EP1314949B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Beurteilen von Richtfehlern eines Waffensystems und Verwendung der Vorrichtung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Beurteilen von Richtfehlern eines Waffensystems und Verwendung der Vorrichtung Download PDF

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EP1314949B1
EP1314949B1 EP02022510A EP02022510A EP1314949B1 EP 1314949 B1 EP1314949 B1 EP 1314949B1 EP 02022510 A EP02022510 A EP 02022510A EP 02022510 A EP02022510 A EP 02022510A EP 1314949 B1 EP1314949 B1 EP 1314949B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
weapon
target
fire control
control unit
aiming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP02022510A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1314949A1 (de
Inventor
Nicolas Dr. Malakatas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rheinmetall Air Defence AG
Original Assignee
Oerlikon Contraves AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oerlikon Contraves AG filed Critical Oerlikon Contraves AG
Publication of EP1314949A1 publication Critical patent/EP1314949A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1314949B1 publication Critical patent/EP1314949B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/32—Devices for testing or checking
    • F41G3/323—Devices for testing or checking for checking the angle between the muzzle axis of the gun and a reference axis, e.g. the axis of the associated sighting device

Definitions

  • the invention relates to a method according to claim 1 , a device according to claim 6 and a use of the device according to claims 14 to 16 .
  • Methods and devices of this type are used to ensure the accuracy of Assess weapon systems designed to combat rapidly moving targets, in general flight destinations.
  • Such weapon systems include a fire control device and one or more of them Guns assigned to fire control device.
  • the fire control device is designed to Detect, acquire and track target.
  • tracking When pursuing the goal, that is referred to as tracking will be practically ongoing, that in time very close measurement times, measurements taken to for to determine the location of the target at each measurement time.
  • One of the weapon system assigned data processing unit calculates retrospectively from the results of these measurements the state of movement of the target, including at least an empirical path / time function, an empirical speed / time function and understood an empirical acceleration / time function of the target become. Because of the distance / time function, the speed / time function and the acceleration / time function calculates the computing unit also the future state of motion of the target.
  • a due date is determined and an associated due date at which the target is due at the due date is expected.
  • the due date is determined in such a way that a floor, that was fired from the gun at a certain time is received at the due date at the due date or is simplified said the target hits.
  • the due position determined in this way is therefore the expected meeting point of target and floor.
  • the data processing unit also for the weapon or for the Gun barrel a target point at which the gun barrel at the time of launch of the projectile must be directed, or an azimuth and an elevation, which the gun barrel must have at the time of launch.
  • the reserve invoice becomes the relative positions of fire control device and weapon, the internal and external ballistics as well Delays in the functioning of the system included. Obviously is the time of firing when the weapon barrel is on the due position must be directed before the due date at which the Target is located at the due position.
  • the hit performance tested This essentially examines whether the processes between tracking the target and shooting a projectile as planned run, namely in such a way that the target and the floor meet at the due date the due position or at least in the immediate vicinity. It Various methods are known for determining directional errors. A realistic one Assessment of the target performance of a weapon system is only possible when the fight against a goal is either actually happening or realistic is simulated.
  • a precise assessment of the directional accuracy or an exact determination of directional errors can be done, for example, by actually targeting bombarded and the angular and / or distance-based storage of the floors from Destination to be determined during their flight.
  • the assessment of the accuracy is correct or the hit performance to a relatively narrow Time frame for the bombardment is limited, and it provides no clues about possible hits during the remaining period at which the target can be fought.
  • the goal is a manipulation target or exercise target used, which should behave at least approximately as those real targets that the weapon system is intended to combat.
  • Such Manipulation targets are unmanned.
  • self-flightable manipulation targets are known or drones, which can be remotely controlled, and on the other hand flightless manipulation targets, for example from a tow plane to be pulled.
  • War ammunition or training ammunition can be used as ammunition become.
  • Storage can be determined in two different ways: Either the path / time curves of the manipulation target as well as the Projectiles determined and from this the placement of the projectiles from the manipulation target determined; For example, the local area in which the manipulation target is located and projectiles hit, in the temporal range at which this meeting takes place, mapped, and the filing can be determined from this. Or it sensors are attached to the manipulation target, which point to those flying by Projectiles react.
  • the big disadvantage of this method is that it is very complex and expensive. Regardless of whether self-flightable or dragged manipulation targets are used, these manipulation targets themselves and either additional facilities for determining and measuring the Trajectories and for evaluating the measured values or facilities for processing the signals provided by the sensors required.
  • the tracking of the target i.e. tracking
  • the gun barrel is constantly on the Tracking the target in such a way that it is constantly aimed at the target.
  • the goal is not shot at, but a video camera mounted on the barrel takes pictures of the target. These images are visualized immediately or later.
  • the straightening line i.e. a straight line in the extension of the weapon barrel axis, is represented by a mark in the reproduced images. The mistake appears as a repository of the image of the target from this mark.
  • the goal that the Zero test can be a real target, so it is not shot at with bullets rather, the bombardment is simulated to a certain extent by optical rays; however, a beam is recorded and visualized during the simulation not from the weapon to the target but from the target to the weapon, which is the procedure is irrelevant.
  • the weapon hits the target immediately tracked, that is, azimuth and elevation are such that with perfect Alignment accuracy the weapon barrel is aimed precisely at the target; while visualizing the images from the video camera are always on the mark.
  • the accuracy of the alignment is not perfect, but certain alignment errors occur, the goal is to visualize the images from the video camera generally not on the mark.
  • the deviation of the target from the brand corresponds to the placement of the storeys from the target.
  • the zero test is based on fiction, that bullets without mass are used, that with infinite bullet speed go through their trajectory so the bullet flight time from the barrel to the target is zero, which also explains the term 'zero test' is. Provision and inclusion of interior ballistic sizes of the floors are by the data processing unit assigned to the weapon system is not included in the calculations of azimuth and elevation or the control of the weapon barrel included; within the fiction of infinite bullet speed they don't really matter.
  • the advantage of the zero test is in that the additional facilities required are not expensive, and that the test is easy to perform, so no specialized personnel must be used and not only on shooting ranges but can also take place in the field.
  • the simplifications that come with the zero test take place, that means hiding all the facts with the reserve calculation related, are also the disadvantages of the zero test.
  • the specified process steps can at least partially be interchanged Sequences are carried out.
  • the new method is very advantageous in many respects, in particular very inexpensive and easy to carry out, however like the conventional zero test, it is only one test procedure, the digestion gives about the totality of the directional errors. It therefore does not allow diagnoses about the causes of the directional errors. Corrections of the directional errors can therefore only by compensating for errors, but not by eliminating the causes of the errors be made. However, this does not reduce the value of the procedure, since ultimately only the effect of the weapon system is important and it is meaningless is whether the directional error is causally or compensatory switched off become.
  • the general aim is to that the target appears in the center of the image of the image display device.
  • the filing mark moves in the Environment of the target.
  • the filing mark can be understood as a visualization the fictitious projectiles in the respective surroundings of the target.
  • the simulating projectiles only takes into account the internal ballistics of corresponding projectiles. This makes sense because the method only uses the directional errors, ie only the internal behavior of the weapon system to be tested.
  • the calculation steps described above are carried out running and preferably clocked, which means that the calculation steps for the value pairs due dates / due positions Calculation times are carried out by very small and preferably equal time intervals are separated.
  • the image display device thus continuously shows the alignment errors of the weapon system for an entire target trajectory on.
  • Each due date is preferably based on a calculation date calculated and therefore generally does not coincide with any of the following Calculation times together.
  • the corresponding due position must therefore generally determined by an interpolation between due dates whose associated due dates are close to this calculation date lie.
  • the deviation of the locations must be used for the calculations of the fire control device and the weapon are taken into account.
  • the procedure can also be carried out when the weapon is relative to the fire control device moved, for example, is mounted on a moving tank. In In this case, the changing weapon position must be continuously measured and be included in the calculations.
  • the new procedure When assessing the results of the new procedure must be considered that the hit performance of a weapon system is generally rather better is due to the images appearing on the image display device would be suspected, firstly, because the anti-aircraft guns used as weapons usually have multiple gun barrels, secondly because in a weapon system a fire control device is usually assigned several weapons and third, because when shooting with real projectiles always with scatter to calculate.
  • the new procedure does not include outside ballistics, which can negatively affect the performance.
  • a image recording device arranged on the fire control device and one with the same Image recording device connected image display device and a data processing unit including software and connection devices needed.
  • the image display device connected to the image pickup device so that the recorded images can be played back immediately.
  • a video camera can be used as the image recording device.
  • the image recording device can be arranged temporarily or permanently on the fire control device his.
  • the data processing unit can generally be that of Weapon system associated data processing unit can be used. This The unit can only be attached to the fire control device or partly to the fire control device and partly arranged on the weapon itself. A separate and, if necessary, computer and / or storage unit used separate from weapon and fire control device that can be switched on as a module.
