stabilized devices with a total of six turning gyros are available in such a main battle tank. However, these turning gyros work independently of one another, so that if one gyro packet fails, the other cannot perform its function. In addition, the known gyroscopes are not suitable for providing guidance information, for example in the form of navigation data.
- the invention has for its object to provide a fire control and navigation system for moving weapon carriers, which measures all the information necessary for fire control and stabilization of the weapon under all conceivable driving conditions of the weapon carrier and target and additionally provides guidance information for tactical tasks.
- the accuracy of the overall system is to be improved and new tactical applications are to be developed.
- the digital navigation system according to the invention using strapdown technology does not require any complicated, complex mechanical parts apart from the inertial sensors. It includes only two biaxial dry, dynamically tuned gyros and three uniaxial accelerometers, which are combined with the gyros in a single sensor block. This means that all functions according to the task are completely autonomous and can be carried out from the outside without the possibility of interference.
- the strapdown sensor block comprises two dry, dynamically tuned two-axis gyros 1 and 2 arranged perpendicular to one another and three uniaxial accelerometers 3, 4, 5 aligned in the three spatial axes.
- the accelerometers 3, 4, 5 determine the vehicle accelerations in three orthogonal ones Axes and the gyros 1, 2 also measure the rotation rates in three orthogonal axes.
- the vehicle speed can thus be determined by integrating the accelerations taking into account the direction.
- the distance traveled is obtained by integrating the vehicle speed. If the starting position and the initial speed of the vehicle are known, then navigation is possible, that is, the current vehicle position can be calculated continuously in three-dimensional space.
- the measured rotation rates can be used for primary stabilization of the vehicle carrying the gyroscope and can also be used for secondary stabilization of another device.
- FIG. 5 gives an overview of the fire control system.
- a strapdown sensor block 8 is integrated in a target device 6, which is primary stabilized with the aid of controllers and servo drives 7.
- the rotation rates determined for stabilization are also used by control electronics 16 of a weapon 15 for secondary stabilization of the weapon.
- the weapon can be post-stabilized using a fire control computer 10.
- the fire control computer 10 calculates the ballistic values as well as lead and attachment depending on the type of projectile. Using a directional handle 9, the command variable can be given as a target speed on the target device and weapon.
- a navigation computer 11 determines speed and position based on the carrier vehicle from rotation rates and accelerations, measured by the strapdown sensor block 8.
- a display and operating device 13 is used to display the determined values, for example the position in UTM coordinates, and for input, for example the start position.
- Additional sensors 14, such as thermal imaging night vision devices, can be integrated into the system as a supplement. Due to the multiple use of the sensors, the position data of the carrier vehicle are determined beyond the actual stabilization task from the measured translational accelerations and the rotation rates.
- the system also determines the position angles of the weapon, which are required to compensate for tilting and to calculate the ballistic angles.
- the movement of the weapon when fired is fully known, so that ballistic disturbances can be compensated for.
- the weapon can be point-stabilized if the target distance is known, as FIG. 6 illustrates. Furthermore, the actual target movement can be determined via the directional movement, since the vehicle movement is known. This enables correct dynamic lead formation with simultaneous correct ballistic compensation.
- the weapon can also be used in an indirect shot, that is, without a direct line of sight to the target.
- This allows the weapon to be used for new tactical tasks such as helicopter defense and to support artillery in the event of a fire.
- the navigational ability offers the commander additional guidance, in particular the display of his own position and the display of the position of other vehicles of his squad, so that the visual connection of the friendly vehicles to each other for tactical guidance is no longer an essential requirement. This means that it can be used without degrading the system performance even under difficult visibility conditions, for example under ABC conditions or at night. The same applies to the fight in monotonous or foreign terrain, in which no landmarks can be found.
- the system according to the invention operates with little wear and is maintenance-free. Due to the digital system design, the measured values can be used several times and intermediate results can be used. This results in a significant improvement in the performance of the overall system and new application possibilities are opened up.
