EP1715285B2 - Verfahren und Simulation fiktiver Systemzustände eines zentralrechnergesteuerten Systems eines Fahrzeugsystems oder eines Waffensystems - Google Patents

Verfahren und Simulation fiktiver Systemzustände eines zentralrechnergesteuerten Systems eines Fahrzeugsystems oder eines Waffensystems Download PDF

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EP1715285B2
EP1715285B2 EP06007783.1A EP06007783A EP1715285B2 EP 1715285 B2 EP1715285 B2 EP 1715285B2 EP 06007783 A EP06007783 A EP 06007783A EP 1715285 B2 EP1715285 B2 EP 1715285B2
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Rudolf Schmidt
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    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/26—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying
    • F41G3/2616—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device
    • F41G3/2694—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating a target

Definitions

  • the central computer has the function of using logic software to calculate new system states from data supplied on the input side by data-generating devices such as control units, sensors or other assemblies and to supply these system states to data-receiving devices such as displays and actuators on the output side.
  • the central computer thus reacts to operator inputs or to changing environmental conditions.
  • An operator can, for example, give the system instructions or make inquiries via the operating devices;
  • the other assemblies can be able to communicate their functional status to the central computer.
  • the central computer processes this information.
  • the displays show the operator, for example, the new system status, and the actuators, for example motors, can be used to carry out actions according to the new system status.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation fiktiver Systemzustände eines zentralrechnergesteuerten Waffensystems, mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Der Zentralrechner hat hierbei die Funktion, aus Daten, welche eingangsseitig von datengenerierenden Vorrichtungen, wie Bediengeräten, Sensoren oder sonstigen Baugruppen zugeführt werden, mittels einer Logik-Software neue Systemzustände zu berechnen und diese Systemzustände ausgangsseitig datenempfangenden Vorrichtungen, wie Anzeigen und Aktuatoren, zuzuführen. Der Zentralrechner reagiert somit auf Bedienereingaben oder auf wechselnde Umgebungsbedingungen. Über die Bediengeräte kann ein Bediener dem System beispielsweise Anweisungen erteilen oder Anfragen stellen, über die Sensoren erhält das System beispielsweise Informationen über die Umgebung. Die sonstigen Baugruppen können in der Lage sein, dem Zentralrechner ihren Funktions-Status mitzuteilen. Der Zentralrechner verarbeitet diese Informationen. Über die Anzeigen wird dem Bediener beispielsweise der neue Systemzustand angezeigt, über die Aktuatoren, beispielsweise Motoren, können Aktionen entsprechend den neuen Systemzuständen durchgeführt werden.
  • Ein solches System hat den Vorteil, dass es in einfacher Weise für Simulationszwecke angepasst werden kann: Weil alle Daten im Zentralrechner gesammelt werden, dieser die Berechnung der neuen Systemzustände leistet und die neuen Systemzustände von ihm koordiniert werden, kann ein Eingriff an dieser Stelle für Simulationszwecke verwendet werden. Eine Möglichkeit ist, den Zentralrechner gegen einen Simulationsrechner auszutauschen. Eine weitere Möglichkeit ist, den Zentralrechner zwar im System zu belassen, dessen Funktionen allerdings in einen Simulationsrechner auszulagern, bzw. die Logik-Software zur Berechnung der neuen Systemzustände in einem Simulationsrechner nachzubilden.
  • Diese Möglichkeit wird in der Patentschrift EP 0 947 797 B1 beschrieben. Die Patentschrift offenbart ein gepanzertes Landfahrzeugsystem, insbesondere ein Panzerfahrzeugsystem, welches als zentralrechnergesteuertes System ausgeführt ist. Zu Ausbildungszwecken wird ein Simulationsrechner an den Zentralrechner angeschlossen, wobei alle modellspezifischen Daten des Landfahrzeugs sowie dessen Waffenanlage auf den Simulationsrechner überspielt werden. Zentralrechnergesteuert wird auf dem Simulationsrechner eine modellspezifische Software angewählt und hochgefahren. Befindet sich das Landfahrzeugsystem im Simulations-Modus, so werden alle echten Betriebs- und Bewegungsfunktionen des Landfahrzeugs, wie des Motors, der Lenkung, der Waffenanlage und dergleichen, blockiert. Dies bedeutet, dass wenn der Auszubildende beispielsweise anfahren möchte, das Fahrzeug nicht wirklich anfährt, da diese Bewegungsfunktion blockiert wird, sondern das Anfahren wird nur simuliert. Es werden allerdings nicht nur alle echten Bewegungsfunktionen, sondern auch alle echten Betriebsfunktionen blockiert, d.h. der Simulationsrechner übernimmt die Berechnung der neuen Systemzustände.
  • Nachteilig ist hierbei zum Einen, dass die zum Teil aufwändig entwickelten Betriebsfunktionen im Simulationsrechner nachgebildet werden müssen. Zum Anderen lässt sich hierbei keine Validierung des Systems durchführen, d.h. es ist nicht möglich zu überprüfen, wie das System auf von außen beliebig vorgegebene fiktive Situationen reagiert.