  • the relative location i.e. the distance and the Angular position, known between the weapon and fire control device and in the calculations be taken into account.
  • This relative location is what is called this relative location as gun parallax.
  • the relative location must be before the start of the Procedure to be determined.
  • a position measuring device is used to determine the relative position used. This can be a completely external one Device like a triangulation device or around an internal device of the weapon system or one that works with a GPS Trade facility.
  • the relative position between weapon and fire control device can also change, for example, when the weapon is on a moving vehicle, to Example is mounted on a tank while the fire control device is stationary.
  • the ongoing change in the relative position must be recorded and are continuously taken into account in the calculations that are carried out during implementation of the procedure.
  • the position measuring device can therefore not be purely external Be a facility.
  • the position measuring device is with the data processing system connected and the software must be trained to use the include ongoing changes in the relative position in the calculations of the method.
  • the new method is particularly suitable for assessing the alignment errors of Weapon systems with multiple weapons and a fire control device.
  • the directional errors of the different weapons can be visualized simultaneously and differentiated by assigning a separate token to each weapon, that differs from the other filing brands.
  • the invention is explained with reference to FIGS. 1 to 6 ; the processes at a time of calculation Tc are described. In reality, these calculations are carried out continuously or repeatedly in a large number of successive calculation times, and the image recording device also preferably operates continuously or repeatedly in a large number of recording moments.
  • Fig. 1 shows a weapon system that is to be checked for its accuracy or its aiming errors are to be determined.
  • the weapon system has a fire control device F and a weapon W with a weapon barrel B and directing means for aiming the weapon barrel B ; To simplify matters, it is assumed that the fire control device F and the weapon W are in the same position.
  • the weapon barrel axis and its extension beyond the gun barrel B is designated B.1 .
  • a data processing system EDV with the software S required for normal shooting operations is assigned to the weapon system.
  • An image recording device V, an image display device M and a computer unit with specific software S.1 are used to carry out the method according to the invention.
  • Modern weapon systems generally have an image recording device assigned to the fire control device or arranged on the fire control device and an associated image display device which are used for the new method.
  • the data processing system EDP assigned to the weapon system can be used as the computer unit; the specific software S.1 is then implemented in this data processing system EDP of the fire control device F.
  • the image recording device V is arranged on the fire control device F in such a way that it executes the track movements of the fire control device F following the target Z in solidarity with the fire control device F.
  • the image display device M is, for example, a monitor. It is connected to the image recording device V and is intended to make the images recorded by the image recording device M visible.
  • the computer unit can be integrated in the data processing system EDP of the weapon system; In general, the function of the computer unit is performed by the data processing system EDP of the weapon system, which is already present, so that only the specific software S.1 is additionally required.
  • FIG. 1 further shows a target Z, which takes the position Pc at the time Tc .
  • the target Z moves on a target trajectory;
  • a first section of the target trajectory z- which was flown before the time Tc , is shown by a solid line, while that section of the target trajectory z +, which will presumably be flown after the time Tc , is shown by a dashed line ;
  • a dash-dotted line represents the target trajectory z + eff which is actually flown through after the time Tc but is not yet known at the time Tc .
  • the target Z is tracked or tracked by the fire control device F , and the state of movement of the target Z is determined.
  • the target Z had the position Pa at the time Ta and the position Pb at the time Tb .
  • a data processing unit data processing, which is associated with the weapons system calculates the time Tc retrospectively the state of motion of the target Z, which for the target trajectory - includes, up to the time Tc.
  • a reserve calculation is carried out in a manner known per se.
  • the data processing unit EDP uses extrapolation to calculate the expected future movement state of the target Z, to which the target trajectory z + corresponds.
  • a so-called due date T * and an associated due date P * are determined such that a projectile G, which would be fired from a weapon barrel B of a weapon W at the instant Tc , would arrive at the due date P * at the due date T * .
  • the floor speed and the internal ballistics of floor P are included in the calculation.
  • the target Z is expected in the vicinity of the corresponding due position P * .
  • the target Z probably does not exactly reach the expected due position because its actual state of motion or its target trajectory z + eff is generally not the same as the calculated state of motion or the calculated target trajectory z + .
  • the reserve calculation is ongoing.
  • the value pair P * / T * determined for each due date T * and the associated due positions P * of the target Z is stored in a memory of the data processing unit EDV in a kind of table.
  • This table is continuously updated on the basis of further determinations of movement states of the target Z flying further on the target trajectory z + eff .
  • the weapon barrel B is aimed at the due position P * .
  • the due date T * will not exactly coincide with a calculation date. In this case, the calculation date immediately following the due date T * is used as the due date.
  • the due position associated at this point in time is then determined by interpolation between the pair of values T *; P * and a pair of values adjacent to it are determined from the stored value pairs of due positions and due dates. If a real projectile G were fired at this due position P * at the time Tc , it would fly along a projectile trajectory g and would arrive at the due position P * at the due date T * . The target Z is at the due date T * in the area A of this due position P *, so that a hit would almost certainly have occurred if the projectile G had actually been shot down.
  • the current aiming of the weapon barrel B at the respective due position does not take place at the beginning of the projectile flight duration and for the purpose of firing a projectile as when shooting, but only at the end of the projectile flight duration and thus at the corresponding due date.
  • the weapon W continuously transmits to the data processing system EDV data describing the position that the weapon barrel B assumes from the point of view of the weapon W at the respective due date T * , i.e. data or a direction ⁇ eff which shows the actual position of the weapon barrel B at the due date T. * describe.
  • the data processing system EDV calculates, taking into account the position of the target Z and the deviation of the position of the fire control device F and weapon W, the theoretically correct view from the weapon W towards the target Z at the due date T * , i.e. data or a direction ⁇ *, which describe the target position of the weapon barrel B at the due date T * .
  • the difference between ⁇ eff and ⁇ * is then calculated, from which an angle is obtained which is referred to as the directional error ⁇ .
  • the directional error ⁇ is determined by its horizontal and vertical components with respect to the direction of view of the weapon W at the target Z.
  • the directional error ⁇ is continuously made visible on the image display device M , as shown in FIG. 2 ;
  • a deposit mark Y is visualized, the deposit b of which, from a reference point 0, reproduces the directional error p to scale in its horizontal and vertical component with respect to the direction of view of the weapon W at the target Z ;
  • the center of the image is generally used as the reference point 0 , and the scale used corresponds to the field of view of the image recording device.
  • the image pickup device V a picture is taken of the target Z and also visualized by using the image reproduction apparatus V.
  • the image of the actual target Z and the target error representing storage brand Y are thus continuously visible simultaneously.
  • the target Z is generally tracked by the fire control device F in such a way that the target Z on the reproduced image falls at least approximately on the reference point 0 .
  • the storage mark Y can then be interpreted as the floor G or as the end of the floor trajectory g , so that the representation of the alignment error ⁇ is very clear. Since the various steps of the method are carried out continuously, the deposit mark Y generally moves in the area of the visualized target Z.
  • a position measuring device FW this can be an internal position measuring device of the weapon system or a completely external position measuring device.
  • fire control device F or its search and track unit, is effective in area C and target Z is in position Pc.
  • the weapon barrel B would be aimed at the due position P * if it were intended to fire a projectile G ; this projectile G would still be in the weapon barrel B at the beginning of its projectile trajectory g it would fly through.
  • the target Z is near the due position P * and the weapon barrel B is aimed at the due position P * .
  • the directional error is shown in Fig. 4 as an angle ⁇ .
  • the weapon system W has an internal position measuring device WF or a position measuring device WF which interacts with a GPS and is connected to the data processing system EDV .
  • the software S.1 is designed to include the ongoing change in the distance d and the angular position ⁇ between the weapon W and the fire control device F in the calculations.
  • FIG. 5 shows a further weapon system, which comprises the fire control device F, the weapon W and an additional weapon W ' .
  • the method according to the invention takes place here as follows: All steps which only concern the target Z or the movements of the target Z are valid both for the weapon W and for the weapon W ' . All calculations relating to either weapon W or weapon W ' are performed separately. In particular, the target trajectories z-, z + are determined for the target Z. Taking into account the positions of the weapons W and W ' , the due dates T * and T *' and the associated due positions P * c, P * 'are determined and the weapons W and W' are directed accordingly.
  • the actual direction and the desired direction of the weapon barrel B or the directions ⁇ eff and ⁇ *, each from the point of view of the weapon W, and their difference, that is to say the directional error ⁇ , are determined.
  • W ' , ⁇ eff ', ⁇ * ' and ⁇ ' are determined for the weapon in the same way.
  • On the monitor M is shown in FIG. 7 of the pointing error ⁇ of the weapon W and the pointing error ⁇ 'of the further weapon W' is illustrated, wherein the further weapon W 'is a tray brand Y' associated with that the shape and / or color of Filing mark Y differs.