Abstract
Das Feuerleit- und Navigationssystem für bewegliche Waffenträger, insbesondere für Kampfpanzer sieht vor, zur Primärstabilisierung beispielsweise eines Ziel- oder Sichtgeräts sowie zur Sekundärstabilisierung einer Waffe einen einzigen zentralen Sensorblock in Strapdown-Technologie zu verwenden, der zwei zweiachsige trockene, dynamisch abgestimmte Kreisel und drei einachsige Beschleunigungsmesser umfaßt. Die Beschleunigungswerte bzw. Drehraten werden im Digitalformat ausgegeben und verarbeitet, so daß außer den üblichen Feuerleitfunktionen zusätzliche Leistungen des Systems ermöglicht sind, insbesondere eine einwandfreie Navigation ohne externe Sichthilfen, eine exakte Feuerleitung sowie eine dynamische Punktstabilisierung der Waffe.The fire control and navigation system for movable weapon carriers, in particular for battle tanks, provides for the use of a single central sensor block in strapdown technology for primary stabilization of, for example, a target or sighting device and for secondary stabilization of a weapon Accelerometer includes. The acceleration values and rotation rates are output and processed in digital format, so that in addition to the usual fire control functions, additional system services are made possible, in particular perfect navigation without external visual aids, exact fire control and dynamic point stabilization of the weapon.
Description
Die Erfindung betrifft ein Feuerleit- und Navigationssystem für bewegte Waffenträger nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, das sich insbesondere für Kampfpanzer aber auch für andere Fahrzeuge eignet, die für Ziel- und Ortungszwecke über ein primärstabilisiertes System und außerdem über ein relativ zum Fahrzeug bewegbares sekundärstabilisiertes System verfügen.The invention relates to a fire control and navigation system for moving weapon carriers according to the preamble of claim 1, which is particularly suitable for battle tanks but also for other vehicles that are used for targeting and location purposes via a primary stabilized system and also via a secondary stabilized system that is movable relative to the vehicle feature.
Von modernen Waffensystemen wird heutzutage verlangt, daß sie bei bewegtem Waffenträger eingesetzt werden können. Das bedeutet für ballistisch wirkende Waffen eine Kompensation der Störungen beim Abgang des Geschosses. Dazu muß die Bewegung der Waffe bekannt oder die Waffe muß stabilisiert sein, um die Bewegungen und damit Störeinflüsse des Trägers wie gegebenenfalls andere auf die Waffe wirkende Bewegungs- und Beschleunigunskomponenten , zum Zeitpunkt des Geschoßabgangs zu kompensieren.Modern weapon systems are nowadays required to be able to be used when the weapon carrier is in motion. For weapons with a ballistic effect, this means compensation for the disturbances when the projectile is released. For this purpose, the movement of the weapon must be known or the weapon must be stabilized in order to compensate for the movements and thus disturbing influences of the wearer, such as other movement and acceleration components acting on the weapon, at the time of the projectile departure.
Am Beispiel eines modernen Kampfpanzers soll im folgenden aufgezeigt werden, welche Baugruppen heutzutage eingesetzt werden und welche Probleme dabei auftreten.Using the example of a modern main battle tank, the following is intended to show which assemblies are used today and which problems arise.
Betrachtet werden soll ein Kampfpanzer mit einer Rohrwaffe, die um zwei Achsen frei beweglich ist, das heißt um die Hochachse in azimutaler Richtung und um eine Elevationsachse in der Höhe. Über den Höhen-Richtwinkel wird unter anderem die ballistische Bahn des Schusses und damit seine Reichweite bestimmt. Um die Waffe auch bei bewegtem Fahrzeug einsetzen zu können, muß die Bewegung des Waffenträgers kompensiert, das heißt die Waffe muß stabilisiert werden. Für das Feuerleitsystem eines bekannten Kampfpanzers werden dazu mehrere Kreiselpakete als Sensoren zur Primärstabilisierung von Sichtmitteln und der Waffenanlage verwendet. Ein solches Kreiselpaket umfaßt in der Regel zwei einachsige Wendekreisel, die auf der Waffe montiert sind und die Drehbewegungen in Elevations- und Azimutachse messen und über je einen geschlossenen Regelkreis mit Hilfe von Richtantrieben ausgleichen. Für die Feuerleitung muß darüberhinaus zum Ermitteln der ballistischen Daten der Kantwinkel der Waffe bekannt sein, was durch einen Lotsensor erfaßt wird. Zusätzlich werden zur Vorstabilisierung der Waffe Wendekreisel in Turm und Wanne eingesetzt.A battle tank with a barrel weapon that can move freely about two axes, that is to say about the vertical axis in the azimuthal direction and about an elevation axis in height, is to be considered. Among other things, the ballistic trajectory of the shot and thus its range is determined via the height directional angle. In order to be able to use the weapon even when the vehicle is moving, the movement of the weapon carrier must be compensated for, ie the weapon must be stabilized. For the fire control system of a known main battle tank, several gyro packages are used as sensors for the primary stabilization of sighting means and the weapon system. Such a gyro package usually includes two uniaxial gyros, which are mounted on the weapon and measure the rotary movements in the elevation and azimuth axes and compensate for each with a closed control loop with the help of directional drives. For the fire control, the edge angle of the weapon must also be known for determining the ballistic data, which is detected by a pilot sensor. In addition, gyroscopes are used in the turret and hull to pre-stabilize the weapon.
