EP1848953A1 - Method for determination of a fire guidance solution - Google Patents

Method for determination of a fire guidance solution

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EP1848953A1
EP1848953A1 EP06742344A EP06742344A EP1848953A1 EP 1848953 A1 EP1848953 A1 EP 1848953A1 EP 06742344 A EP06742344 A EP 06742344A EP 06742344 A EP06742344 A EP 06742344A EP 1848953 A1 EP1848953 A1 EP 1848953A1
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EP
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weapon
projectile
azimuth
feuerleitlösung
vector
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EP1848953B1 (en
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Hendrik Rothe
Sven SCHRÖDER
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Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
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    • F41G5/22—Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns for guns on ships to compensate for rolling or pitching
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/22—Aiming or laying means for vehicle-borne armament, e.g. on aircraft

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a Feuerleitans in the presence of a relative movement between a projectile firing a missile, which is movable in azimuth and elevation, and a target to be hit, with the features of the preamble of claim 1.
  • the starting point of the invention is the difficulty of determining the point of impact and the time of flight of a projectile fired from a weapon movable in azimuth and elevation, that is to say to solve the so-called motion differential equations of external ballistics.
  • the projectile impact point and the projectile flight time depend not only on the set azimuth angle and elevation angle, but also on the ammunition used and other influences such as the wind or the temperature. Due to the large number and uncertainty of the parameters, it is generally not possible to calculate the projectile impact point and the projectile flight time.
  • the object of the invention is to determine a Feuerleitans in indirect or direct straightening in the presence of any relative movement between the weapon and the target object with as few solutions of the motion differential equations.
  • the method may advantageously comprise the following features:
  • a coordinate system is fixed in each case in excellent points of the weapon and of the target object (KSy / monkey, KSziei).
  • the KSwa ff e coordinate system becomes the space-fixed initial system I * for determining the fire control solution.
  • the movement of the target object, represented by KSziei, is determined relative to I *, which results in both a position vector of the relative movement r re ⁇ and a time-dependent vector of the relative velocity v re ⁇ with respect to I *.
  • the vector of the absolute wind speed Vw determined with respect to I * undergoes a suitable correction by means of the known vector of the relative movement v re between the weapon and the target object for the ballistic calculations, resulting in a vector of the corrected wind speed vwkorr.
  • a function J ( ⁇ , ⁇ ) dependent on the azimuth angle ⁇ and elevation angle ⁇ is constructed, which assumes an excellent value J *, eg a minimum, a maximum or zero, if after the Flight time tm with respect to the I * determined time-dependent position vectors of projectile and target object r ght Ge shot and re r ⁇ sufficiently match exactly.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a weapon system
  • Fig. 2 is a flow chart for determining a Feuerleits
  • FIG. 1 shows a weapon system in a schematic representation, as used for example on a ship.
  • the weapon has an elevation straightening drive 2 and an azimuth straightening drive 3 and weapon stabilization means 4.
  • the weapon system has a Feuerleitrechner 5, which controls parts of the weapon system.
  • the Feuerleitrechner 5 has inter alia the task to determine the Feuerleitives, ie to determine the values for the azimuth angle and elevation angle such that the target object is hit.
  • the process of determining the Feuerleits is described in Fig. 2. In the following, it is assumed that the fire command has been issued by the responsible person and the weapon 1 has been loaded.
  • the weapons stabilization 4 have the task, the influences the values of pitch, roll and yaw measured by suitable sensors (pounding, rolling and yawing) due to the sea or the proper motion of the ship. If the weapon 1 is stabilized, a signal "STABLE" is issued and the straightening process can start by the elevation straightening drive 2 and the azimuth straightening drive 3. When the elevation straightening drive 2 and the azimuth straightening drive 3 are set by the fire control computer 5 Have reached values for elevation and azimuth, they give the signals "READY" to the Feuerleitrech- ner.
  • the origin of the coordinate system KS Zie ⁇ is fixed in the desired meeting place.
  • the velocities VM and Vo are determined by suitable technical means and are to be regarded as known.
  • the movement of the target object is determined relative to I *, resulting in both a position vector of the relative movement r re ⁇ and a time-dependent vector of the relative velocity Vrei with respect to I *.
  • the determination of the speed v re ⁇ can be done by a Doppler radar or optronic sensors.
  • the determination of the speed Vw can be done by suitable weather sensors.
  • Xflight (tflight) Xrel (tflight)
  • yflight (tflight) Yrel (tflight)
  • the projectile flying time tnig ht is no longer unknown, ie the system is no longer underdetermined.
  • FIG. 2 schematically shows a flow chart for determining a Feuerleitans after the fire command [I] was issued.
  • the motion differential equations of external ballistics are solved with initial values ⁇ o for the azimuth angle and ⁇ o for the elevation angle by the NABK [II].
  • the initial value ⁇ 0 results from the position of weapon and target object
  • the initial value ⁇ o results from the ammunition used and the distance between weapon and target object.
  • the determined values of the projectile impact point and the projectile flight time are stored.
  • a further integration of the motion differential equations is carried out by means of the NABK, although the value of ⁇ is changed by a small value ⁇ [III].
  • the determined values of the projectile impact point and the projectile flight time are also saved.