  • the deposit marks Y, Y ' migrate in the vicinity of the reference point 0 or the target Z; with Y1, Y2 the filing mark Y is shown in later times, with Y1 ', Y2' the filing mark Y ' in later times.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Vorrichtung nach Anspruch 6 und eine Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 16.
Verfahren und Vorrichtungen dieser Art dienen dazu, die Richtgenauigkeit von Waffensystemen zu beurteilen, die zur Bekämpfung von rasch bewegten Zielen, im allgemeinen Flugzielen, eingesetzt werden.
Solche Waffensysteme umfassen ein Feuerleitgerät und eines oder mehrere dem Feuerleitgerät zugeordnete Geschütze. Das Feuerleitgerät ist dazu bestimmt, ein Ziel zu detektieren, zu akquirieren und zu verfolgen. Beim Verfolgen des Zieles, das als Tracking bezeichnet wird, werden praktisch laufend, das in zeitlich sehr nahe beieinander liegenden Messzeitpunkten, Messungen durchgeführt, um für jeden Messzeitpunkt den Ort des Zieles zu ermitteln. Eine dem Waffensystem zugeordnete Datenverarbeitungseinheit berechnet retrospektiv aus den Ergebnissen dieser Messungen den Bewegungszustand des Zieles, worunter mindestens eine empirische Weg/Zeit-Funktion, eine empirische Geschwindigkeits/Zeit-Funktion und eine empirische Beschleunigungs/Zeit-Funktion des Ziels verstanden werden. Auf Grund der Weg/Zeit-Funktion, der Geschwindigkeits/Zeit-Funktion und der Beschleunigungs/Zeit-Funktion berechnet die Rechnereinheit ferner den zukünftigen Bewegungszustand des Zieles. Hierbei handelt es sich um eine Extrapolation, berechnet wird also nicht der tatsächliche zukünftige Bewegungszustand des Zieles, sondern derjenige Bewegungszustand, den das Ziel vermutlich haben wird, und der auch als der erwartete Bewegungszustand des Zieles bezeichnet wird. Bestimmt werden insbesondere ein Fälligkeitszeitpunkt und eine zugehörige Fälligkeitsposition, an welchem das Ziel zum Fälligkeitszeitpunkt erwartet wird. Die Fälligkeitsposition wird derart bestimmt, dass ein Geschoss, das zu einem bestimmten Abschusszeitpunkt von der Waffe abgeschossen wird, zum Fälligkeitszeitpunkt an der Fälligkeitsposition eintrifft oder, vereinfacht gesagt, das Ziel trifft. Die so bestimmte Fälligkeitsposition ist also der erwartete Treffpunkt von Ziel und Geschoss. Im Zusammenhang damit berechnet die Datenverarbeitungseinheit ferner für die Waffe beziehungsweise für das Waffenrohr einen Richtpunkt, auf welchen das Waffenrohr im Abschusszeitpunkt des Geschosses gerichtet sein muss, beziehungsweise ein Azimut und eine Elevation, welche das Waffenrohr im Abschusszeitpunkt haben muss. In diese Berechnung, die als Vorhalterchnung bezeichnet wird, werden die relativen Positionen von Feuerleitgerät und Waffe, die interne und die externe Ballistik sowie Verzögerungen, die sich bei der Funktion des Systems ergeben, einbezogen. Offensichtlich liegt der Abschusszeitpunkt, zu dem das Waffenrohr auf den Fälligkeitsposition gerichtet sein muss, vor dem Fälligkeitszeitpunkt, zu dem sich das Ziel an der Fälligkeitsposition befinden wird.
Um die Funktionstüchtigkeit des Waffensystems zu beurteilen, wird die Treffleistung getestet. Hierbei wird im Wesentlichen untersucht, ob die Vorgänge zwischen dem Tracken des Ziels und dem Abschuss eines Geschosses wie geplant verlaufen, nämlich so, dass sich Ziel und Geschoss zum Fälligkeitszeitpunkt an der Fälligkeitsposition oder mindestens in deren naher Umgebung befinden. Es sind verschiedene Verfahren bekannt, um Richtfehler festzustellen. Eine realistische Beurteilung der Treffleistung eines Waffensystems ist aber nur möglich, wenn die Bekämpfung eines Zieles entweder tatsächlich erfolgt oder realitätsnah simuliert wird.
Eine präzise Beurteilung der Richtgenauigkeit beziehungsweise eine genaue Ermittlung von Richtfehlern kann beispielsweise erfolgen, indem ein Ziel tatsächlich beschossen und die winkel- und/oder distanzmässige Ablage der Geschosse vom Ziel bei ihrem Flug bestimmt werden. Allerdings ist die Beurteilung der Richtgenauigkeit beziehungsweise der Treffleistung auf ein verhältnismässig enges Zeitfenster beim Beschuss eingeschränkt, und sie liefert keine Anhaltspunkte über eventuelle Treffer während der restlichen Zeitspanne, zu welcher das Ziel bekämpft werden kann. Als Ziel wird ein Manipulierziel beziehungsweise Übungsziel eingesetzt, das sich mindestens annähernd so verhalten sollte wie diejenigen realen Ziele, zu deren Bekämpfung das Waffensystem vorgesehen ist. Solche Manipulierziele sind unbemannt. Bekannt sind einerseits selbst-flugfähige Manipulierziele beziehungsweise Dronen, die ferngesteuert sein können, und anderseits flugunfähige Manipulierziele, die beispielsweise von einem Schleppflugzeug gezogen werden. Als Munition kann Kriegsmunition oder Übungsmunition verwendet werden. Die Ablage kann auf zwei verschiedene Arten ermittelt werden: Entweder werden die Weg/Zeit-Kurven sowohl des Manipulierzieles wie auch der Geschosse bestimmt und daraus die Ablage der Geschosse vom Manipulierziel ermittelt; beispielsweise kann hierzu der örtliche Bereich, in welchem sich Manipulierziel und Geschosse treffen, im zeitlichen Bereich, zu welchem dieses Treffen stattfindet, abgebildet, und hieraus die Ablage ermittelt werden. Oder es werden Sensoren am Manipulierziel angebracht, welche auf die vorbeifliegenden Geschosse reagieren. Der grosse Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass es sehr aufwändig und kostspielig ist. Unabhängig davon, ob selbst-flugfähige oder geschleppte Manipulierziele eingesetzt werden, sind diese Manipulierziele selbst sowie entweder zusätzliche Einrichtungen zur Ermittlung und Vermessung der Flugbahnen und zur Auswertung der dabei ermittelten Messwerte oder aber Einrichtungen zur Verarbeitung der von den Sensoren zur Verfügung gestellten Signale erforderlich. Die Verwendung unbemannter, flugfähiger, ferngesteuerter Manipulierziele erfordert zusätzlich terrestrische Einrichtungen zum Fernsteuern dieser Manipulierziele. Die Gesamtheit der erforderlichen Einrichtungen ist in jedem Falle, wie oben behauptet, kostspielig in der Anschaffung und aufwändig im Betrieb; meist können diese Einrichtungen nur von spezialisiertem Personal bedient werden und erfordern eine Infrastruktur, die nur auf festen Schiessplätzen aber nicht im Felde verfügbar ist. Ausserdem besteht stets die Gefahr der Beschädigung oder Zerstörung der Manipulierziele, die nicht vermieden werden kann und nicht vermieden werden soll, da ja das Treffen des Manipulierzieles die angestrebte gute Richtgenauigkeit eben gerade dokumentiert.
Während beim oben beschriebenen Verfahren als Ziele Manipulierziele eingesetzt werden und bei der Beurteilung auf echte, tatsächlich von Geschossen durchflogene Flugbahnen abgestellt wird, können bei dem im Folgenden beschriebenen, unter der Bezeichnung 'Zero-Test' bekannten Verfahren nach Belieben echte Ziele oder Manipulierziele eingesetzt werden; die Flugbahnen der Geschosse werden optisch simuliert, wobei die simulierenden Strahlen nur in ihren Anfangsund Endpunkten mit den simulierten Geschossflugbahnen übereinstimmen. Mit dem Zero-Test wird nur verifiziert, ob das Tracking des Zieles durch das Feuerleitgerät und das vom Feuerleitgerät gesteuerte Richten des Waffenrohrs auf das Ziel fehlerlos verläuft, nicht aber die eigentliche Vorhaltrechnung geprüft.
