EP0314721B1

EP0314721B1 - Ausrichtverfahren für eine feuerleiteinrichtung und feuerleiteinrichtung zur durchführung des verfahrens

Info

Publication number: EP0314721B1
Application number: EP88903826A
Authority: EP
Inventors: Peter Toth; Peter Schueepp
Original assignee: Oerlikon Contraves AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1987-05-15
Filing date: 1988-05-02
Publication date: 1993-09-08
Anticipated expiration: 2008-05-02
Also published as: AU1688388A; KR960014641B1; US5208418A; EP0314721A1; DE3883916D1; KR890701975A; AU605591B2; WO1988008952A1; TR27014A

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fehlermessung und Fehlerkompensation und betrifft ein Verfahren zur Bestimmung und Korrektur von Fehlern aus mechanischen Toleranzabweichungen bzw. Veränderungen bei Lafetten von Feuerleit- und Waffenanlagen und deren Bettungen, mit dem Zweck der Erzielung einer präzisen gegenseitigen Ausrichtung von Feuerleit- und Waffenanlagen.
Das Zusammenwirken von Feuerleitanlagen unter sich, von Feuerleitanlagen und durch diese gesteuerte Waffenanlagen und von Waffenanlagen unter sich, welche Anlagen koordinatenmässig zueinander in Beziehung stehen (müssen), wird in der Regel durch sogenannte Ausrichtfehler beeinträchtigt. Ausrichtfehler sind Fehler, die eine Abweichung von einer definierten (gemeinsamen) Geometrie beinhalten, egal, ob diese Fehler beim Einbau geschehen oder nach dem Einbau durch Veränderungen der Unterlage, wie dies bspw. bei Schiffen der Fall sein kann.
Durch mechanische Ungenauigkeiten bewirkte Ausrichtfehler müssen zu ihrer Behebung zuerst gemessen, anschliessend korrigiert und evtl. zur Erfassung zeitabhängiger Fehler nachträglich wieder gemessen und möglicherweise korrigiert werden. Es ist Ziel der Erfindung, ein Ausrichtverfahren mit einem einfachen, beliebig oft einsetzbaren Verfahren zur Bestimmung der Abweichungen und zur Korrektur derselben zwecks Behebung von Ausrichtfehlern anzugeben. Es soll ferner mit dem Verfahren gemäss Erfindung möglich sein, auch zeitabhängige Fehler (langsame Veränderungen) zu erfassen und zu korrigieren.
Letztlich ist es das Ziel der Erfindung, Systemabweichungen von einer definierten (idealen) Geometrie messen zu können und die gewonnenen Werte für die Berechnung der Steuergrössen für die Lafettenservos bereitzustellen und im Schiessbetrieb zu verwenden.
Dieses Ziel wird durch die im kennzeichnenden Teil des Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 9 definierte Erfindung erreicht.
Die Erfindung leitet sich aus folgender Idee ab: Es ist bekannt, dass mechanisch bedingte Ausrichtfehler der Komponenten von Trägheits-Navigationsgeräten nicht nur mechanisch (justiert, abgeglichen), sondern auch in einem rechnerisch-kompensatorischen Vorgehen korrigiert werden können. Dazu werden die durch Messung ermittelten mechanischen Fehler, bspw. die Abweichung von der idealen Orthogonalität der Hauptachsen, als Eigenparameter, das sind so etwas wie "persönliche" Fehlergrössen, direkt mit Steuerungs- und/oder Regelungsdaten verknüpft und in Echtzeitverarbeitung mittels kompensierender Steuerung/Regelung korrigiert. Die einer mechanischen Vorrichtung eigenen Fehlerdaten werden dieser bspw. in Form eines Protokolls mitgegeben und sind rechnerisch direkt einsetzbar. Diese Art Vorgehen ist bekannt und wird angewendet in Verbindung mit der "strapdown inertial navigation" Technik, das bedeutet soviel wie "gefesselte Trägheits-Naviagationstechnik".
Eine entsprechende Anwendung auf die Bettung der Geräte der Feuerleitsysteme und Waffenanlagen auf einem Kampfschiff ist aus der GB-A-2112965 bekannt.
Des weiteren ist aus der Flab-Artillerie ein sogenannter Zero-Test bekannt, bei welchem unter Ausschaltung dynamischer Kompensationen (Vorhalt) und ballistischer Einflüsse die Ausrichtung von Geschützen und Richtmitteln auf ein gemeinsames Ziel überprüft wird.
Die US-A-3955292 zeigt hierzu eine Anwendung auf ein Uebungsschiessen ohne Munition. Die Geschütze einer Fliegerabwehr-Batterie werden von einem Zielverfolgungsgerät ohne Vorhalt dem Ziel nachgesteuert. Das Ziel ist mit einem speziellen Reflektor für die Laserstrahlen versehen. Ein am Geschütz montierter, zur Schiessachse ausgerichteter Laser-Sender/-Empfänger gibt Impulse ab und empfängt reflektierte Impulse. Die Vorrichtung ermöglicht es, theoretische Treffer festzustellen. Eine Winkelmessung ist allerdings nicht vorgesehen und daher sind auch keine quantitativen Angaben über die Ausrichtung der Geräte möglich.
Wird nun mit jeweils zwei mit Messmitteln versehenen Geräten ein Zero-Test an einem gleichen Messziel durchgeführt, so beobachtet man für jede Messung eine Abweichung, die Geräte- und Systemfehler, bspw. Montagefehler, enthält. Der Zero-Test ermittelt also einen aus verschiedenen Fehlerkomponenten zusammengesetzten, beobachtbaren Gesamtfehler. Als Zero-Test wird für die Anwendung gemäss Erfindung eine Anzahl Messungen in verschiedenen Raumrichtungen verstanden. Aus den dabei ermittelten Abweichungen lässt sich dann der Ausrichtfehlervektor errechnen, dessen skalare Komponenten die verschiedenen berücksichtigten Geräte- und Systemfehler sind.
Es ist nun wichtig, dass für die nachfolgende Diskussion eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Mess- und Steuerverfahrens zwischen Schiessbetrieb und dem Messbetrieb (das ist die Durchführung des Messverfahrens) klar unterschieden wird. Beim Schiessbetrieb werden die aus dem Messverfahren gewonnenen Werte zur Nachführung der Lafetten mitverwendet, indem sie in den normalen ballistischen und geometrischen Berechnungen berücksichtigt werden. Der Messbetrieb hingegen ignoriert alle ballistischen Aspekte und befasst sich nur mit der Geometrie der Messaxen im Raum, d.h. deren gegenseitigem Bezug und deren Abweichungen von der gewünschten Geometrie. Im Messbetrieb werden also Abweichungen ermittelt, und daraus wird der gesuchte Ausrichtfehlervektor errechnet und bereitgestellt zur schliesslichen Verwendung bei der Ansteuerung der Lafetten während des Schiessbetriebs.
Als konkretes Beispiel für die Anwendung der Erfindung wird im folgenden das Vorgehen an einem Kampfschiff erläutert.
Alle auf Lafetten montierten und in Bettungen plazierten Feuerleitgeräte und Geschütze sowie die Bettungen selbst weisen normale mechanische Toleranzen auf.