Der Kampfpanzer als direkt gerichtete Waffe verfügt über Sichtmittel für Kommandanten und Richtschützen, mit denen die Lage des Ziels optisch festgestellt wird. Um diese Sichtmittel während der Fahrt benutzen zu können, müssen sie ebenfalls stabilisiert sein. Sind sie primärstabilisiert, so bedeutet das, daß auch die Sichtgeräte über zwei einachsige Wendekreisel-Pakete mit entsprechenden Servoantrieben und Regelkreisen verfügen. Damit stehen in einem solchen Kampfpanzer drei primärstabilisierte Geräte mit insgesamt sechs Wendekreiseln zur Verfügung. Diese Wendekreisel arbeiten jedoch unabhängig voneinander, so daß bei Ausfall eines Kreiselpaketes das andere dessen Funktion nicht miterfüllen kann. Darüberhinaus sind die bekannten Kreisel nicht geeignet, Führungsinformationen, zum Beispiel in Form von Navigationsdaten,bereitzustellen.The main battle tank as a direct-facing weapon has visual aids for commanders and gunner with which the position of the target is visually determined. In order to use these sighting devices while driving, they must also be stabilized. If they are primary stabilized, this means that the display units also have two uniaxial gyro packages with corresponding servo drives and control loops. This means that three primary stabilized devices with a total of six turning gyros are available in such a main battle tank. However, these turning gyros work independently of one another, so that if one gyro packet fails, the other cannot perform its function. In addition, the known gyroscopes are not suitable for providing guidance information, for example in the form of navigation data.
Das Schießen bei schnellbewegter Waffe ist aus den folgenden Gründen nur mit reduzierter Treffgenauigkeit möglich:
- 1. Die Waffenbewegung ist nicht vollständig bekannt, da die Kreisel nur Drehdaten messen können. Damit ist keine Aussage über die translatorische Bewegung der Waffe möglich. Wie jedoch die Figur 1 veranschaulicht, überlagern sich die Fahrzeuggeschwindigkeit V sowie die Richtgeschwindigkeit V (Drehwinkelgeschwindigkeit WR) der Anfangs- oder Mündungsgeschwindigkeit VO des'Geschosses, so daß sich eine tatsächliche Geschoßgeschwindigkeit VG ergibt.
- 2. Die Stabilisierung wird üblicherweise nur als sogenannte Richtungsstabilisierung durchgeführt. Das bedeutet, wie in Figur 2 veranschaulicht, daß der Richtungsvektor unabhängig von den auftretenden Drehdaten des Waffenträgers im Raum richtungsstabilisiert bleibt, aber zu sich selbst parallel verschoben wird. Je nach Fahrtrichtung von Waffenträger und Ziel können damit relativ große translative Verschiebungen auftreten, die durch die Stabilisierungsanlage allein nicht ausgeglichen werden können.
- 3. Die translatorischen Verschiebungen können über sogenannte Mitrichthilfen und dynamische Vorhaltbildung kompensiert werden. Dazu gibt der Richtschütze an einem Richtgriff die Richtgeschwindigkeit vor, die vom Feuerleitsystem zur Vorhaltberechnung verwendet wird. Diese Richtwinkelgeschwindigkeit WRS enthält jedoch sowohl Komponenten der Geschwindigkeit des Waffenträgers VW als auch der Geschwindigkeit des Ziels VZ (siehe Figur 3). Die Zielgeschwindigkeit VZ muß jedoch entsprechend dem Vorhaltewinkel Wv kompensiert werden, während die Geschwindigkeit des Waffenträgers Vw selbst als ballistische Störung beim Abgang des Geschosses behandelt werden muß. Durch die Vermischung beider Informationen im Richtsignal WRS ist beides gemeinsam bei bewegtem Waffenträger heute nicht möglich, oder anders ausgedrückt, der Waffenträger muß zum Zeitpunkt des Schusses kurzzeitig anhalten, so daß nur einer der beiden Informationswerte benötigt wird und erfaßt werden kann, oder es kommt in erheblichem Maße auf die Erfahrung des Richtschützen an, wie genau das Geschoß bei fahrendem Waffenträger das bewegte Ziel trifft. In der Regel sind auch über Mitrichthilfen dynamische Vorhaltbildungen nicht korrekt zu ermitteln.
