EP0922923A1 - Verfahren zur Kompensation der Displacement-Verzögerungszeit - Google Patents

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EP0922923A1
EP0922923A1 EP98120909A EP98120909A EP0922923A1 EP 0922923 A1 EP0922923 A1 EP 0922923A1 EP 98120909 A EP98120909 A EP 98120909A EP 98120909 A EP98120909 A EP 98120909A EP 0922923 A1 EP0922923 A1 EP 0922923A1
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displacement
head
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rotation rate
alignment processor
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Wolfgang Engelhardt
Hans-Peter Hohenberger
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LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
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LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
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    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
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    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
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    • F41G7/2273—Homing guidance systems characterised by the type of waves
    • F41G7/2293—Homing guidance systems characterised by the type of waves using electromagnetic waves other than radio waves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F41G7/2213—Homing guidance systems maintaining the axis of an orientable seeking head pointed at the target, e.g. target seeking gyro
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/2253—Passive homing systems, i.e. comprising a receiver and do not requiring an active illumination of the target

Definitions

  • the invention relates to a method for compensating the Displacement delay time according to the preamble of claim 1.
  • the indirect displacement prediction mentioned here consists of one Process by the delay time during image data processing and data transmission resulting inaccuracies of the target position in the search header by using known in the system Rotation rates and angles compensated. Due to the image data processing time as well as due to the runtime during data transmission As is known, there are so-called storage errors for the position of a moving, flying or standing target.
  • the main task of the weapon system is that at the request of the Protect the ammunition as quickly and accurately as possible during the Assign "handovers". It is known that this is from the weapon system the displacement transferred is out of date by 40 ms. With that be stated that just for the very critical initialization of the homing head tracker - regarding the success of the "handover" - in addition to measurement errors of Visor Tracker and Alignment Processor also errors due to not Time synchronization to be achieved between target position in the image and associated picture content itself. As a solution for improvement According to the current state of the art, displacement only remains “direct predication” via an implemented "fading memory filter” to work in the alignment processor and the approximate Compensation via direct prediction methods, i.e. for example via Alignment processor-implemented "fading memory filter"
  • the present invention is therefore based on the object of a method of the type mentioned above to demonstrate that the accuracy of one of the Weapon system target position to be determined for the initialization of the Homing-Head-Trackers improves without this the instruction time too increase.
  • the general idea of the invention suggests an "indirect prediction" of Displacements before, at the additional state variables that are already in the system are available for the reconstruction of the current displacement be brought up.
  • the weapon system it can be said that it is here the ones already available in the alignment processor AP "Search head slaving rotation rate", which results from the transformed Visor rotation rate is also used for complete predication
  • Line of sight movement theoretically predicates the target movement in the Sighting pattern required. This predication can be found in the visor tracker Weapon system can be made.
  • Depends on the Tracking accuracy of the sight control loop can, however, also under The target position prediction in the sighting image may not be required.
  • the alignment processor In the present case, AP is awarded the predicted LOS (line of sight) angle increment predicted displacement and through Subtraction of the OAS (optical axis seeker) angle increment measured in the homing head HH this displacement is estimated on the corrected current value.
  • the AP determines the displacement between the target position in the sighting image (LOS angle) and the position of the optical axis of the seeker head in the sighting image (OAS angle). He takes action , which is not shown in Fig. 3, to that supplied by the visor tracker Target position in the sighting image (LOS angle) back.