Teil 1 des Vorgehens:

Feuerleitgeräte und Geschütze werden mit wirtschaftlich tragbaren, normalen Toleranzen gefertigt und vor der Montage auf den Bettungsflächen, möglichst noch am Herstellungsort, exakt vermessen. Mechanische Justiervorrichtungen sind nicht vorzusehen. Die normalen mechanischen Toleranzen (Vorgaben) ergeben bezüglich der geforderten Präzision noch zu grosse Abweichungen von der gewünschten Geometrie. Jedoch sollen die exakt vermessenen Abweichungen fortan sowohl im Mess- wie auch im Schiessbetrieb elektronisch (mittels Rechner) berücksichtigt werden können.

Teil 2 des Vorgehens:

Nach Installation der Feuerleitgeräte und Geschütze in ihren Bettungen auf dem Schiff, bspw. noch im Dock, werden unter Berücksichtiung der schon bekannten Messergebnisse die Ausrichtmessungen, d.h. die Bestimmung der Lagen der Bettungen zueinander, mit der üblichen Messgenauigkeit (also Ausrichtmessungen, die die ursprüngliche Groblage von ca. einem Winkelgrad mit einer Messgenauigkeit von ca. 2 Winkelminuten erfassen) durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Ausrichtmessungen werden ebenfalls fortan im Mess- und Schiessbetrieb rechnerisch berücksichtigt.

Teil 3 des Vorgehens: (erfindungsgemässer Teil des Messbetriebs)