Abstract

A method of determining a firing guidance solution when relative movement exists between a projectile-firing weapon and a target object that is to be hit, including the steps of adjusting the weapon in azimuth angle and elevation angle, by means of a movement differential equation solution method determining a projectile point of impact and flight times at prescribed azimuth and elevation angle values in view of the ammunition used and external influences, varying the azimuth and elevation angles, as input parameters of the movement differential equation solution method, until a firing guidance solution is found, taking into consideration the weapon and target object speeds, providing a function J (α, ε) that assumes a particular value J* when the azimuth and elevation angles represent a firing guidance solution, and selectively iteratively varying the azimuth and elevation angles using mathematical processes such that the particular value J* is found.

Description

Verfahren zur Ermittlung einer Feuerleitlösung Method for determining a Feuerleitlösung
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Feuerleitlösung bei Vorhandensein einer Relativbewegung zwischen einer ein Geschoss abschießenden Waffe, welche in Azimut und Elevation bewegbar ist, und einem zu treffenden Zielobjekt, mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for determining a Feuerleitlösung in the presence of a relative movement between a projectile firing a missile, which is movable in azimuth and elevation, and a target to be hit, with the features of the preamble of claim 1.
Als Feuerleitlösung wird das Wertepaar von einzustellendem Azimutwinkel α und Elevationswinkel ε bezeichnet, mit denen der Geschoss- Auftreffpunkt nach der Geschoss-Flugzeit mit dem Ort des Zielobjekts zum gleichen Zeitpunkt hinreichend genau übereinstimmt. Ausgangspunkt der Erfindung ist die Schwierigkeit, den Auftreffpunkt und die Flugzeit eines aus einer in Azimut und Elevation bewegbaren Waffe abgeschossenen Geschosses zu bestimmen, d.h. die sogenannten Bewegungsdifferentialgleichungen der Außenballistik zu lösen. Der Geschoss-Auftreffpunkt und die Geschoss-Flugzeit hängen hierbei nicht nur von dem eingestellten Azimutwinkel und Elevationswinkel, sondern auch von der verwendeten Munition und weiteren Einflüssen wie dem Wind oder der Temperatur ab. Auf Grund der Vielzahl und der Unbestimmtheit der Parameter ist es i.A. nicht möglich, den Geschoss-Auftreffpunkt und die Geschoss-Flugzeit zu berechnen. Es werden deswegen unterschiedliche Bewegungsdifferentialgleichungs- lösungs-Verfahren angewendet, wie beispielsweise die numerische Integration, die Verwendung von Schusstafeln oder Approximationen. Besonders hervorzuheben ist der NATO Armaments Ballistic Kernel (NABK), welcher unter Verwendung der Eingabeparameter wie Azimutwinkel, Elevationswinkel, Munition und Wetterdaten die Flugbahn des Geschosses als Funktion der Zeit [x(t), y(t), z(t)] ermittelt.As Feuerleitlösung the pair of values to be set Azimutwinkel α and elevation angle ε is referred to, with which the bullet impact point after the projectile flying time with the location of the target object coincides with sufficient accuracy at the same time. The starting point of the invention is the difficulty of determining the point of impact and the time of flight of a projectile fired from a weapon movable in azimuth and elevation, that is to say to solve the so-called motion differential equations of external ballistics. The projectile impact point and the projectile flight time depend not only on the set azimuth angle and elevation angle, but also on the ammunition used and other influences such as the wind or the temperature. Due to the large number and uncertainty of the parameters, it is generally not possible to calculate the projectile impact point and the projectile flight time. For this reason different motion differential equation solving methods are used, such as numerical integration, the use of bullet boards or approximations. Particularly noteworthy is the NATO Armaments Ballistic Kernel (NABK) which, using input parameters such as azimuth angle, elevation angle, ammunition and weather data, determines the trajectory of the projectile as a function of time [x (t), y (t), z (t)] ,