  • the weapon system or AP predicts a time of 40 ms Sight lines (LOS) - angle element is calculated and the other is in the Ammunition the seeker axis created during the 40 ms delay time (OAS) - Angular increment from existing state variables determined.
  • the two increments become the conventional one Dusplacement superimposed and lead to displacement predicted by 40 ms, which is used to initialize the HH tracker.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur indirekten Displacementprädiktion, die durch die Verzögerungszeit während der Datenverarbeitung- und -übertragung entstehenden Ungenauigkeiten der Zielposition durch Verwendung von im System vorhandene und bekannte Drehraten und Winkel kompensiert. Ein Ausführungsbeispiel ist erläutert. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation der Displacement-Verzögerungszeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die hier angesprochene indirekte Displacementprädiktion besteht in einem Verfahren, das die durch die Verzögerungszeit während der Bilddatenverarbeitung und Datenübertragung entstehenden Ungenauigkeiten der Zielposition im Suchkopfbild durch Verwendung von im System bekannten Drehraten und Winkeln kompensiert. Bedingt durch die Bilddatenverarbeitungszeit sowie durch due Laufzeit während der Datenübertragung ergeben sich bekanntermaßen sogenannte Ablagefehler für die Position eines fahrenden, fliegenden oder stehenden Zieles.
Die Hauptaufgabe der Waffenanlage besteht darin, daß auf Anforderung des Schützen die Munition möglichst schnell und genau das Ziel während des "Handovers" zuzuweisen. Es ist bekannt, daß das von der Waffenanlage an die Munition übertragene Displacement um 40 ms veraltet ist. Damit soll ausgesagt sein, daß gerade für die sehr kritische Initialisierung des Homing-Head-Trackers - den Erfolg des "Handovers" betreffend - neben Meßfehler von Visiertracker und Alignmentprocessor auch noch Fehler aufgrund nicht zu erreichender zeitlicher Synchronisation zwischen Zielposition im Bild und zugehörigem Bildinhalt selbst hinzukommen. Als Lösung zur Verbesserung des Displacements bleibt nach heutigem Stand der Technik lediglich mit einer "direkten Prädikation" über ein implementiertes "Fading-Memory-Filter" im Alignmentprozessor zu arbeiten und die näherungsweise Kompensation über direkte Prädiktionsverfahren, das heißt zum Beispiel über im Alignment-prozessorimplizierte "Fading-Memory-Filter"
Dadurch sind aber folgende Nachteile gegeben:
Einmal müßten die Displacements differenziert werden, was jedoch zu einer Verstärkung des Meßrauschens führen würde.
Zum andernmal bedarf es einer verhältnismäßig langen Zeit bis eine Verbesserung der Genauigkeit durch Prädiktion gegeben ist, da sich die Displacements während der Initialisierung des Homing-Head-Trackers beziehungsweise während des Handovers wegen des Einschwingvorganges des Nachführungskreises mitunter relativ stark ändern. Eine Extrazeit für diesen Vorgang während des Handovers zu reservieren ist wegen der Anforderungen an die Einweisungszeit nicht zulässig. Dieses Verfahrens muß daher als wenig erfolgreich und nicht optimal eingestuft werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs genannten Art aufzuzeigen, das die Genauigkeit einer von der Waffenanlage zu ermittelnden Zielposition für die Initialisierung des Homing-Head-Trackers verbessert ohne hierbei die Einweisungszeit zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel erläutert. Die Figuren der Zeichnung ergänzen diese Erläuterung. Es zeigen:
Fig. 1
ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels zu dem Konzept der
Figure 00030001
direkten Prädiktion" des Displacements,
Fig. 2
ein Blockschaltbild eines prinzipiellen zum Stand der Technik zählenden Aufbaus eines Suchkopf-Nachführregelkreises über den Alignmentprozessor,
Fig. 3
ein Blockschaltbild des Konzeptes der "indirekten Prädiktion" des Displacements.
Der allgemeine Erfindungsgedanke schlägt eine "indirekte Prädiktion" des Displacements vor, bei der zusätzliche Zustandsgrößen, die bereits im System vorhanden sind, zur Rekonstruktion des aktuellen Displacements erangezogen werden. Bezüglich der Waffenanlage ist zu sagen, daß es sich hier um die im Alignmentprocessor AP bereits zur Verfügung stehende "Suchkopf-Slaving-Drehrate" handelt, die sich aus der transformierten Visierdrehrate zusammen-setzt.Außerdem ist zur kompletten Prädikation der Sichtlinienbewegung theoretisch die Prädikation der Zielbewegung im Visierbild erforderlich. Diese Prädikation kann im Visiertracker der Waffenanlage vorgenommen werden. Abhängig von der Nachführgenauigkeit des Visierregelkreises kann jedoch auch unter Umständen auf die Zielposotoonsprädikationim Visierbild verzichtet werden.
Was nun die Munition betrifft, handelt es sich um die zur autonomen Nachführregelung des Homing-Head HH verwendete integrierte Suchkopfdrehrate.