Die im Messbetrieb nun folgende Feinmessung ist schiffslageunabhängig und kann auf See ausgeführt werden. Alle einbezogenen Geräte tragen Zielmessensoren, welche unter Berücksichtigung der Ergebnisse von Teil 1 und 2 ein gemeinsames Messziel in relativ zu den Geräten verschiedenen Positionen vermessen. Aus einer ausreichenden Zahl in unterschiedlichen Richtungen ermittelter Lageabweichungen werden in einer Art Regressions- oder Fehlerausgleichsrechnung auch die restlichen, bei der Messung aus Teil 2 nicht erfassten Ungenauigkeiten mit einer Messgenauigkeit von wenigen Zehntel Winkelminuten ermittelt und fortan im Mess- und Schiessbetrieb ebenfalls berücksichtigt.
Durch wiederholte Duchführung des Teils 3 sind unter anderem langsame Veränderungen in der Schiffsgeometrie, die auch zu Ausrichtfehlern führen, ermittelbar und korrigierbar. Diese Veränderungen entstehen bspw. durch Be- und Entladen des Schiffes und sind in der Regel reversibel. Bleibende Veränderungen durch Fremdeinwirkung wie Auflaufen, Anstossen, starke Erschütterungen, aber auch die normale Alterung können festgestellt und mitberücksichtigt werden. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es möglich, eine hohe Präzision der Feuerleitung während der ganzen Schiffslebensdauer aufrechtzuerhalten. Der besondere Vorteil dieses Messbetriebs besteht darin, dass er auf hoher See erfolgen kann, ohne, wie im Teil 2 üblicherweise vorgegangen wird, das Schiff stillzulegen.
Wie eingangs schon erwähnt, weisen alle mechanisch hergestellten Teile wie Einbauvorrichtung und Bettungen mechanische Toleranzen auf, aber sie bestimmen die Genauigkeit dieses Systems während des Schiessbetriebs nicht mehr, da im (Fein-) Messbetrieb gewonnene Ausrichtfehlerdaten im Feuerleitrechner abgespeichert werden, um sie fortan bei den Berechnungen von Koordinaten zu berücksichtigen. Sie haben eine die Fehlausrichtung in Echtzeit korrigierende Wirkung und können von Zeit zu Zeit neu gemessen und den sich verändernden masslichen Verhältnissen eines Schiffes nachgeführt werden.
Selbstverständlich sind nicht alle mechanischen Abmessungen und deren Toleranzen von gleicher Wichtigkeit im Hinblick auf die Ausrichtgenauigkeit, wobei auch zu beachten ist, dass die einen Werkstücke sehr leicht innerhalb sehr enger Toleranzen gefertigt werden können, andere dagegen nur mit grossem Aufwand oder gar nicht.
Ganz generell können drei Gruppen von Werkstücken unterschieden werden, charakterisiert durch den Einfluss ihrer Toleranzen auf die Systemgüte:
Werkstücke mit Abmessungen, deren Herstellungstoleranzen so sind, dass sie die Systemgüte

1. nicht negativ beeinflussen. In diesen Fällen sind die masslichen Abweichungen vernachlässigbar;
2. zwar beeinträchtigen, jedoch nicht so stark, dass eine spezielle Berücksichtigung im einzelnen notwendig wäre. Es ergeben sich Ungenauigkeiten, welchen als statistische Grössen Rechnung getragen wird;
3. in unzulässigen Mass beeinträchtigen. In diesen Fällen werden Eigenparameter ermittelt durch Messungen, welche die nötige Genauigkeit aufweisen. Die Parameter werden als Dimension berücksichtigt.