Die genannten Verfahren liefern gute Ergebnisse, aber nur für den Fall, dass sich sowohl die Waffe als auch das Zielobjekt nicht bewegen. Liegt eine Bewegung der Waffe vor, so wird die Geschossflugbahn von dieser Bewegung beeinflusst. Liegt eine Bewegung des Zielobjekts vor, so kann der Fall eintreten, dass sich das Zielobjekt nach der Geschoss-Flugzeit bereits nicht mehr am Geschoss-Auftreff- punkt befindet. Bisher wird die Feuerleitlösung im indirekten oder direkten Richten bei Vorhandensein einer Relativbewegung zwischen der Waffe und dem Zielobjekt derart ermittelt, dass eine Vielzahl von Wertepaaren für Azimut und Elevation vorgegeben wird. Für diese werden dann die Bewegungsdifferentialgleichungen durch dem Stand der Technik ent- sprechende Verfahren solange gelöst, bis die Feuerleitlösung gefunden wurde. Der Nachteil an diesem Vorgehen ist, dass eine Vielzahl von Wertepaaren für Azimut und Elevation vorgegeben werden muss, bis eine Feuerleitlösung gefunden worden ist. Die somit erforderliche Rechenzeit für die oftmalige Lösung der Bewegungsdifferentialglei- chungen erschwert eine praktische Anwendung des Schießens mit diesem Verfahren bei Vorhandensein einer beliebigen Relativbewegung zwischen der Waffe und dem Zielobjekt.The above methods provide good results, but only in the event that both the weapon and the target object do not move. If there is a movement of the weapon, the projectile trajectory is influenced by this movement. If there is a movement of the target object, it may happen that the target object is already no longer at the projectile impact point after the projectile flying time. So far, the Feuerleitlösung is determined in indirect or direct straightening in the presence of a relative movement between the weapon and the target object such that a plurality of value pairs for azimuth and elevation is specified. For these, the motion differential equations are then solved by the prior art method until the Feuerleitlösung was found. The disadvantage of this approach is that a large number of value pairs for azimuth and elevation must be specified until a Feuerleitlösung has been found. The thus required computing time for the frequent solution of the motion differential equations makes practical use of shooting with this method more difficult in the presence of any relative movement between the weapon and the target object.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit möglichst wenigen Lösungen der Bewegungsdifferentialgleichungen eine Feuerleitlösung im indirekten oder direkten Richten bei Vorhandensein einer beliebigen Relativbewegung zwischen der Waffe und dem Zielobjekt zu ermitteln.The object of the invention is to determine a Feuerleitlösung in indirect or direct straightening in the presence of any relative movement between the weapon and the target object with as few solutions of the motion differential equations.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention with the features of claim 1. Advantageous further developments are described in the dependent claims.
Zur Lösung der Aufgabe kann das Verfahren vorteilhafterweise folgende Merkmale umfassen: In ausgezeichneten Punkten der Waffe und des Zielobjekts wird jeweils ein Koordinatensystem fixiert (KSy/affe, KSziei). Wenn das Geschoss den Lauf verlässt, wird die Zeit t auf einen beliebigen aber fixen Wert tfix gesetzt, beispielsweise tflx = 0.In order to achieve the object, the method may advantageously comprise the following features: A coordinate system is fixed in each case in excellent points of the weapon and of the target object (KSy / monkey, KSziei). When the projectile leaves the run, the time t is set to an arbitrary but fixed value t fix , for example t flx = 0.