Beim Zero-Test wird die Verfolgung des Zieles, das heisst das Tracking, vom Feuerleitgerät in üblicher Weise durchgeführt. Das Waffenrohr wird laufend dem Ziel nachgeführt und zwar so, dass es dauernd auf das Ziel gerichtet ist. Das Ziel wird nicht beschossen, sondern eine am Waffenrohr montierte Videokamera nimmt Bilder vom Ziel auf. Diese Bilder werden sofort oder später visualisiert. Die Richtgerade, also eine Gerade in Verlängerung der Waffenrohrachse, wird durch eine Marke in den wiedergegebenen Bildern dargestellt. Der Richtfehler erscheint als Ablage des Bildes des Ziels von dieser Marke. Das Ziel, das beim Zero-Test ein echtes Ziel sein kann, wird also nicht mit Geschossen beschossen sondern der Beschuss wird durch optische Strahlen gewissermassen simuliert; allerdings wird bei der Simulation ein Strahl aufgenommen und visualisiert, der nicht von der Waffe zum Ziel sondern vom Ziel zur Waffe verläuft, was aber für das Verfahren ohne Belang ist. Beim Zero-Test wird die Waffe dem Ziel unmittelbar nachgeführt, das heisst, Azimut und Elevation sind so, dass bei perfekter Richtgenauigkeit das Waffenrohr genau auf das Ziel gerichtet ist; beim Visualisieren der Bilder der Videokamera liegt dann das Ziel stets auf der Marke. Da in Wirklichkeit die Richtgenauigkeit nicht perfekt ist, sondern gewisse Richtfehler auftreten, befindet sich beim Visualisieren der Bilder der Videokamera das Ziel im Allgemeinen nicht auf der Marke. Die Abweichung des Zieles von der Marke entspricht der Ablage der Geschosse vom Ziel. Der Zero-Test beruht auf der Fiktion, dass Geschosse ohne Masse verwendet werden, die mit unendlicher Geschossgeschwindigkeit ihre Flugbahn durchlaufen, so dass die Geschossflugzeit vom Waffenrohr zum Ziel null ist, womit auch die Bezeichnung 'Zero-Test' erklärt ist. Vorhalt sowie Einbezug innenballistischer Grössen der Geschosse werden von der dem Waffensystem zugeordneten Datenverarbeitungseinheit nicht in die Berechnungen von Azimut und Elevation beziehungsweise die Steuerung des Waffenrohres einbezogen; innerhalb der Fiktion der unendlichen Geschossgeschwindigkeit spielen sie auch tatsächlich keine Rolle. Der Vorteil des Zero-Tests liegt darin, dass die zusätzliche benötigten Einrichtungen nicht kostspielig sind, und dass die Durchführung des Testes einfach ist, so dass kein spezialisiertes Personal eingesetzt werden muss und die Durchführung nicht nur auf Schiessplätzen sondern auch im Feld stattfinden kann. Die Vereinfachungen, die beim Zero-Test stattfinden, das heisst das Ausblenden von allen Fakten, die mit der Vorhaltrechnung im Zusammenhang stehen, sind gleichzeitig die Nachteile des Zero-Tests.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung,
  • ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet; einerseits sollte das neue Verfahren bezüglich der dazu benötigten Einrichtungen kostengünstig und bezüglich seiner Durchführung einfacher sein als das herkömmliche Verfahren, bei welchem ein Manipulierziel und echte Geschosse zum Einsatz kommen; anderseits sollte das neue Verfahren eine präzisere Beurteilung erlauben als der vorbekannte Zero-Test; insbesondere sollte das neue Verfahren, anders als der vorbekannte Zero-Test, auch alle Fakten im Zusammenhang mit der Vorhaltrechnung, unter anderem also die Innenballsitik der Geschosse, berücksichtigen;
  • eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens vorzuschlagen und
  • eine Verwendung der neuen Vorrichtung anzugeben.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss
  • für das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1,
  • für die Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 6; und
  • für die Verwendung der Vorrichtung durch die Merkmale der Ansprüche 14 bis 16.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemässen Vorrichtungen sind durch die jeweiligen abhängigen Ansprüche definiert.
Die angegebenen Verfahrensschritte können mindestens teilweise auch in vertauschten Reihenfolgen durchgeführt werden.
Beim neuen Verfahren können, wie beim herkömmlichen Zero-Test, echte Ziele oder Manipulierziele verwendet werden, und es werden Geschosse beziehungsweise deren Flugbahnen - genauer gesagt Anfang und Ende der Flugbahnen - optisch simuliert. Im Gegensatz zum herkömmlichen Zero-Test wird aber eine Vorhaltrechnung durchgeführt, das heisst, es wird also nicht nur getestet, ob das Waffenrohr dem trackenden Feuerleitgerät folgt, sondern es wird auch die Genauigkeit der Vorhaltrechnung einschliesslich der Ballistik, in den Test mit einbezogen. Ausserdem wird, anders als beim herkömmlichen Zero-Test, keine Bildaufnahmevorrichtung am Waffenrohr benötigt, sondern es wird diejenige Bildaufnahmevorrichtung verwendet, die ohnehin am Feuerleitgerät vorhanden ist. Getestet wird die Kette Ziel - Radar - SoftwareVorhaltrechnung - Datenübertragung - Bewegung der Waffe - Ballistik - Ziel.
Die damit erzielten Vorteile sind im Wesentlichen die Folgenden:
  • Es wird keine Bildaufnahmevorrichtung am Waffenrohr benötigt.
  • Das Verfahren ist in der Durchführung nicht aufwändig; die Hilfe von Spezialisten ist nicht erforderlich, und das Verfahren kann auch ausserhalb von Schiessplätzen erfolgen.
  • Das Verfahren ist umweltfreundlich; es entstehen keine Beschädigungen am Ziel, und es wird keine Munition verwendet; dadurch entfallen auch akustische Immissionen.
  • Das Verfahren ist preisgünstig, da keine Munition, die im Allgemeinen kostspielig ist, verschossen wird.
Das neue Verfahren ist, wie oben beschrieben, in vielen Beziehungen sehr vorteilhaft, insbesondere sehr kostengünstig und einfach in der Durchführung, aber es ist, wie auch der herkömmliche Zero-Test, nur ein Testverfahren, das Aufschluss gibt über die Gesamtheit der Richtfehler. Es erlaubt daher keine Diagnosen über die Ursachen der Richtfehler. Korrekturen der Richtfehler können daher nur durch Fehlerkompensationen, nicht aber durch Beseitigung der Fehlerursachen vorgenommen werden. Dies mindert aber nicht den Wert des Verfahrens, da letztlich nur die Wirkung des Waffensystems von Bedeutung ist und es bedeutungslos ist, ob Richtfehler ursächlich oder kompensatorisch ausgeschaltet werden.
Das neue Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
  • Auf Grund mehrerer Messungen der Zielposition erfolgt eine retrospektive Berechnung der Bewegungszustände des Ziels, das heisst es wird im Wesentlichen eine empirische Weg/Zeit-Kurve, eine empirische Geschwindigkeits/Zeit-Kurve und eine empirische Beschleunigungs/Zeit-Kurve des Zieles bestimmt.
  • Auf Grund der retrospektiven Berechnung der Bewegungszustände des Ziels erfolgt in einem Berechnungszeitpunkt eine extrapolierende Berechnung von zukünftigen Bewegungszuständen des Ziels, das heisst es wird mindstens eine vermutete zukünftige Weg/Zeit-Kurve des Ziels bestimmt.
  • Festgehalten werden Wertepaare von Fälligkeitszeitpunkten und Fälligkeitspositionen, nämlich
    • Fälligkeitszeitpunkte, zu welchem sich das Ziel an einer bestimmten Position befinden wird und
    • Fälligkeitspositionen, wo sich das Ziel zu den zugehörigen Fälligkeitszeiten vermutlich befinden wird.
  • Jede Fälligkeitsposition wird jeweils für einen bestimmten Abschusszeitpunkt unter Berücksichtigung der Geschossgeschwindigkeit und der innerballistischen Grössen des Geschosses derart bestimmt, dass ein Geschoss, das zu diesem Abschusszeitpunkt von der Waffe abgeschossen Würde, zum Fälligkeitszeitpunkt an der Fäligkeitsposition eintreffen würde.
  • Das Waffenrohr wird nun laufend zu jedem Fälligkeitszeitpunkt auf die zugehörige Fälligkeitsposition gerichtet. In diesem Fälligkeitszeitpunkt würde ein im Abschusszeitpunkt abgeschossenes Geschoss in der Fälligkeitsposition und das Ziel vermutlich in der Nähe der Fälligkeitsposition sein, so dass ein Treffer erwartet werden könnte.
  • Bei der Verfolgung des Zieles ist die Bildaufnahmevorrichtung des Feuerleitgerätes jedenfalls auf das Ziel gerichtet und nimmt somit laufend Bilder der in Zielnähe liegenden jeweiligen Fälligkeitsposition und ihrer Umgebung auf.