Diese Überlegungen gelten nicht nur für einzelne Werkstücke, sondern auch für zusammengebaute Einzelteile (Baugruppen), wobei die Messung im Fall der Gruppe 3 über alles erfolgt.
Die Aufbauvorrichtungen, bspw. die Lafette eines Feuerleitgeräts (Sensor) oder einer Waffenanlage (Effektor). werden ebenfalls mit den üblichen Toleranzen gefertigt und anschliessend (noch im Werk) genau ausgemessen und die Eigenparameter ermittelt. Dazu werden möglichst hochpräzise Messmittel verwendet, damit die ermittelten Resultate und damit auch die Parameter innerhalb der geforderten Gesamttoleranzen liegen. Ein Präzisionsgewinn ist durch Messung der Dimensionen und deren Berücksichtigung leichter zu erzielen als durch enge Fertigungstoleranzen und Montagevorschriften. Die Auswertung der Zero-Test-Messungen soll auf möglichst wenige Parameter beschränkt bleiben. Daraus folgt, dass möglichst viele Eigenparameter mit genügend hoher Genauigkeit vorweg - noch im Werk - bestimmt werden. Auf diese Weise können die zeitinvarianten Systemparameter behandelt werden.
Die Geometrie der Aufbauten auf dem Schiff hingegen, d.h. die Ausrichtung der Aufbauvorrichtungen zueinander, verändert sich mit der Zeit oder nur gelegentlich. In ihr sind die Parameter enthalten, welche die Beziehung zwischen den einzelnen Aufbauvorrichtungen und jene der Aufbauvorrlchtungen zum Schiff angeben, bspw. Ausrichtungen, Neigungen oder Schiefen etc. Sie werden mit Hilfe des Verfahrens gemäss Erfindung überwacht und die mit der Zeit sich einstellenden Abweichungen entsprechend kompensiert.
Nach der Installation der Feuerleitgeräte und Geschütze in die Bettungen auf dem Schiff werden die üblichen Ausrichtarbeiten vorgenommen mit Klinometern, Theodoliten und so weiter, und eine Messung der Groblage gemäss Teil 2 wird durchgeführt.
Zur anschliessenden Feinmessung gemäss Teil 3, im wesentlichen ein Satz von Zero-Test-Messungen, wird, unter Berücksichtigung der Resultate der Werksmessung und der Groblagemessung, von allen Sensoren der Aufbauvorrichtung ein von den Schiffskoordinaten unabhängiges, gemeinsames Messziel vermessen. Diese Messungen ergeben die z.B. am Geschütz beobachtbaren Abweichungen vom gemeinsamen Ziel, die das Resultat der verbleibenden Ausrichtfehler, unter Berücksichtigung der bisher gemessenen Parameter, sind.
Eine Besonderheit des Verfahrens ist auch darin zu sehen, dass nebst der Ermittlung der Parameter eine Beurteilung der Systemgüte möglich ist. Zu diesem Zweck werden die Restfehler, die aus den z.B. am Geschütz beobachteten Abweichungen nach Anwendung der Resultate aus Teil 3 noch verbleiben, berechnet und statistisch ausgewertet. Die Restfehler sind eine Folge davon, dass einerseits nur die wichtigsten, aber nicht sämtliche Parameter geschätzt und berücksichtigt werden und dass andererseits die Messmittel nicht ideal sind. Aus den Restfehlern werden also statistische Kriterien für die Systemgüte abgeleitet.
Zur Feinmessung mit Hilfe eines Zero-Tests werden als Messmittel die Verfolgungssensoren der Feuerleitgeräte und an den Geschützen angeordnete TV-Kameras verwendet. Die Geschütze können natürlich auch mit anderen Sensoren (bspw. Laser) versehen sein; wichtig ist jedoch, dass die Visierlinie des gewählten Sensors in genau bekannter, vorzugsweise durch die Werksmessungen ermittelter fester Lage zur Schusslinie des zugehörigen Geschützes, z.B. paralell, ist. Mit diesen Sensoren wird nun das gemeinsame Messziel vermessen, d.h., es werden die Abweichungen der Lage des Messziels, wie sie die verschiedenen Sensoren im Verhältnis zueinander vermessen, festgestellt. Hierfür kann der Zielmessensor des Zielverfolgungsgeräts die Lage des gemeinsamen Messziels bestimmen und das zugehörige Geschütz nachsteuern. Im Zielmessensor des Geschützes wird dann die Ablage zwischen Ziel und Visierlinie unmittelbar sichtbar. Es kann aber auch das Geschütz mit Richtmitteln versehen sein und das gemeinsame Messziel unabhängig verfolgen und dessen Lage betimmen; d.h., es ist selber ein Zielverfolgungsgerät. Die Ablage zwischen unabhängigen Zielverfolgungsgeräten ergibt sich aus der Differenz der gemessenen Lagen des Messziels.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Zielmessensors für ein Geschütz ist eine TV-Kamera mit fester Brennweite und Schärfentiefe auf unendlich (Fixfokus-TV-Kamera) und mit einer zweidimensionalen Anordnung lichtempfindlicher Aufnahmezellen in der Bildebene, z.B. sogenannter charge coupled devices (CCD-Array). Eine solche Kamera hat den Vorteil hoher Masshaltigkeit ohne Verwendung einer Regeleinrichtung. Das so erfasste Bild lässt sich skalieren und eichen. Für das allfällige Scharfeinstellen auf Ziele im Nahbereich (unter 100 m) kann eine Vorsatzlinse dienen.
Die Ablagemessung erfolgt in vorteilhafter Weise durch das Ausmessen eines geeichten Fernsehbildes aus einer Kamera der obengenannten Art. Zu diesem Zweck ist die Visierlinie der Kamera, die in fester, bekannter Richtung zur Schusslinie bzw. Sensorlinie - bspw. parallel zu ihr - liegt, durch ein Fadenkreuz markiert. Weiter wird eine Marke eingeblendet, welche sich mit Hilfe eines Steuerknüppels oder ähnlicher Mittel zum Verschieben eines Zeigers auf einen Bildschirm (Maus, Rollkugel, Zeigerablenktasten) positionieren lässt. Diese Marken werden schaltungsmassig bei der Bildauswertung ab CCD generiert und nicht etwa erst bei der Wiedergabe auf dem Monitor eingeblendet, so dass die Masshaltigkeit gewährleistet ist.
Im Zero-Test erscheint nun das Ziel im allgemeinen im Monitorbild mit einer gewissen Ablage vom Fadenkreuz, die es zu registrieren gilt. Die Registrierung erfolgt, indem die Marke auf das Ziel positioniert und dann ein Tastenschalter betätigt wird; dabei wird die momentane Ablage, die aus dem Markengenerator bekannt ist, abgespeichert.
Die Qualität der Messung hängt ab von der "Sichtbarkeit" des Messziels für die verschiedenen, im System verwendeten Sensoren. Wird beispielsweise das Ziel mit Radarmitteln verfolgt und in einem TV-Bild einer Geschützkamera vermessen, so ist es wichtig, dass der Radarschwerpunkt des Messziels bekannt und im TV-Bild sichtbar ist. Genauso ist bei der Verwendung von IR-Sensoren anzustreben, dass der IR-Schwerpunkt definiert ist. Geeignete Messziele sind beispielsweise Lüneburglinsen, Radar-Winkelspiegel mit Heizung und Beleuchtung usw.
Das erfindungsgemässe Vorgehen wird mit Hilfe der nachfolgenden Figuren in einer beispielsweisen Durchführungsart erläutert.