- 4. Die einachsigen Wendekreisel in den heutigen Waffenstabilisierungsanlagen geben ein Analog-Signal aus und besitzen im allgemeinen nur eine begrenzte Bandbreite und Stabilität. Damit ist es kaum möglich, die gemessenen Drehraten auch für andere Funktionen als für die Stabilisierung des dem Kreiselpaket zugeordneten Geräts zu verwenden.
- 1. The weapon movement is not fully known because the gyroscopes can only measure rotation data. It is therefore not possible to make a statement about the translational movement of the weapon. However, as FIG. 1 illustrates, the vehicle speed V and the directional speed V (angular velocity W R ) overlap. the initial or muzzle velocity V O of the projectile, so that an actual projectile speed V G results.
- 2. The stabilization is usually only carried out as a so-called directional stabilization. As illustrated in FIG. 2, this means that the direction vector remains directionally stabilized in space, regardless of the rotation data of the weapon carrier, but is shifted parallel to itself. Depending on the direction of travel of the weapon carrier and target, relatively large translational shifts can occur, which cannot be compensated for by the stabilization system alone.
- 3. The translational shifts can be compensated for using so-called alignment aids and dynamic lead formation. For this purpose, the gunner specifies the aiming speed on a directional lever, which is used by the fire control system for the lead calculation. However, this directional angular velocity W RS contains components of the velocity of the weapon carrier V W as well as the velocity of the target V Z (see FIG. 3). The target speed V Z must, however, be compensated in accordance with the lead angle W v , while the speed of the weapon carrier V w itself must be treated as a ballistic disturbance when the projectile leaves. By mixing both pieces of information in the directional signal W RS , both are not possible today when the weapon carrier is moving, or in other words, the weapon carrier must stop briefly at the time of the shot, so that only one of the two information values is needed and can be detected, or it comes to a large extent on the experience of the gunner on how exactly the projectile hits the moving target when the weapon carrier is moving. As a rule, dynamic lead formation cannot be determined correctly with the help of training aids.
- 4. The uniaxial gyros in today's weapon stabilization systems issue an analog signal and generally have only a limited bandwidth and stability. It is therefore hardly possible to use the measured yaw rates for functions other than for stabilizing the device assigned to the gyro package.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feuerleit-und Navigationssystem für bewegte Waffenträger zu schaffen, das alle für die Feuerleitung und die Stabilisierung der Waffe unter allen denkbaren Fahrbedingungen von Waffenträger und Ziel notwendigen Informationen mißt und zusätzlich Führungsinformation für taktische Aufgaben zur Verfügung stellt. Darüberhinaus soll die Genauigkeit des Gesamtsystems verbessert und sollen neue taktische Einsatzmöglichkeiten erschlossen werden.The invention has for its object to provide a fire control and navigation system for moving weapon carriers, which measures all the information necessary for fire control and stabilization of the weapon under all conceivable driving conditions of the weapon carrier and target and additionally provides guidance information for tactical tasks. In addition, the accuracy of the overall system is to be improved and new tactical applications are to be developed.
Die erfindungsgemäße Lösung ist im Patentanspruch 1 angegeben.The solution according to the invention is specified in claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous further developments of the inventive concept are characterized in the subclaims.
Die oben erläuterte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:
- a) Es wird nur ein einziger zentraler Sensorblock in Strapdown-Technologie auf dem primär zu stabilisierenden Gerät montiert. Dieser zentrale Sensorblock mit digitaler Datenausgabe umfaßt zwei zweiachsige trockene und dynamisch abgestimmte Kreisel sowie drei einachsige Beschleunigungsmesser.
- b) Die gemessenen Drehraten werden zur Primärstabilisierung des Geräts sowie außerdem zur Sekundär- stabilisierung der Waffe verwendet.