  • Es wird im Folgenden ein Beispiel für die nachteilige Funktionsweise des in der Patentschrift EP 0 947 797 B1 beschriebenen Verfahrens angegeben.
  • Betrachtet werden soll ein Waffensystem mit einem optischen Zielerfassungssystem als Sensor, welches sich unabhängig von der Waffenanlage bewegt. Nach der Erfassung eines sich nicht bewegenden Ziels kann über ein Bedienelement, wie beispielsweise einem Schaltknopf, der Waffenanlage mitgeteilt werden, dass sie automatisch auf das erfasste Ziel einlaufen soll. Befindet sich das System nicht im Simulationseinsatz, so laufen folgende Betriebsabläufe ab:
    1. 1. Die mit dem Zielerfassungssystem ermittelten Winkel Azimuth und Elevation zwischen der Sichtlinie des Zielerfassungssystems und der Fahrzeuglängenachse werden dem Zentralrechner zugeführt.
    2. 2. Der Zentralrechner wartet auf alle weiteren Eingangsdaten, die er für die Berechnungen zur Zielbekämpfung benötigt. Diese Daten werden gegebenenfalls von anderen Sensoren ermittelt oder manuell eingegeben oder sind selbst Resultat anderer Betriebsabläufe. Notwendige Daten sind in diesem Beispiel u.a. die Winkel zwischen Fahrzeuglängenachse und Sichtlinie des Zielerfassungssystems sowie zwischen Fahrzeuglängenachse und Waffenrichtung, die Verkantung der Fahrzeugwanne, die Entfernung zum Ziel, die Munitionsart und daraus abgeleitete ballistische Eigenschaften und Umwelteinwirkungen, wie z.B. Windgeschwindigkeit und Windrichtung.
    3. 3. Der Zentralrechner berechnet auf der Basis der vorliegenden Informationen die ballistische Kurve, die ausgehend von der Waffenanlage unter Berücksichtigung aller Parameter in der vorgegebenen Entfernung das Ziel schneidet.
    4. 4. Der Zentralrechner berechnet die Winkel Azimuth und Elevation, die sich die Waffe aus ihrer aktuellen Position in die berechnete Position bewegen muss.
    5. 5. Der Zentralrechner wartet auf eine Anforderung des Bedieners (z.B. Knopfdruck), dass die Waffenanlage auf das Ziel einlaufen soll.
    6. 6. Sofern die Anforderung erfolgt, werden die berechneten Winkel vom Zentralrechner den Aktuatoren der Waffenanlage zugeführt.
  • Befindet sich das System nun im Simulationseinsatz, so wie in der Patentschrift EP 0 947 797 B1 beschrieben, so werden alle Betriebsabläufe im Zentralrechner blockiert. Das Verfahren erfolgt somit nach folgendem Ablauf:
    1. 1. Das Zielerfassungssystem wird im Simulationsrechner für ein virtuelles Ziel simuliert. Das Resultat sind simulierte Winkel Azimuth und Elevation.
    2. 2. Der Zentralrechner führt dem Simulationsrechner alle weiteren Eingangsdaten zu, die er für seine Berechnungen zur Zielbekämpfung benötigt.
    3. 3. Der Simulationsrechner berechnet auf der Basis der vorliegenden Informationen die ballistische Kurve.
    4. 4. Der Simulationsrechner berechnet die Winkel Azimuth und Elevation, die sich die Waffe aus ihrer aktuellen Position bewegen muss.
    5. 5. Der Simulationsrechner wartet auf eine Anforderung des Bedieners (z.B. Knopfdruck), dass die Waffenanlage auf das Ziel einlaufen soll.
    6. 6. Sofern die Anforderung erfolgt, wird zum Einen die Waffenanlage blockiert und zum Anderen das Einlaufen der Waffe auf das Ziel zu simuliert.
  • Weil alle Betriebsabläufe im Simulationsrechner nachgebildet werden, entstehen sehr hohe finanzielle Kosten. Nachteilig ist ferner, dass bei einer Änderung einer Betriebsfunktion im Zentralrechner diese Änderung mit hohem Aufwand auch im Simulationsrechner nachgearbeitet werden muss. Des Weiteren ist durch die Nachbildung aller Betriebsabläufe im Simulationsrechner eine zusätzliche Fehlerquelle entstanden.
  • Der Erfindung liegt also die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszugestalten, dass eine Validierung des System mittels eines Simulationsrechners ermöglicht wird, wobei vermieden werden soll, dass die Logik-Software des Zentralrechners im Simulationsrechner nachgebildet wird.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Zur Simulation von fiktiven Systemzuständen eines zentralrechnergesteuertem Systems wird ein Simulationsrechner an das System, vorteilhafter Weise an den Zentralrechner des Systems angeschlossen, wodurch das System aus einem Normalmodus in einen Simulationsmodus übergeht. Der Simulationsrechner hat die Aufgabe, Simulations-Daten an den Zentralrechner zu übermitteln.