Fig. 1: zeigt in skizzenhafter Darstellung die gegenseitige Vernetzung von Sensoren und Effektoren bezüglich ihrer Lage und
Fig. 2: zeigt die Problematik der mechanischen Fehlausrichtung.
Fig. 3: zeigt eine Einzelbeobachtung bei der Feinmessung gemäss Erfindung und
Fig. 4: A/B zeigen einerseits das Resultat der Einzelbeobachtung gemäss Figur 3 und andererseits die Darstellung des Resultats eines ganzen Satzes von Beobachtungen einer Feinmessung.
Fig. 5: zeigt eine schematische Darstellung für Verfahrensdetails.

Zunächst wird in einer gerafften Übersicht das Verfahren gemäss Vorgehen nach Teil 3 am Beispiel eines Kampfschiffes kurz diskutiert. Ein radarreflektierender bzw. für die Sensoren (FLIR, Laser) "sichtbarer" Zielkörper wird als gemeinsames Messziel z.B. mittels eines Helikopters in verschiedenen Höhen rund um das sich auf See befindende Schiff geführt und vom Zielverfolgungssensor ständig vermessen. Der Abstand wird vorzugsweise mit ungefähr 1.5 km gewählt, die Elevation vorzugsweise zwischen 5 und 70 Grad variiert. Das Messziel muss relativ zum Schiff in verschiedene Positionen gebracht werden. Dies kann beispielsweise durch einen Helikopter geschehen, der an einem ca. 80 m langen Tragseil 12 den Zielkörper Z trägt. Beginnend in einer Höhe von ca. 150 m, umkreist der Helikopter das Schiff, wobei mit einem oder mehreren Zielverfolgungssensoren das Messziel verfolgt und gemessen wird. Dieser Vorgang setzt sich in immer grösserer Höhe fort, wobei das Messziel ständig vermessen wird. Im Fall der Messung zwischen Richtgerät mit Radar (Zielverfolgungsradar) und Geschütz sind die Geschütze, von den Richtgeräten gesteuert, auf dasselbe Messziel gerichtet, welches durch die den Geschützen zugeordneten TV-Kameras beobachtet und angezeigt wird. Die aus den verschiedenen Messwinkeln sich ergebenden Messwerte sind Vergleichswerte zwischen jeweils zwei Sensoren. Der Computer ermittelt die Ausrichtfehler, bspw. zwischen Radarsensoraxen und Geschützsensoraxen. Durch eine ständig mitlaufende Rekursionsrechnung oder eine wiederholte Regressionsrechnung lässt sich der Ausrichtfehlervektor immer genauer ermitteln und laufend berücksichtigen. Die vom Grobausrichten gemäss Teil 2 verbliebenen Fehler werden eliminiert. In einem Diagramm können die Abweichungen abgebildet werden.
Damit oder durch Anzeige von Kennziffern hat man eine ständige Kontrolle der Verbesserung der Präzision. Es kann auch, nach ermitteltem Wert für die vorgenannte Systemgüte, ein bspw. vermuteter, zeitunabhängiger Fehler auf seine tatsächlichen Zeitunabhängigkeiten geprüft werden, da die Rundum-Zielmessungen in beliebigen Zeitabständen wiederholt werden können.
Weitere Details zur Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Betrachtung anhand der Figuren.
Figur 1 zeigt eine Aufbauvorrichtung von drei Sensorgruppen G, T und R. Es sind dies ein Rundsuchradar R, zwei Richtgeräte (Zielverfolgungsradar) T1, T2 und drei rechnergesteuerte Geschütze G1, G2 und G3. Alle diese Aufbauvorrichtungen stehen in ihren Bettungen und sind mechanisch grob ausgerichtet. Mögliche Ausrichtfehler sind einerseits die Tiltwinkel Tx, Ty, Tz, kleine Neigungswinkel der Bettungen bezüglich des Schiffkoordinatensystems um die Achsen x bzw. y bzw. z, wie in schematischer Darstellung für verschiedene Geräte in Figur 2 gezeigt, andererseits die kleinen Verdrehungen des Koordinatensystems der Oberlafette gegenüber dem idealen Koordinatensystem, herrührend von z.B. Restfehlern aus den Messungen gemäss Teil 1 des Vorgehens.