  • Die Waffe übermittelt der Datenverarbeitungsanlage, die am Feuerleitgerät angeordnet sein kann, laufend Daten, welche aus der Sicht der Waffe die tatsächliche winkelmässige Stellung beziehungsweise Richtung des in Azimut und Elevation auf einen Richtpunkt gerichteten Waffenrohres beschreiben, also eine Ist-Richtung.
  • Die Datenverarbeitungseinheit berechnet auf Grund der Zielposition und der Abweichung der Position des Feuerleitgerätes von der Position der Waffe die theoretisch korrekte Blickrichtung auf das Ziel aus der Sicht der Waffe, also eine Soll-Richtung.
  • Der Winkel, welcher den Unterschied zwischen Soll-Richtung und Ist-Richtung bildet, entspricht der Ablage zwischen dem Ziel und dem fiktiven Geschoss.
  • Die entsprechende winkelmässige Ablage wird auf einer Bildwiedergabevorrichtung sichtbar gemacht, indem sie als Ablagemarke dargestellt beziehungsweise eingeblendet wird; die Stellung der Ablagemarke zu einem Referenzpunkt, zum Beispiel zum Mittelpunkt des Bildes der Bildwiedergabevorrichtung, wird von der horizontalen und der vertikalen Komponente der Ablage bestimmt und stellt den Richtfehler analog dar. Der benutzte Massstab entspricht dem Blickfeld der Bildaufnahmevorrichtung. Die Stellung der Ablagemarke ist also mit dem Richtfehler korreliert und der Richtfehler kann auf der Bildwiedergabevorrichtung abgelesen werden.
Bei der Verfolgung des Zieles durch das Feuerleitgerät wird im Allgemeinen angestrebt, dass das Ziel mittig im Bild der Bildwiedergabevorrichtung erscheint. Bei der Durchführung des neuen Verfahrens wandert die Ablagemarke in der Umgebung des Zieles. Die Ablagemarke kann aufgefasst werden als Visualisierung der fiktiven Geschosse im jeweiligen Umfeld des Zieles.
Wie weiter oben erklärt, wird für die Berechnungen des Flugverhaltens der zu simulierenden Geschosse nur die innere Ballistik entsprechender Geschosse berücksichtigt. Dies ist sinnvoll, da mit dem Verfahren nur die Richtfehler, also nur das interne Verhalten des Waffensystems, getestet werden soll.
Beim neuen Verfahren erfolgen die oben beschriebenen Berechnungsschritte laufend und vorzugsweise getaktet, worunter zu verstehen ist, dass die Berechnungsschritte für die Wertepaare Fälligkeitszeitpunkte/Fälligkeitspositionen zu Berechnungszeitpunkten durchgeführt werden, die durch sehr kleine und vorzugsweise gleiche Zeitabstände getrennt sind. Die Bildwiedergabevorrichtung zeigt somit laufend für eine ganze Zieltrajektorie die Richtfehler des Waffensystems an.
Jeder Fälligkeitszeitpunkt wird vorzugsweise ausgehend von einem Berechnungszeitpunkt berechnet und er fällt daher im Allgemeinen nicht mit einem der nachfolgenden Berechnungszeitpunkte zusammen. Beim Richten des Waffenrohres zu einem Berechnungszeitpunkt muss daher im Allgemeinen die entsprechende Fälligkeitsposition durch eine Interpolation zwischen Fälligkeitspositionen bestimmt werden, deren zugehörige Fälligkeitszeitpunkte in der Nähe dieses Berechnungszeitpunktes liegen.
Beim neuen Verfahren müssen für die Berechnungen die Abweichung der Standorte des Feuerleitgerätes und der Waffe berücksichtigt werden. Das Verfahren kann auch dann durchgeführt werden, wenn sich die Waffe relativ zum Feuerleitgerät fortbewegt, also beispielsweise auf einem fahrenden Panzer montiert ist. In diesem Falle muss die sich verändernde Waffenposition laufend vermessen und in die Berechnungen miteinbezogen werden.
Die oben beschriebene Fortbewegung einer Waffe relativ zum Feuerleitgerät ist nicht zu verwechseln mit schwingungsartigen oder rüttelnden Bewegungen einer Waffe, die sich an einer bewegten Plattform, zum Beispiel an Bord eines Schiffes, befindet. Waffen auf Panzern können sowohl Fortbewegungen wie schwingungsartige Bewegungen durchführen. Zur Kompensation solcher schwingungsartiger Bewegungen verfügen die Schiffe beziehungsweise Panzer im Allgemeinen über Stabilisationsanlagen. Beim neuen Verfahren werden schwingungsartige Bewegungen, die durch Stabilisationsanlagen kompensiert werden sollten, nicht in die Berechnungen einbezogen. Dies bedeutet, dass die Teststrecke nach dem neuen Verfahren nicht nur die Funktionen des Waffensystems zwischen dem Tracken des Zieles und dem Richten des Waffenrohres unter Berücksichtigung der Vorhaltrechnung umfasst, sondern auch die Wirkung der Stabilisationsanlagen einschliesst.
Bei der Beurteilung der Ergebnisse des neuen Verfahrens muss berücksichtigt werden, dass die Treffleistung eines Waffensystems im Allgemeinen eher besser ist als auf Grund der auf der Bildwiedergabevorrichtung erscheinenden Bilder vermutet würde, erstens, weil die als Waffen verwendeten Fliegerabwehrgeschütze meistens mehrere Waffenrohre aufweisen, zweitens, weil in einem Warfensystem einem Feuerleitgerät meist mehrere Waffen zugeordnet sind und drittens, weil beim Schiessen mit echten Geschossen immer mit Streuungen zu rechnen ist. Es ist allerdings auch zu berücksichtigen, dass das neue Verfahren die Aussenballistik, welche die Treffleistung negativ beeinflussen kann, nicht einbezieht.
Zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens werden vorzugsweise eine am Feuerleitgerät angeordnete Bildaufnahmevorrichtung und eine mit dieser Bildaufnahmevorrichtung verbundene Bildwiedergabevorrichtung sowie eine Datenverarbeitungseinheit einschliesslich Software und Verbindungsvorrichtungen benötigt.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Bildwiedergabevorrichtung so mit der Bildaufnahmevorrichtung verbunden, dass die aufgenommenen Bilder sofort laufend wiedergegeben werden.
Wird die Richtgenauigkeit nach dem neuen Verfahren an einem modernen Waffensystem getestet, so kann davon ausgegangen werden, dass das Feuerleitgerät ohnehin über ein Bildaufnahmegerät und über eine damit verbundene Bildwiedergabevorrichtung verfügt. Im Gegensatz zum herkömmlichen Zero-Test muss daher zur Durchführung des Verfahrens weder eine zusätzliches Bildaufnahmevorrichtung noch eine zusätzliche Bildwiedergabevorrichtung angeschafft werden. Im Allgemeinen ist auch die ohnehin vorhandene Datenverarbeitungseinheit ausreichend, so dass nur die erforderliche zusätzliche Software beschafft werden muss.
Als Bildaufnahmevorrichtung kann beispielsweise eine Videokamera benutzt werden.
Die Bildaufnahmevorrichtung kann temporär oder dauernd am Feuerleitgerät angeordnet sein.
Als Datenverarbeitungseinheit kann, wie schon erwähnt, im Allgemeinen die dem Waffensystem zugeordnete Datenverarbeitungseinheit benutzt werden. Diese Einheit kann ausschliesslich am Feuerleitgerät oder teils am Feuerleitgerät und teils an der Waffe selbst angeordnet sein. Es kann auch eine separate und ggfs. von Waffe und Feuerleitgerät getrennte Rechner- und/oder Speichereinheit benutzt werden, die ggfs. modulartig zugeschaltet werden kann.
Wie weiter oben erwähnt, muss die relative Lage, das heisst die Distanz und die Winkellage, zwischen Waffe und Feuerleitgerät bekannt sein und in den Berechnungen berücksichtigt werden.
Sind sowohl die Waffe wie auch das Feuerleitgerät ortsfest, so bezeichnet man diese relative Lage als Geschützparallaxe. Die relative Lage muss vor Beginn des Verfahrens bestimmt werden. Zur Bestimmung der relativen Lage wird eine Positionmesseinrichtung verwendet. Hierbei kann es sich um eine vollständig externe Einrichtung in der Art einer Triangulationseinrichtung oder um eine interne Einrichtung des Waffensystems handeln oder um eine mit einem GPS zusammenwirkende Einrichtung handeln.
Die relative Lage zwischen Waffe und Feuerleitgerät kann sich aber auch verändern, zum Beispiel, wenn die Waffe auf einem sich fortbewegenden Vehikel, zum Beispiel auf einem Panzer, montiert ist, während das Feuerleitgerät ortsfest ist. In diesem Falle muss die laufende Veränderung der relativen Lage erfasst und laufend berücksichtigt werden in den Berechnungen, die bei der Durchführung des Verfahrens erfolgen. Die Positionsmesseinrichtung kann daher keine reinexterne Einrichtung sein. Die Positionsmesseinrichtung ist mit der Datenverarbeitungsanlage verbunden und die Software muss dazu ausgebildet sein, die laufende Änderung der relativen Lage in die Berechnungen des Verfahrens einzubeziehen.