Werden diese Zustandsgrößen in der in Fig. 3 dargestellten Form mit dem Displacement kombiniert, so ist die Möglichkeit das zur Homing-Head-Tracker-Initialisierung verwendete Displacement zu aktualisieren oder mit dem Suchkopfbild zu synchronisieren. Die Figuren der Zeichnung sind für einen Fachmann so eindeutig, daß detaillierte Ausführungen hierzu nicht erforderlich erscheinen.
Der Vorteil, den die vorbeschriebene und in der Zeichnung veranschaulichte Maßnahme gewährleistet, ist darin zu sehen, daß die der zur Rekonstruktion des aktuellen Displacements maßgeblichen Zustandsgrößen (Visier- und Suchkopfdrehrate) nicht differenziert werden müssen. Außerdem sind keine Zeitverzögerungen zu erwarten, die durch Ungenauigkeiten aus dem Einschwingverhalten des Nachführregelkreises resultieren. Der Alignmentprocessor AP wird im vorliegenden Fall ein um das prädizierte LOS (line of sight)-Winkel-Inkrement vorausberec hnete Displacement liefern und durch Subtraktion des im Homing-Head HH gemessenen OAS (Optische-Achse-Suchkopf)-Winkel-Inkrements wird dieses Displacement auf den geschätzten aktuellen Wert korrigiert.
Um nun das Signalrauschen weitgehend gering zu halten, ist es sinnvoll, für die Berechnung des prädizierten LOS (Line-Of-Sight)-Winkel-Inkrements als Näherung das gleiche Verfahren zu benutzen, wie es bei der Ermittlung des gemessenen OAS-Winkel-Inkrements angewendet wird. Das heißt: anstatt einer Multiplikation der Suchkopf (SK)-Slaving-Drehrate mit der Totzeit ΔT = 40 ms erfolgt eine Integration, Verzögerung und Subtraktion, wodurch eine Signalglättung erzielt wird
Die vorgeschlagene "indirekte Prädiktion" des Displacements wurde mittels "Mathematisch Digitaler Simulation" MDS überprüft, d.h. daß im Alignmentprocessor AP - Simulationsmodell sowie im "Munition Alignment Handover Modell " MAHM die beschriebenen Modifikationen - wie zum Beispiel:
  • a) Berechnung der um das prädizierte Sichtlinienwinkelinkrement erweiterten Displacements im Alignmentprocessor (Kb-Modell),
  • b) Berechnung des Suchkopfwinkelinkrements über die Integration der Suchkopfdrehraten im Homing Head der Munition (MAHM),
  • c) Berechnung der indirekt prädizierten Zielposition (Displacement) zur Initialisierung des Homing-Head-Trackers aus a) und b) in der Munition (MAHM)
    realisiert und getestet werden. Die Ergebnisseliefern eine deutliche Steigerung der "Handover-Performance", was nun dazu geführt hat,daß die "indirekte Displacementprädikation" bereits über einen auch von MBUK akzeptierten Änderungsanteag in Hardware bzw. operationelle Software eingeflossen ist.
    • Wie in Fig.3 schematisch dargestellt, ermittelt der AP das Displacement zwischen der Zielposition im Visierbild (LOS-Winkel) und der Position der optischen Achse des Suchkopfes im Visierbild (OAS-Winkel). Dabei greift er , was in Fig. 3 nicht dargestellt ist, auf die vom Visiertracker gelieferte Zielposition im Visierbild (LOS-Winkel) zurück.
    Dieses Displacement wird zur Initialisierung des Homing-Head-Trackers an die Munition übertragen und ist aufgrund der Bilddatenverarbeitungszeit sowie der Displacementübertragungszeit um 2 Suchkopfbilder bzw. 40 ms (T1+T2 = ΔT veraltet.
    Die "indirekte Displacementprädikation" (grauer Hintergrund) gliedert sich in zwei Anteile:
    Zum einen wird von der Waffenanlage bzw. AP ein um 40 ms prädiziertes Sichlinien (LOS)- Winkelelement errechnet und zum anderen wird in der Munition das während der 40 ms Verzögerungszeit entstandene Suchkopfachsen (OAS) - Winkelinkrement aus bereits vorhandenen Zustandsgrößen ermittelt. Die beiden Inkremente werden dem herkömmlichen Dusplacement überlagert und führen zum um 40 ms prädizierten Displacement, das zur Initialisierung des HH-Trackers verwendet wird.

    Claims (2)

    1. Verfahren zur Kompensation der Verzögerungszeit (Displacementprädiktion) während der Ziel-Datenverarbeitung- und -übertragung von einer die Zielposition ermittelnden Waffenanlage zur verschießenden Munition, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rekonstruktion eines Displacements zusätzliche Zustandsgrößen wie Suchkopf-Slaving-Drehrate und die integrierte Suchkopfdrehrate des vorhandenen Suchkopf (SK)-Nachführregelkreises über einen Alignmentprocessor (AP) zur aktuellen Rekonstruktion des Displacements verwendet und kombiniert werden, wobei der Alignmentprocessor (AP) ein um das prädizierte Sichtlinien-Winkel-Inkrement (LOS) vorausberechnete Displacement liefert, das im Homing-Head (HH) durch Subtraktion des gemessenen Winkel-Inkrements um die optischeAchse des Suchkopfes (OAS) auf den geschätzten aktuellen Wert korrigiert.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Homing-Head-Tracker-Initialisierung verwendete Displacement mit dem Suchkopfbild synchronisiert wird.
    EP19980120909 1997-11-15 1998-11-04 Verfahren zur Kompensation der Displacement-Verzögerungszeit Expired - Lifetime EP0922923B1 (de)

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