Mit jeder Rundum-Zielmessung können einzelne oder mehrere Ausrichtfehlervektoren B11 (Geschütz 1 zu Richtgerät 1), B12 (Geschütz 1 zu Richtgerät 2), B21, B22, B31, B32, A1 (Richtgerät 1 zu Rundsuchradar), A2 (Richtgerät 2 zu Rundsuchradar) gewonnen werden. Die Messungen der Datensätze, aus welchen die Ausrichtfehlervektoren berechnet werden, können zeitlich ineinander verschachtelt werden. Ein bestimmter Ausrichtfehlervektor, bspw. B12, ergibt für das Geschütz 1 beispielsweise den Tilt gegenüber T2 und den Höhenwinkel-Nullversatz der Sensorvisierlinie.
Das Vorgehen zur Ermittlung eines Ausrichtfehlervektors wird nun anhand einer einzelnen Geschütz-Richtgerät-Beziehung erklärt.
In einem Beispiel zeigt dies schematisch Figur 3, in der ein Geschütz G3 mit TV-Sensor B, ein das Geschütz mittels Steuerdaten steuerndes Richtgerät T2 und ein Helikopter 10 mit bspw. am Tragseil 12 angehängtem Messziel Z abgebildet sind. Die beiden Aufbauvorrichtungen Richtgerät und Geschütz stehen auf dem Deck S in ihren Bettungen und sind, wie gesagt, mechanisch grob ausgerichtet. Diese Groblage wurde mit üblicher Genauigkeit gemäss Teil 2 des Vorgehens ausgemessen und seitdem berücksichtigt. Die möglichst sehr genau ausgemessenen Eigenparameter der Lafetten (Teil 1 des Vorgehens) sind bekannt und ebenfalls einbezogen.
Das Richtgerät T2 steuert über Daten- bzw. Signalleitungen 11 das Geschütz G3. Mit dieser Anordnung wird also der Ausrichtfehlervektor B32 gemäss Figur 1 ermittelt.
Auf Grund der vom Richtgerät ermittelten Zieldaten und unter Berücksichtigung aller bisher bekannten Parameter wird die Sensorvisierlinie des Geschützes (nicht die Schusslinie) automatisch bestmöglichst auf das Ziel gerichtet. Der Kreuzungspunkt des Fadenkreuzes zeigt also in die Richtung, in welcher das Messziel erwartet wird. Das Messziel in seiner tatsächlichen Lage wird i.a. mit einer gewissen Ablage d vom Kreuzungspunkt des Fadenkreuzes sichtbar sein, in Fig. 4A in schematischer Darstellung z.B. im linken oberen Quadranten des Bildes. Dieser unmittelbar sichtbare Lagefehler ist die Folge aller irgendwie gearteten Systemfehler, wie mechanische Toleranzen, Restfehler der Groblagemessung, Zielverfolgungsfehler usw. Die Abweichungen zwischen der GeschützVisierlinie, repräsentiert durch das Fadenkreuz, und dem Messziel werden in Abständen von wenigen Sekunden erfasst und zusammen mit den Richtdaten des laufend im Raum bewegten Ziels abgespeichert, indem eine Messmarke mittels Steuerknüppel mit dem Messzielbild zur Deckung gebracht und eine Abspeicherung der Daten durch Betätigen einer Auslösetaste veranlasst wird. Der so festgehaltene Datensatz von Messungen lässt sich, z.B. wie in Figur 4B mit 8 Messpunkten gezeichnet, veranschaulichen.
Jeder neue Messwert geht unmittelbar in die Berechnung des Ausrichtfehlervektors ein. Mit zunehmender Zahl von Messwerten aus verschiedenen Richtungen des Messzieles relativ zum Richtgerät und zum Geschütz konvergieren die Komponenten des Ausrichtfehlervektors. Eine statistische Auswertung des Datensatzes ermöglicht eine Angabe über die Güte des Resultats.
Nach Abschluss einer Messreihe, wenn der Ausrichtfehlervektor genügend genau bestimmt ist, wird dieser den bisherigen Wert zugeschlagen und fortan der neue Wert verwendet, sowohl im Mess- als auch im Schiessbetrieb.
Solch ein Vorgang für eine beispielsweise Ermittlung des Ausrichtfehlervektors B32 ist in Figur 5 ablaufmässig dargestellt. Ein Richtgerät T2, ein Geschütz G3 mit TV-Sensor und eine Datenverarbeitungsanlage (Feuerleitcomputer) DV sind wie dargestellt miteinander verbunden. Hierarchisch gesehen, ist der Computer der Datenverwalter und Datenumrechner für das Richtgerät T2. Das Richtgerät selber liefert Zieldaten für eines oder mehrere Geschütze.
Die verschiedenen Blöcke im Ablaufschema sind von A bis I durchbezeichnet und bedeuten folgendes bzw. arbeiten folgendermassen:

A- ist die Zieldatenaufbereitung des Richtgeräts. Von dort wird die Zielposition gemeldet;
B- ist im wesentlichen die Geschützsteuerung. Sie berücksichtigt u.a. die verschiedenen Parallaxen zwischen dem Sensor des Richtgeräts, dem Geschützsensor (TV) und dem Messziel sowie den aus I (weiter unten) gewonnenen Ausrichtfehlervektor zwischen den Lafetten des Richtgeräts T2 und des Geschützes G3;
C- ermittelt den Geschütz-Datensatz, d.h. die Seiten- und Höhenwinkel;
D- enthält die Messungen der Zielabweichung (Messziel/Fadenkreuz, Fig. 4);
E- berechnet als Teil der Datenverarbeitunganlage mit Hilfe eines Programms laufend den Ausrichtfehlervektor aus den gesammelten Abweichungsdaten und Richtungen im Verlauf der Messungen (Messablauf während der Rundummessung);
F- berechnet die Restfehler, deren Standardabweichungen und Mittelwerte sowie die Konvergenz der Messreihe;
G- Stellt die verschiedenen Ergebnisse dar und ermöglicht die Abschätzung der durch die Korrektur erreichbaren Verbesserung;
H- stellt die angewendeten Korrekturen in Form einer chronologischen Auflistung dar, wobei die neuen Ergebnisse die alten ergänzen. Die Darstellung dient als Benützerhilfsmlttel und kann für weitere Analysen protokolliert werden;
I- speichert den wirksamen Ausrichtfehlervektor. Während des Messvorgangs werden (ständig) die vorhandenen alten Daten verwendet (alt bedeutet bisher ermittelter Ausrichtfehlervektor). Nach Abschluss des Messvorgangs wird der berechnete, neue Ausrichtfehlervektor, der z.B. infolge Schiffsdeformation seit der letzten Ermittlung ungleich null ist, zum bisher verwendeten Ausrichtfehlervektor kumuliert. Der kumulierte, neue Ausrichtfehlervektor B32 wird zu B zurückgeführt zur künftigen Verwendung im Mess- und Schiessbetrieb.

Prinzipiell derselbe Ablauf dient der Ermittlung des Ausrichtfehlervektors A2 zwischen dem Rundsuchradar R und dem Richtgerät T2, nur wird hier vom Rundsuchradar nur der Seitenwinkel ausgewertet. Dafür kann die Messwertaufnahme automatisch erfolgen, da beide Geräte das Messziel unabhängig voneinander verfolgen und Zieldaten liefern.

Claims

Verfahren zur Korrektur von Ausrichtfehlern zwischen Lafetten und darauf angeordneten Geräten von Feuerleitsystemen und Waffenanlagen unter Verwendung von Gerätekorrekturwerten ab Werk und Messwerten der bei ruhiggestellten Feuerleitsystemen und Waffenanlagen ausgemessenen Groblage der installierten Geräte und deren Berücksichtigung in den Servosteuerungen der Lafetten, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a. Anbringen von Zielmessensoren zur Zielwinkelbestimmung (B, TV) an Geschützen mit servosteuerbaren Lafetten (G1, G2, G3) und Ausrichten der Zielmessensor-Visierlinie zur Schusslinie des Geschützes;

b. Ausrichten von Geschützen (G1, G2, G3) mit Zielmessensoren (B, TV) mittels eines Zielverfolgungsgeräts (T1, T2) und von Zielverfolgungsgeräten (R, T1, T2) auf ein gemeinsames Messziel (Z);

c. Erfassen der Abweichung (d) zwischen der Lage des Messziels (Z) und der Lage der Zielmessensor-Visierlinie im Zielmessensor (B, TV) des vom Zielverfolgungsgerät (T1, T2) gesteuerten Geschützes (G1, G2, G3) und Erfassen der Abweichung zwischen der Lage des Messziels (Z), wie sie vom Zielverfolgungsgerät (T1, T2) und jener, wie sie von einem weiteren Zielverfolgungsgerät (R, T1, T2) ermittelt wird;
oder

b'. Ausrichten von Geschützen (G1, G2, G3) mit Zielmessensoren und Richtmitteln und von Zielverfolgungsgeräten (R, T1, T2) auf ein gemeinsames Messziel (Z);

c'. Erfassen der Abweichung zwischen der Lage des Messziels (Z), wie sie vom Zielmessensor und Richtmittel eines Geschützes (G1, G2, G3) oder eines anderen Zielverfolgungsgeräts (R, T1, T2) und jener, wie sie vom Zielmesssensor und Richtmittel eines weiteren Geschützes (G1, G2, G3) oder eines anderen Zielverfolgungsgeräts (R, T1, T2) ermittelt wird;