Das neue Verfahren eignet sich besonders zur Beurteilung der Richtfehler von Waffensystemen mit mehreren Waffen und einem Feuerleitgerät. Die Richtfehler der verschiedenen Waffen lassen sich simultan visualisieren und können unterschieden werden, indem jeder Waffe eine eigene Ablagemarke zugeordnet wird, die sich von den anderen Ablagemarken unterscheidet.
Weiter Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand eines Beispieles und mit Bezug auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1
ein ortsfestes Waffensystem, wobei sich Feuerleitgerät und Waffe in derselben Position befinden, sowie ein Ziel und ein Geschoss in verschiedenen Lagen während der Durchführung des Verfahrens;
Fig. 2
eine Bildwiedergabevorrichtung mit einem visualisierten Bild für ein Waffensystem mit einer Waffe;
Fig. 3
ein ortsfestes Waffensystem, wobei sich Feuerleitgerät und Waffe nicht in derselben Position befinden, sowie ein Ziel und ein Geschoss in verschiedenen Lagen während der Durchführung des Verfahrens;
Fig. 4
ein Waffensystem mit einem auf bewegten Vehikel montierten Waffe in zwei Stellungen und einem ortsfesten Feuerleitgerät, sowie ein Ziel und ein Geschoss in verschiedenen Lagen während der Durchführung des Verfahrens;
Fig. 5
ein Waffensystem mit zwei auf ein gemeinsames Ziel gerichteten Waffen, in gleicher Darstellung wie Fig. 1; und
Fig. 6
eine Bildwiedergabevorrichtung mit einem visualisierten Bild für ein Waffensystem mit zwei Waffen;
Anhand der Fig. 1 bis 6 wird die Erfindung erläutert; beschrieben werden die Vorgänge in einem Berechnungszeitpunkt Tc. In Wirklichkeit werden diese Berechnungen laufend bzw. wiederholt in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Berechnungszeitpunkten durchgeführt, und auch die Bildaufnahmevorrichtung arbeitet vorzugsweise laufend bzw. wiederholt in einer Vielzahl von Aufnahmemomenten.
Fig. 1 zeigt ein Waffensystem, das auf seine Richtgenauigkeit überprüft werden soll beziehungsweise dessen Richtfehler ermittelt werden sollen. Das Waffensystem weist ein Feuerleitgerät F und eine Waffe W mit einem Waffenrohr B und Richtmittel zum Richten des Waffenrohres B auf; vereinfachend ist angenommen, dass sich das Feuerleitgerät F und die Waffe W an derselben Position befinden. Die Waffenrohrachse und ihre über das Waffenrohr B hinausgehende Verlängerung ist mit B.1 bezeichnet. Dem Waffensystem ist eine Datenverarbeitungsanlage EDV mit der für den üblichen Schiessbetrieb benötigten Software S zugeordnet.
Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird eine Bildaufnahmevorrichtung V, eine Bildwiedergabevorrichtung M und eine Rechnereinheit mit einer spezifischen Software S.1 benutzt. Moderne Waffensysteme weisen im Allgemeinen eine dem Feuerleitgerät zugeordnete beziehungsweise am Feuerleitgerät angeordnete Bildaufnahmevorrichtung und eine zugehörige Bildwiedergabevorrichtung auf, die für das neue Verfahren eingesetzt werden. Als Rechnereinheit kann die dem Waffensystem zugeordnete Datenverarbeitungsanlage EDV benutzt werden; die spezifische Software S.1 ist dann in dieser Datenverarbeitungsanlage EDV des Feuerleitgerätes F implementiert.
Die Bildaufnahmevorrichtung V ist am Feuerleitgerät F angeordnet, und zwar so, dass sie die dem Ziel Z folgenden Track-Bewegungen des Feuerleitgerätes F solidarisch mit dem Feuerleitgerät F ausführt.
Die Bildwiedergabevorrichtung M ist beispielsweise ein Monitor. Sie ist mit der Bildaufnahmevorrichtung V verbunden und dazu bestimmt, die von der Bildaufnahmevorrichtung M aufgenommenen Bilder sichtbar zu machen.
Die Rechnereinheit kann in der Datenverarbeitungsanlage EDV des Waffensystems integriert sein; im Allgemeinen wird die Funktion der Rechnereinheit durch die ohnehin vorhandene Datenverarbeitungsanlage EDV des Waffensystems wahrgenommen, so dass nur die spezifische Software S.1 zusätzlich benötigt wird.
Fig. 1 zeigt im Weiteren ein Ziel Z, das im Zeitpunkt Tc die Position Pc einnimmt. Das Ziel Z bewegt sich auf einer Zieltrajektorie; in Fig. 1 ist ein erster Abschnitt der Zieltrajektorie z-, der vor dem Zeitpunkt Tc durchflogen wurde, durch eine ausgezogene Linie dargestellt, während derjenige Abschnitt der Zieltrajektorie z+, die nach dem Zeitpunkt Tc vermutlich durchflogen werden wird, durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist; eine strichpunktierte Linie stellt diejenige Zieltrajektorie z+eff dar, die tatsächlich nach dem Zeitpunkt Tc durchflogen wird aber im Zeitpunkt Tc noch nicht bekannt ist.
Das Ziel Z wird vom Feuerleitgerät F verfolgt beziehungsweise getrackt, und der Bewegungszustand des Zieles Z wird dabei ermittelt. Das Ziel Z hatte im Zeitpunkt Ta die Position Pa und im Zeitpunkt Tb die Position Pb eingenommen. Eine Datenverarbeitungseinheit EDV, die dem Waffensystem zugeordnet ist, berechnet im Zeitpunkt Tc retrospektiv den Bewegungszustand des Zieles Z, der die Zieltrajektorie z- beinhaltet, bis zum Zeitpunkt Tc.
Im Zeitpunkt Tc wird in an sich bekannter Weise eine Vorhaltrechnung durchgeführt. Auf Grund der ermittelten Bewegungszustände des Zieles Z berechnet die Datenverarbeitungseinheit EDV durch eine Extrapolation den erwarteten zukünftigen Bewegungszustand des Zieles Z, dem die Zieltrajektorie z+ entspricht. Bestimmt werden ein sogenannter Fälligkeitszeitpunkt T* sowie eine zugehörige Fälligkeitsposition P* derart, dass ein Geschoss G, das im Zeitpunkt Tc von einem Waffenrohr B einer Waffe W abgeschossen würde, zum Fälligkeitszeitpunkt T* an der Fälligkeitsposition P* eintreffen würde. In die Berechnung werden die Geschossgeschwindigkeit und die innere Ballistik des Geschoss P einbezogen. Falls eine Abweichung der Lage der Waffe W von der Lage des Feuerleitgerätes F, das heisst eine Geschützparallaxe, besteht, so muss auch diese Abweichung in die Berechnung einbezogen werden. Zu diesem Fälligkeitszeitpunkt T* wird das Ziel Z in der näheren Umgebung der entsprechenden Fälligkeitsposition P* erwartet. Das Ziel Z erreicht vermutlich nicht genau die erwartete Fälligkeitsposition, weil sein tatsächlicher Bewegungszustand beziehungsweise seine Zieltrajektorie z+eff im Allgemeinen nicht dem berechneten Bewegungszustand beziehungsweise der berechneten Zieltrajektorie z+ gleich ist.
Die Vorhaltrechnung erfolgt laufend. Das für jeden Fälligkeitszeitpunkte T* und die zugehörige Fälligkeitspositionen P* des Zieles Z ermittelte Wertepaar P*/T* wird in einem Speicher der Datenverarbeitungseinheit EDV in einer Art Tabelle gespeichert. Diese Tabelle wird laufend aktualisiert auf Grund weiterer Ermittlungen von Bewegungszuständen des auf der Zieltrajektorie z+eff weiterfliegenden Zieles Z.
Sobald der Fälligkeitszeitpunkt T* erreicht ist, wird das Waffenrohr B auf die Fälligkeitsposition P* gerichtet. Im Allgemeinen wird aber der Fälligkeitszeitpunkt T* nicht exakt mit einem Berechnungszeitpunkt zusammenfallen. In diesem Fall wird als Fälligkeitszeitpunkt der unmittelbar dem Fälligkeitszeitpunkt T* folgende Berechnungszeitpunkt benützt. Die zu diesem Zeitpunkt zugehörige Fälligkeitsposition wird dann durch Interpolation zwischen dem Wertepaar T*; P* und einem zu ihm benachbarten Wertepaar aus den gespeicherten Wertepaaren von Fälligkeitspositionen und Fälligkeitszeitpunkten bestimmt. Würde ein echtes Geschoss G im Zeitpunkt Tc auf diese Fälligkeitsposition P* abgeschossen, so würde es längs einer Geschosstrajektorie g fliegen und würde im Fälligkeitszeitpunkt T* an der Fälligkeitsposition P* ankommen. Das Ziel Z befindet sich im Fälligkeitszeitpunkt T* im Umfeld A dieser Fälligkeitsposition P*, so dass mit ziemlicher Sicherheit ein Treffer zustande käme, wenn das Geschoss G tatsächlich abgeschossen worden wäre.