- c) Die gemessenen Lagewinkel aus dem insgesamt digital ausgelegten System und die ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit können unmittelbar zur ballistischen Berechnung bei der Feuerleitung herangezogen werden.
- d) Weiterhin ist eine laufende Berechnung der aktuellen Position des Fahrzeugs und damit eine Fahrzeugnavigation möglich.
- e) Schließlich ist im Gegensatz zu bisherigen Systemen (s. obige Punkte 2 und 3) eine Punktstabilisierung und eine korrekte dynamische Vorhaltbildung möglich.
- a) Only a single central sensor block using strapdown technology is mounted on the device to be stabilized. This central sensor block with digital data output comprises two biaxial dry and dynamically tuned gyros and three uniaxial accelerometers.
- b) The measured rotation rates are used for primary stabilization of the device and also for secondary stabilization of the weapon.
- c) The measured position angles from the overall digitally designed system and the determined vehicle speed can be used directly for the ballistic calculation in the fire control system.
- d) Furthermore, an ongoing calculation of the current position of the vehicle and thus vehicle navigation is possible.
- e) Finally, in contrast to previous systems (see points 2 and 3 above), point stabilization and correct dynamic lead formation are possible.
Außer den bereits angesprochenen Vorteilen der Erfindung ist auch der geringe technische Aufwand im Vergleich zu den bisher in dreifacher Ausführung vorhandenen Wendekreiselpaketen zu erwähnen. Das erfindungsgemäße digitale Navigationssystem in Strapdown-Technik benötigt außer den inertialen Sensoren keine komplizierten aufwendigen mechanischen Teile. Es umfaßt lediglich zwei zweiachsige trockene, dynamisch abgestimmte Kreisel sowie drei einachsige Beschleunigungsmesser, die mit den Kreiseln in einem einzigen Sensorblock zusammengefaßt sind. Damit sind alle aufgabengemäßen Funktionen vollständig autonom und ohne Störungsmöglichkeit von außen ausführbar.In addition to the advantages of the invention which have already been mentioned, the low technical complexity in comparison to the turning gyro packs which have been available in triplicate is also worth mentioning. The digital navigation system according to the invention using strapdown technology does not require any complicated, complex mechanical parts apart from the inertial sensors. It includes only two biaxial dry, dynamically tuned gyros and three uniaxial accelerometers, which are combined with the gyros in a single sensor block. This means that all functions according to the task are completely autonomous and can be carried out from the outside without the possibility of interference.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 eine bereits erläuterte Skizze zur Verdeutlichung, welche zusätzlichen Geschwindigkeitskomponenten zum Zeitpunkt des Abgangs auf ein Geschoß additiv überlagernd wirken;
- Fig. 2 eine ebenfalls bereits erläuterte Darstellung zur Verdeutlichung der Richtungsstabilisierung der Waffe eines im Gelände bewegten Waffenträgers;
- Fig. 3 die für dynamische Vorhaltbildung bei bewegtem Ziel und bewegtem Waffenträger zu berücksichtigenden Geschwindigkeiten;
- Fig. 4 ein konkretes erprobtes Ausführungsbeispiel eines Strapdown-Sensorblocks, wie er erfindungsgemäß zur Primär- und Sekundärstabilisierung vorgeschlagen wird;
- Fig. 5 den Blockschaltbildaufbau eines Feuerleitsystems im Zusammenhang mit der Erfindung; und
- Fig. 6 eine der Figur 2 entsprechende Darstellung zur Verdeutlichung des Unterschieds einer Punktstabilisierung im Vergleich zu einer Richtungsstabilisierung.
- 1 shows a sketch which has already been explained to clarify which additional speed components act additively superimposed on a floor at the time of departure;
- FIG. 2 shows an illustration which has also already been explained to clarify the directional stabilization of the weapon of a weapon carrier moving in the field; FIG.
- 3 shows the speeds to be taken into account for dynamic lead formation with a moving target and moving weapon carrier;
- 4 shows a concrete, tried and tested embodiment of a strapdown sensor block, as proposed according to the invention for primary and secondary stabilization;
- 5 shows the block diagram structure of a fire control system in connection with the invention; and
- 6 shows a representation corresponding to FIG. 2 to illustrate the difference between point stabilization and directional stabilization.