d. Auswerten dieser Lageabweichung und Aufbereitung eines Ausrichtfehlervektors (Aj, Bij; i=1,2,3, j=1,2) zur Berücksichtigung in der Geschützservosteuerung;

e. Korrektur von im Schiessbetrieb anfallenden Steuersignalen mittels des Ausrichtfehlervektors (Aj, Bij; i=1,2,3, j=1,2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln des Ausrichtfehlervektors (Aj, Bij; i=1,2,3, j=1,2) eines Geschützes (G1, G2, G3) das Erfassen einer Mehrzahl von räumlich angeordneten Messpositionen des Messziels (Z) vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Messzielpositionen bezogen auf das auszurichtende Geschütz (G1, G2, G3) im wesentlichen äquidistante Seitenwinkel und/oder Elevationen ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Messziel (Z) und der auszumessenden Waffenanlage eine Relativbewegung stattfindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Messziel (Z) auf vorgegebenen Bahnen im Raum geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messziel (Z) mittels eines Helikopters (10) durch den Raum geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausmessen der Feuerleitsysteme und Waffenanlagen jedes Geschütz (G1, G2, G3) von jedem Richtgerät (T1, T2) auf das gemeinsame Messziel (Z) gerichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Lageabweichungsmessungen eine Residualfehleranalyse enthält, welche für jede Gerätepaarung einen Gütewert liefert.
Vorrichtung zu mit Geschützen (G1, G2, G3) und Zielverfolgungsgeräten (R, T1, T2) ausgerüsteten Feuerleitsystemen und Waffenanlagen zur Korrektur von Ausrichtfehlern zwischen Lafetten und darauf angeordneten Geräten mit bekannter gegenseitiger Groblage, die bei ruhiggestellten Feuerleitsystemen und Waffenanlagen ausgemessen worden ist, sowie Speicher- und Rechnermitteln zur Berücksichtigung von Korrekturwerten in den Servosteuerungen der Lafetten, gekennzeichnet durch,
a. Zielmessensoren zur Zielwinkelbestimmung (B, TV), an Geschützen (G1 G2, G3) mit servosteuerbaren Lafetten angeordnet, deren Zielmessensor-Visierlinie unter genau bekanntem Winkel zur Schusslinie des Geschützes (G1, G2, G3) ausgerichtet ist;

b. Zielverfolgungsgeräte (T1, T2) und mit diesen wirkverbundene, servosteuerbare Geschütze (G1, G2, G3) mit ihren Zielmessensoren (B, TV) zur Erfassung eines gemeinsamen Messziels (Z) und zur Ausrichtung des Geschützes (G1, G2, G3) auf das Messziel (Z);
oder

b'. Zielverfolgungsgeräte (R, T1, T2) und mit Zielmessensoren und Richtmitteln ausgerüstete Geschütze (G1, G2, G3) zur Erfassung eines gemeinsamen Messziels (Z);

c. Mittel zum Erfassen einer Abweichung (d) zwischen der Lage der Visierlinie und des Messziels (Z) im Zielmessensor (B, TV) eines von einem Zielverfolgungsgerät (T1, T2) servogesteuerten Geschützes (G1, G2, G3) und Mittel zum Erfassen einer Abweichung zwischen der Lage des Messziels (Z), wie sie vom Zielmessensor und Richtmittel eines Geschützes (G1, G2, G3) oder eines anderen Zielverfolgungsgeräts (R, T1, T2) und jener, wie sie vom Zielmesssensor und Richtmittel eines weiteren Geschützes (G1, G2, G3) oder eines anderen Zielverfolgungsgeräts (R, T1, T2) ermittelt wird;

d. Rechnermittel (DV) zum Auswerten von Lageabweichungen (d) und zum Aufbereiten eines Ausrichtfehlervektors (Aj, Bij; i=1,2,3, j=1,2) zur Berücksichtigung in der Geschützservosteuerung;

e. Rechnermittel zur Korrektur von im Schiessbetrieb anfallenden Steuersignalen mittels des Ausrichtfehlervektors (Aj, Bij; i=1,2,3, j=1,2).
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Zielmessensor (TV) eine Fixfokus-TV-Kamera mit CCD als Bildaufnahmeelement verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageabweichungen (d) durch Nachsteuern einer Marke in der Anzeige des Zielmessensors (B, TV) auf das Ziel (Z) registriert wird, wobei die Nachsteuerung über Auslenkvorrichtungen am Bedienerpult und die Registrierung auf Tastendruck hin erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Messziel (Z) für die verschiedenen Arten von Zielmessensoren aller Geräte erfassbar und im Raum beliebig beweg- und dirigierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Messziel (Z) einen grossen Radarrückstrahlquerschnitt aufweist, dessen Schwerpunkt definiert und optisch sichtbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Messziel (Z) einen definierten, optisch sichtbaren Infrarotschwerpunkt aufweist.