Nach der Erfindung erfolgt das laufende Richten des Waffenrohres B auf die jeweilige Fälligkeitsposition nicht wie beim Schiessen zu Beginn der Geschossflugdauer und zwecks Abschuss eines Geschosses, sondern erst zu Ende der Geschossflugdauer und somit im jeweils entsprechenden Fälligkeitszeitpunkt.
Die Waffe W übermittelt der Datenverarbeitungsanlage EDV laufend Daten, welche die Stellung beschreiben, die das Waffenrohr B aus der Sicht der Waffe W im jeweiligen Fälligkeitszeitpunkt T* einnimmt, also Daten beziehungsweise eine Richtung βeff, welche die Ist-Stellung des Waffenrohres B im Fälligkeitszeitpunkt T* beschreiben. Die Datenverarbeitungsanlage EDV ihrerseits berechnet, unter Berücksichtigung der Position des Zieles Z und der Abweichung der Lage von Feuerleitgerät F und Waffe W, die theoretisch korrekte Blickrichtung von der Waffe W auf das Ziel Z im Fälligkeitszeitpunkt T*, also Daten beziehungsweise eine Richtung β*, welche die Soll-Stellung des Waffenrohres B im Fälligkeitszeitpunkt T* beschreiben. Sodann wird die Differenz von βeff und β* berechnet, woraus man einen Winkel erhält, der als Richtfehler ρ bezeichnet wird. Der Richtfehler ρ wird bestimmt durch seine horizontale und vertikale Komponente bezüglich der Blickrichtung der Waffe W auf das Ziel Z.
Auf der Bildwiedergabevorrichtung M wird, wie in Fig. 2 dargestellt, laufend der Richtfehler ρ sichtbar gemacht; hierzu wird eine Ablagemarke Y visualisiert, deren Ablage b von einem Referenzpunkt 0 den Richtfehler p massstäblich in seiner horizontalen und vertikalen Komponente bezüglich der Blickrichtung der Waffe W auf das Ziel Z wiedergibt; als Referenzpunkt 0 wird im Allgemeinen die Bildmitte verwendet, und der benutzte Massstab entspricht dem Blickfeld der Bildaufnahmevorrichtung. Von der Bildaufnahmevorrichtung V wird ein Bild des Zieles Z aufgenommen und ebenfalls mit Hilfe der Bildwiedergabevorrichtung V visualisiert.
Auf dem von der Bildwiedergabevorrichtung M wiedergegebenen Bild des das Ziel umgebenden Raumes A sind somit laufend gleichzeitig das Bild des tatsächlichen Zieles Z und die den Richtfehler repräsentierende Ablagemarke Y sichtbar.
Die Verfolgung des Zieles Z durch das Feuerleitgerät F erfolgt im Allgemeinen so, dass auf dem wiedergegebenen Bild das Ziel Z mindestens annähernd auf den Referenzpunkt 0 fällt. Die Ablagemarke Y kann dann als Geschoss G beziehungsweise als Ende der Geschosstrajektorie g interpretiert werden, so dass die Darstellung des Richtfehlers ρ sehr anschaulich ist. Da die verschiedenen Schritte des Verfahren laufend durchgeführt werden, wandert die Ablagemarke Y im Allgemeinen im Bereich des visualisierten Zieles Z.
Mit Hilfe von Fig. 3, die nicht massstäblich ist, sind die oben beschriebenen Vorgänge nochmals dargestellt, jedoch wird hier angenommen, dass zwischen dem Feuerleitgerät F und der Waffe W eine Distanz d liegt. Die relative Lage von Feuerleitgerät F und Waffe W wird durch eine Positionsmesseinrichtung F-W ausgemessen; hierbei kann es sich um eine interne Positionsmesseinrichtung des Waffensystems oder um eine vollständig externe Positionsmesseinrichtung handeln.
Zum Zeitpunkt Tc ist das Feuerleitgerät F, beziehungsweise seine Such- und Trackeinheit, in einem Bereich C wirksam und das Ziel Z befindet sich in der Position Pc. Das Waffenrohr B wäre auf die Fälligkeitsposition P* gerichtet, falls beabsichtigt wäre, ein Geschoss G abzuschiessen; dieses Geschoss G wäre noch im Waffenrohr B am Anfang seiner Geschosstrajektorie g, die es durchfliegen würde. Zum Fälligkeitszeitpunkt T*, also nach Ablauf der Geschossflugdauer während welcher ein solches Geschoss G unterwegs wäre, befindet sich das Ziel Z in der Nähe der Fälligkeitsposition P* und das Waffenrohr B ist auf die Fälligkeitsposition P* gerichtet. Der Richtfehler stellt sich in Fig. 4 als Winkel ρ dar.
Fig. 4 zeigt ein Waffensystem mit einem ortsfesten Feuerleitgerät F und einer auf einem bewegten Vehikel Q montierten Waffe W, wobei die Distanz d und die Winkellage δ zwischen dem Feuerleitgerät F laufend ändern; sie betragen im Zeitpunkt Tc d1 und δ1 und im Zeitpunkt T*c d2 und δ2. Das Waffensystem W besitzt eine interne Positionsmesseinrichtung W-F oder eine mit einem GPS zusammenwirkende Positionsmesseinrichtung W-F, welche mit der Datenverarbeitungsanlage EDV verbunden ist. Die Software S.1 ist dazu ausgebildet, die laufende Veränderung der Distanz d und der Winkellage δ zwischen Waffe W und Feuerleitgerät F in die Berechnungen einzubeziehen.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Waffensystem, welches das Feuerleitgerät F, die Waffe W und eine zusätzliche Waffe W' umfasst. Das Verfahren nach der Erfindung spielt sich hier wie folgt ab: Alle Schritte, die nur das Ziel Z beziehungsweise die Bewegungen des Ziels Z betreffen, sind sowohl für die Waffe W wie auch für die Waffe W' gültig. Alle Berechnungen, die entweder die Waffe W oder die Waffe W' betreffen, werden separat durchgeführt. Insbesondere werden für das Ziel Z die Zieltrajektorien z-, z+ bestimmt. Unter Berücksichtigung der Stellungen der Waffen W beziehungsweise W' werden Fälligkeitszeitpunkte T* beziehungsweise T*' sowie die zugehörigen Fälligkeitspositionen P*c, P*' bestimmt und die Waffen W und W' entsprechend gerichtet. Für die Waffe W werden die Ist-Richtung und die Soll-Richtung des Waffenrohres B beziehungsweise die Richtungen βeff und β*, jeweils aus der Sicht der Waffe W, sowie deren Differenz, das heisst der Richtfehler ρ bestimmt. In gleicher Weise werden für die Waffe W', βeff', β*' und ρ' bestimmt. Auf dem Monitor M werden gemäss Fig. 7 der Richtfehler ρ der Waffe W und der Richtfehler ρ' der weiteren Waffe W' dargestellt, wobei der weiteren Waffe W' eine Ablagemarke Y' zugeordnet ist, die sich in Form und/oder Farbe von der Ablagemarke Y unterscheidet. Die Ablagemarken Y, Y' wandern in der Umgebung des Referenzpunktes 0 beziehungsweise des Zieles Z; mit Y1, Y2 ist die Ablagemarke Y in späteren Zeitpunkten, mit Y1', Y2' die Ablagemarke Y' in späteren Zeitpunkten dargestellt.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Beurteilen der Richtfehler eines Waffensystems, welches Waffensystem ein Feuerleitgerät (F) zum Verfolgen eines Zieles (Z), eine Waffe (W) mit einem Waffenrohr (B), Richtmittel zum Richten des Waffenrohres (B) und eine Datenverarbeitungsanlage (EDV) aufweist, wobei
    das Feuerleitgerät (F) das Ziel (Z) verfolgt,
    die Datenverarbeitungsanlage (EDV) wiederholt Vorhaltrechnung durchführt,
    das Waffenrohr (B) auf Grund der Vorhaltrechnung gerichtet wird,
    die Datenverarbeitungsanlage (EDV)
    von der Waffe (W) eine Meldung über eine Ist-Richtung (βeff) des gerichteten Waffenrohres (B) aus der Sicht der Waffe erhält und
    unter Berücksichtigung einer Abweichung zwischen dem Feuerleitgerätes (F) und der Waffe (W) eine Soll-Richtung (β*) des Waffenrohres (B) aus Sicht der Waffe (W) berechnet, und
    den Richtfehler (ρ) als Differenz zwischen der Ist-Richtung (βeff) und der Soll-Richtung (β*) berechnet,
    eine am Feuerleitgerät angeordnete Bildaufnahmevorrichtung (V), die
    Bilder des Ziels (Z) und seiner Umgebung (A) aufnimmt, und
    eine Bildwiedergabevorrichtung (M),
    die von der Bildaufnahmevorrichtung (V) aufgenommenen Bilder und