Der Strapdown-Sensorblock umfaßt gemäß Figur 4 zwei senkrecht zueinander angeordnete trockene, dynamisch abgestimmte zweiachsige Kreisel 1 und 2 sowie drei einachsige, in den drei Raumachsen ausgerichtete Beschleunigungsmesser 3, 4, 5. Die Beschleunigungsmesser 3, 4, 5 ermitteln die Fahrzeugbeschleunigungen in drei orthogonalen Achsen und die Kreisel 1, 2 messen die Drehraten ebenfalls in drei orthogonalen Achsen. Durch Integration der Beschleunigungen unter Berücksichtigung der Richtung kann damit die Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt werden. Durch Integration der Fahrzeuggeschwindigkeit erhält man den zurückgelegten Weg. Sind die Ausgangsposition und die Anfangsgeschwindigkeit des Fahrzeugs bekannt, so ist damit eine Navigation möglich, das heißt, es läßt sich ständig die aktuelle Fahrzeugposition im dreidimensionalen Raum errechnen.According to FIG. 4, the strapdown sensor block comprises two dry, dynamically tuned two-axis gyros 1 and 2 arranged perpendicular to one another and three uniaxial accelerometers 3, 4, 5 aligned in the three spatial axes. The accelerometers 3, 4, 5 determine the vehicle accelerations in three orthogonal ones Axes and the gyros 1, 2 also measure the rotation rates in three orthogonal axes. The vehicle speed can thus be determined by integrating the accelerations taking into account the direction. The distance traveled is obtained by integrating the vehicle speed. If the starting position and the initial speed of the vehicle are known, then navigation is possible, that is, the current vehicle position can be calculated continuously in three-dimensional space.
Um das System voll autonom arbeiten zu lassen, ist außerdem eine Selbstausrichtung, das heißt das selbständige Auffinden der Richtung von geographisch Nord,Voraussetzung. Die gemessenen Drehraten können zur Primärstabilisierung des die Kreisel tragenden Fahrzeugs herangezogen und außerdem zur Sekundärstabilisierung eines weiteren Geräts mitbenutzt werden.In order to make the system work fully autonomously, self-alignment is also a prerequisite, i.e. finding the direction from geographically north independently. The measured rotation rates can be used for primary stabilization of the vehicle carrying the gyroscope and can also be used for secondary stabilization of another device.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Arbeitsweise des Gesamtsystems im einzelnen erläutert:
- Angenommen werden soll ein Kampfpanzer mit stabilisierter Waffe und stabilisiertem Sichtgerät. Der in Figur 4 dargestellte Strapdown-Sensorblock mit zwei Kreiseln 1, 2 und drei Beschleunigungsmessern 3, 4, 5 ist zur Primärstabilisierung der Sichtlinie in das Sichtgerät integriert und wird gleichzeitig zur Sekundärstabilisierung der Waffe verwendet.
- A battle tank with a stabilized weapon and stabilized sight is supposed to be accepted. The strapdown sensor block shown in FIG. 4 with two gyros 1, 2 and three accelerometers 3, 4, 5 is integrated in the sighting device for primary stabilization of the line of sight and is also used for secondary stabilization of the weapon.
Das Blockschaltbild der Figur 5 gibt eine Übersicht über das Feuerleitsystem. Ein Strapdown-Sensorblock 8 ist in ein Zielgerät 6 integriert, das mit Hilfe von Regler und Servoantrieben 7 primärstabilisiert wird. Die zur Stabilisierung ermittelten Drehraten werden durch eine Regelelektronik 16 einer Waffe 15 zur Sekundär-Stabilisierung der Waffe mitbenutzt. Zur Verbesserung der Stabilisierungsgüte kann die Waffe mit Hilfe eines Feuerleitrechners 10 nachstabilisiert werden. Darüber hinaus berechnet der Feuerleitrechner 10 abhängig vom Geschoßtyp die ballistischen Werte sowie Vorhalt und Aufsatz. Über einen Richtgriff 9 kann die Führungsgröße als Richtgeschwindigkeit auf Zielgerät und Waffe gegeben werden.The block diagram of FIG. 5 gives an overview of the fire control system. A
Ein Navigationsrechner 11 ermittelt aus Drehraten und Beschleunigungen, gemessen durch den Strapdown-Sensorblock 8, Geschwindigkeit und Position, bezogen auf das Trägerfahrzeug. Ein Anzeige- und Bediengerät 13 dient zum Anzeigen der ermittelten Werte, z.B. der Position in UTM-Koordinaten und zur Eingabe, z.B. der Startposition. Weitere Sensoren 14 wie z.B. Wärmebild-Nachtsichtgeräte, können zur Ergänzung in das System integriert werden. Durch die Mehrfachausnützung der Sensoren werden über die eigentliche Stabilisierungsaufgabe hinaus aus den gemessenen translatorischen Beschleunigungen und den Drehraten die Positionsdaten des Trägerfahrzeugs ermittelt.A navigation computer 11 determines speed and position based on the carrier vehicle from rotation rates and accelerations, measured by the
Als Zwischenergebnis der Navigationsrechnung ermittelt das System darüberhinaus die Lagewinkel der Waffe, die zum Verkantungsausgleich zur Berechnung der ballistischen Winkel benötigt werden. Außerdem ist die Bewegung der Waffe beim Abschuß vollständig bekannt, so daß ballistische Störungen kompensiert werden können.As an intermediate result of the navigation calculation, the system also determines the position angles of the weapon, which are required to compensate for tilting and to calculate the ballistic angles. In addition, the movement of the weapon when fired is fully known, so that ballistic disturbances can be compensated for.