  • Die vom Simulationsrechner übermittelten Simulations-Daten überschreiben zumindest teilweise die echten Real-Daten von den eingangsseitig datengenerierenden Vorrichtungen. Der Zentralrechner berechnet mittels der Simulations-Daten und der nicht überschriebenen Real-Daten den neuen Systemzustand und führt diesen dem Simulationsrechner zu, damit dieser auch über die entsprechenden aktuellen Daten verfügt. Der Zentralrechner verwendet hierfür die Logik-Software in der selben Art und Weise, wie er sie im Normalmodus, d.h. ohne angeschlossenem Simulationsrechner, verwenden würde. Die Simulations-Daten können hierbei in beliebiger Weise zur Simulation von fiktiven System-Zuständen von außen vorgegeben werden. Solche fiktiven SystemZustände können beispielsweise fiktive Umgebungsbedingungen oder ein fiktiver Ausfall eines Systemelementes darstellen.
  • Durch die Erfindung ist zum Einen eine Validierung des Systems in einfacher Weise möglich. Durch Vorgabe verschiedener fiktiver Zustände lässt sich überprüfen, wie das System auf diese Zustände reagiert.
  • Zum Anderen lässt sich das System zu Ausbildungszwecken verwenden. Der Ausbilder kann verschiedene fiktive Zustände vorgeben, auf die der Auszubildende reagieren muss.
  • Im Folgenden soll anhand des bereits geschilderten Beispiels "Waffensystem mit einem optischen Zielerfassungssystem" ein mögliches Ausführungsbeispiel für ein Verfahren nach der Erfindung erläutert werden.
  • Wenn sich das Waffensystem nicht im Simulationsmodus sondern im Normalmodus befindet, so laufen alle Betriebsabläufe genauso wie anfangs beschrieben ab. Wird das System in den Simulationsmodus geschaltet, so bleiben jetzt alle oben beschriebenen Betriebsabläufe im Zentralrechner erhalten, sie werden nicht blockiert.
  • Das Verfahren erfolgt nunmehr nach folgendem Ablauf:
    1. 1. Das Zielerfassungssystem wird im Simulationsrechner für ein virtuelles Ziel simuliert. Das Resultat sind simulierte Winkel Azimuth und Elevation, die dem Zentralrechner so zugeführt werden, dass sie die tatsächlich ermittelten Werte des Originalsystems überschreiben.
    2. 2. Der Zentralrechner wartet auf alle weiteren Eingangsdaten, die er für die Berechnungen zur Zielbekämpfung benötigt. Dieser Ablaufschritt ist gegenüber dem Normalmodus unverändert.
    3. 3. Der Zentralrechner berechnet auf der Basis der vorliegenden Informationen die ballistische Kurve, die ausgehend von der Waffenanlage unter Berücksichtigung aller Parameter in der vorgegebenen Entfernung das Ziel schneidet. Dieser Ablaufschritt ist gegenüber dem Normahnodus unverändert.
    4. 4. Der Zentralrechner berechnet die Winkel Azimuth und Elevation, die sich die Waffe aus ihrer aktuellen Position in die berechnete Position bewegen muss. Dieser Ablaufschritt ist gegenüber dem Normalmodus unverändert.
    5. 5. Der Zentralrechner wartet auf eine Anforderung des Bedieners (z.B. Knopfdruck), dass die Waffenanlage auf das Ziel einlaufen soll. Dieser Ablaufschritt ist gegenüber dem Normalmodus unverändert.
    6. 6. Sofern die Anforderung erfolgt, werden die berechneten Winkel vom Zentralrechner dem Simulationsrechner zugeführt, um das Einlaufen der Waffe auf das Ziel zu simulieren. Ferner wird weiterhin die Waffenanlage blockiert.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Simulation fiktiver Systemzustände eines zentralrechnergesteuerten Waffensystems, wobei das System einen Zentralrechner (1), datengenerierende Sensoren (4), sowie datenempfangende Mittel (5, 6) aufweist, wobei an das System ein Simulationsrechner (2) anschließbar ist, wobei das System einen Normalmodus und einen Simulationsmodus aufweist, und wobei der Zentralrechner (1) im Normalmodus eingangsseitig von den Sensoren (4) Real-Daten empfängt, diese Real-Daten mittels einer systemspezifischen Logik-Software für die Berechnung von neuen Systemzuständen verwendet werden und die neuen Systemzustände ausgangsseitig den datenempfangenden Mitteln zugeführt werden, wobei der Zentralrechner (1) im Simulationsmodus vom Simulationsrechner (2) vorgegebene Simulations-Daten empfängt, welche zur Berechnung der neuen Systemzustände verwendet werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Simulationsmodus mit den Simulations-Daten vor der Berechnung der neuen Systemzustände zumindest teilweise die Real-Daten der Sensoren (4) überschrieben werden, und dass die Simulations-Daten zusammen mit den nicht überschriebenen Real-Daten mittels der systemspezifischen Logik-Software zur Berechnung der neuen Systemzustände verwendet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zu Ausbildungszwecken verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zu Validierungszwecken verwendet wird.
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