    eine Ablagemarke (Y) in einer Ablage (b) von einem Referenzpunkt (0) sichtbar macht, welche Ablage (b) mit dem Richtfehler (ρ) korreliert ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Feuerleitgerät (F) wiederholt beim Verfolgen des Zieles (Z) Messungen durchführt, um Positionen des Zieles (Z) und Zeitpunkte, zu welchen das Ziel (Z) diese Positionen einnimmt, zu erfassen,
    dass die Datenverarbeitungsanlage (EDV) wiederholt in einem jeweils als Berechnungszeitpunkt gewählten Zeitpunkt (Tc)
    basierend auf den Messungen des Feuerleitgerätes (F) den bisherigen Bewegungszustandes des Zieles (Z) berechnet,
    basierend auf dem bisherigen Bewegungszustand des Zieles (Z) den erwarteten zukünftigen Bewegungszustand des Zieles (Z) berechnet,
    einen Fälligkeitszeitpunkt (T*) und eine zugehörige Fälligkeitsposition (P*) bestimmt unter Berücksichtigung einer Abweichung (d, δ) der Positionen von Waffe (W) und Feuerleitgerät (F), der Geschwindigkeit und Innenballistik von verwendbaren Geschossen (G), derart, dass im Fälligkeitszeitpunkt (T*) ein Geschoss (G), das im Berechnungszeitpunkt (Tc) abgeschossen würde, an der Fälligkeitsposition (P*) eintreffen würde, und das Ziel (Z) in der Umgebung (A) der Fälligkeitsposition (P*) eintrifft,
    bei Erreichen des Fälligkeitszeitpunktes (T*) den Richtmitteln zum Richten des Waffenrohres (B) ein Signal zur Verfügung stellt, und
    dass das Richten des Waffenrohres (B) in diesem Fälligkeitszeitpunkt (T*) auf diese Fälligkeitsposition (P*) erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass durch das Verfahren bedingte Verzögerungen, insbesondere Verzögerungen bei der Übertragung von Signalen und der Durchführung von Bewegungen beim Richten des Waffenrohres (B), in den Berechnungen berücksichtigt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung (d, δ) zwischen der Waffe (W) und dem Feuerleitgerät (F) wiederholt vermessen und Änderungen dieser Abweichung (d) infolge Fortbewegung der Waffe (W) in Berechnungen einbezogen werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Waffensystem eine weitere Waffe (W') umfasst,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die die weitere Waffe (W') betreffenden Berechnungen analog wie die die erstgenannte Waffe (W) betreffenden Berechnungen durchgeführt werden, und
    dass der weiteren Waffe (W') eine weitere Ablagemarke (Y') zugeordnet ist, um ihren Richtfehler (ρ') synchron mit dem Richtfehler (ρ') der erstgenannte Waffe (W) zu visualisieren.
  6. Vorrichtung (M, V, S.1) zum Beurteilen der Richtfehler eines Waffensystems, welches ein Feuerleitgerät (F), eine Waffe (W) mit einem Waffenrohr (B), Richtmittel zum Richten des Waffenrohres (B) und eine Datenverarbeitungsanlage (EDV) aufweist, wobei
    das Feuerleitgerät (F) eine Sensorvorrichtung besitzt, um wiederholt die jeweiligen Positionen des Zieles (Z) zu vermessen, und
    die Datenverarbeitungsanlage (EDV) dazu ausgebildet ist, wiederholt eine Vorhaltrechnung durchzuführen, um jeweils eine Fälligkeitsposition (P*) und einen Fälligkeitszeitpunkt (T*) zu berechnen und bei Erreichen des Fälligkeitszeitpunktes (T*) den Richtmitteln ein Signal zur Verfügung zu stellen, um das Waffenrohr (B) auf die Fälligkeitsposition (P*) zu richten,
    welche Vorrichtung
    eine am Feuerleitgerät (F) angeordnete Bildaufnahmevorrichtung [V] zur Erfassung von Bildern des Ziels (Z) und
    eine Bildwiedergabevorrichtung (M) aufweist, um die erfassten Bilder und eine den Richtfehler (ρ) repräsentierende Ablagemarke (Y) in einer Ablage (b) von einem Referenzpunkt (0) sichtbar zu machen, wobei
    die Datenverarbeitungsanlage (EDV) eine Software (S.1) besitzt, um
    von der Waffe (W) ein Positionssignal zu empfangen, das eine Ist-Richtung (βeff) des Waffenrohres (B) aus der Sicht der Waffe (W) beschreibt,
    unter Berücksichtigung der Abweichung (d, δ) zwischen der Waffe (W) und dem Feuerleitgerät (F) eines Soll-Richtung (β*) des Waffenrohres (B) aus der Sicht der Waffe (W) zu berechnen,
    die dem Richtfehler (p) entsprechende Differenz der Ist-Richtung (βeff) und der Soll-Richtung (β*) zu berechnen und der Bildwiedergabevorrichtung (M) ein dieser Differenz entsprechendes Signal zur Verfügung zu stellen, und wobei
    die Bildwiedergabevorrichtung (M) dazu ausgebildet ist, die Ablage (b) der Ablagemarke (Y) vom Referenzpunkt (0), welche als Richtfehler (ρ) interpretierbar ist, auf Grund dieses Signals wiederzugeben.
  7. Vorrichtung (M, V, S.1) nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiedergabevorrichtung (M) so ausgebildet und mit der Bildaufnahmevorrichtung (V) verbunden ist, dass die Bilder wiederholt aufgenommen und/oder sofort sichtbar gemacht werden.
  8. Vorrichtung (M, V, S.1) nach einem der Ansprüche 6 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmevorrichtung (V) eine Videokamera, vorzugsweise eine Videokamera des Feuerleitgerätes (F) ist.
  9. Vorrichtung (M, V, S.1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiedergabevorrichtung (M) ein Monitor, vorzugsweise ein Monitor des Feuerleitgerätes (F) ist.
  10. Vorrichtung (M, V, S.1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sie eine Positionsvermessungseinrichtung (F-W) aufweist, um bei einer Fortbewegung der Waffe (W) relativ zum Feuerleitgerät (F) die Änderung einer Position der Waffe (W) zu vermessen, und
    dass die Datenverarbeitungseinheit (EDV) dazu ausgebildet ist, die Änderung der Position der Waffe (W) in Berechnungen einzubeziehen.
  11. Vorrichtung (M, V, S.1) nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsvermessungseinrichtung (F-W) eine interne Einrichtung des Waffensystems ist.
  12. Vorrichtung (M, V, S.1) nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsvermessungseinrichtung (F-W) eine mit externen Mitteln, beispielsweise mit einem GPS, zusammenwirkende Einrichtung ist.
  13. Vorrichtung (M, V, S.1) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei das Waffensystem eine weitere Waffe (W') umfasst,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Software (S.1) dazu ausgebildet ist, die die weitere Waffe (W') betreffenden Berechnungen analog zu den die erstgenannte Waffe (W) betreffenden Berechnungen durchzuführen, und
    dass die Bildwiedergabevorrichtung (M) so ausgebildet ist, dass der weiteren Waffe (W') eine Ablagemarke (Y') zugeordnet ist, die sich von der Ablagemarke (Y) unterscheidet, um simultan zur Darstellung des Richtfehlers (ρ) der Waffe (W) den Richtfehler (ρ') der weiteren Waffe (W') darzustellen.
  14. Verwendung der Vorrichtung (M, V, S.1) nach einem der Ansprüche 6 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Waffe (W) auf einem Vehikel (Q) montiert und das Feuerleitgerät (F) ortsfest sind.
  15. Verwendung der Vorrichtung (M, V, S.1) nach einem der Ansprüche 6 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Waffe (W) und das Feuerleitgerät [F] auf einem Vehikel (Q) montiert sind.
  16. Verwendung der Vorrichtung (M, V, S.1) nach einem der Ansprüche 6 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Waffe (W) auf einem schwingungsartige und/oder rüttelnde Bewegungen ausführenden Vehikel (Q) montiert und relativ zu diesem Vehikel (Q) mit Hilfe einer Stabilisationseinrichtung stabilisiert ist.
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