Eine mit der Erfindung mögliche Verbesserung ist dadurch gegeben, daß bei Kenntnis der Zielentferriung die Waffe punktstabilisiert werden kann, wie die Figur 6 verdeutlicht. Ferner läßt sich über die Richtbewegung die tatsächliche Zielbewegung ermitteln, da die Fahrzeugbewegung bekannt ist. Damit wird eine korrekte dynamische Vorhaltbildung bei gleichzeitiger korrekter ballistischer Kompensation ermöglicht.An improvement possible with the invention is given in that the weapon can be point-stabilized if the target distance is known, as FIG. 6 illustrates. Furthermore, the actual target movement can be determined via the directional movement, since the vehicle movement is known. This enables correct dynamic lead formation with simultaneous correct ballistic compensation.
Als besonderer Vorteil der mit der Erfindung gegebenen Navigationsfähigkeit zusammen mit einer Richtungsreferenz ist außerdem der Einsatz der Waffe im indirekten Schuß, das heißt, ohne direkte Sichtverbindung zum Ziel möglich. Damit kann die Waffe für neue taktische Aufgaben zum Beispiel zur Hubschrauberabwehr und zur Unterstützung der Artillerie bei einem Feuerschlag eingesetzt werden. Darüberhinaus bietet die Navigationsfähigkeit dem Kommandanten zusätzliche Führungshilfen, insbesondere die Anzeige der eigenen Position und die Anzeige der Position anderer Fahrzeuge seines Trupps, so daß die Sichtverbindung der freundlichen Fahrzeuge zueinander zur taktischen Führung nicht mehr unabdingbare Voraussetzung ist. Damit ist auch unter schwierigen Sichtbedingungen, zum Beispiel unter ABC-Bedingungen oder bei Nacht der Einsatz ohne Degradation der Systemleistung möglich. Das gleiche gilt für den Kampf im monotonen oder im fremden Gelände, in dem keine Orientierungspunkte zu finden sind.As a particular advantage of the navigation capability given by the invention together with a direction reference, the weapon can also be used in an indirect shot, that is, without a direct line of sight to the target. This allows the weapon to be used for new tactical tasks such as helicopter defense and to support artillery in the event of a fire. In addition, the navigational ability offers the commander additional guidance, in particular the display of his own position and the display of the position of other vehicles of his squad, so that the visual connection of the friendly vehicles to each other for tactical guidance is no longer an essential requirement. This means that it can be used without degrading the system performance even under difficult visibility conditions, for example under ABC conditions or at night. The same applies to the fight in monotonous or foreign terrain, in which no landmarks can be found.
Das erfindungsgemäße System arbeitet verschleißarm und wartungsfrei. Durch die digitale Systemauslegung können die Meßwerte mehrfach benutzt und Zwischenergebnisse verwendet werden. Dadurch ist eine deutliche Verbesserung der Leistung des Gesamtsystems gegeben und neue Einsatzmöglichkeiten sind eröffnet.The system according to the invention operates with little wear and is maintenance-free. Due to the digital system design, the measured values can be used several times and intermediate results can be used. This results in a significant improvement in the performance of the overall system and new application possibilities are opened up.
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