Wenn das Geschoss den Lauf verlässt, wird der Ortsvektor des Geschosses rGeschoss auf einen beliebigen, aber fixen Wert rfiX gesetzt, beispielsweise Tf1x = 0.When the projectile leaves the course, the position vector of the projectile rGesc h oss is set to an arbitrary, but fixed value r f i X , for example T f1x = 0.
Das Koordinatensystem KSwaffe wird zum raumfesten Initialsystem I* für die Ermittlung der Feuerleitlösung.The KSwa ff e coordinate system becomes the space-fixed initial system I * for determining the fire control solution.
Dem Geschwindigkeitsvektor Vo in Richtung der Waffen-Rohrseelenachse wird der Geschwindigkeitsvektor der Rohrmündung VM ZUΠI Zeitpunkt t = tfjX hinzugefügt, wodurch sich die neue Anfangsgeschwindigkeit Vo* ergibt. Die Bewegung des Zielobjekts, repräsentiert durch KSziei, wird relativ zu I* bestimmt, wodurch sich sowohl ein Ortsvektor der Relativbewegung rreι als auch ein zeitabhängiger Vektor der Relativgeschwindigkeit vreι bezüglich I* ergibt.The velocity vector Vo in the direction of the weapon bore axis is added to the velocity vector of the muzzle VM ZUΠI time t = t f j X , resulting in the new initial velocity Vo *. The movement of the target object, represented by KSziei, is determined relative to I *, which results in both a position vector of the relative movement r re ι and a time-dependent vector of the relative velocity v re ι with respect to I *.
Der bezüglich I* ermittelte Vektor der absoluten Windgeschwindigkeit Vw erfährt mittels des bekannten Vektors der Relativbewegung vreι zwischen Waffe und Zielobjekt für die ballistischen Berechnungen eine geeignete Korrektur, wodurch sich ein Vektor der korrigierten Windgeschwindigkeit vwkorr ergibt.The vector of the absolute wind speed Vw determined with respect to I * undergoes a suitable correction by means of the known vector of the relative movement v re between the weapon and the target object for the ballistic calculations, resulting in a vector of the corrected wind speed vwkorr.
Es wird eine vom Azimutwinkel α und Elevationswinkel ε abhängige Funktion J(α,ε) konstruiert, welche einen ausgezeichneten Wert J*, z.B. ein Minimum, ein Maximum oder null, annimmt, wenn nach der Flugzeit tmght die bezüglich I* ermittelten zeitabhängigen Ortsvektoren von Geschoss und Zielobjekt rGeschoss und rreι hinreichend genau übereinstimmen.A function J (α, ε) dependent on the azimuth angle α and elevation angle ε is constructed, which assumes an excellent value J *, eg a minimum, a maximum or zero, if after the Flight time tm with respect to the I * determined time-dependent position vectors of projectile and target object r ght Ge shot and re r ι sufficiently match exactly.
Durch geeignete mathematische Verfahren wird der ausgezeichnete Wert J* von J(α,ε) durch möglichst wenige Lösungen der Bewegungsdifferentialgleichungen der Außenballistik gefunden.By suitable mathematical methods, the excellent value J * of J (α, ε) is found by as few solutions of the motion differential equations of external ballistics.
Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines WaffensystemsA possible embodiment of the invention is shown in Figures 1 and 2. 1 shows a schematic representation of a weapon system
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung einer FeuerleitlösungFig. 2 is a flow chart for determining a Feuerleitlösung
Die Fig. 1 zeigt ein Waffensystem in einer schematischen Darstellung, wie es beispielweise auf einem Schiff zur Anwendung kommt. Neben der Waffe 1 weist es einen Elevations- Richtantrieb 2 und einen Azimut- Richtantrieb 3 sowie Mittel zur Waffenstabilisierung 4 auf. Ferner weist das Waffensystem einen Feuerleitrechner 5 auf, welcher Teile des Waffensystems steuert. Der Feuerleitrechner 5 hat u.a. die Aufgabe, die Feuerleitlösung zu ermitteln, d.h. die Werte für den Azimutwinkel und Elevationswinkel derart zu bestimmen, dass das Zielobjekt getroffen wird. Der Vorgang der Ermittlung der Feuerleitlösung wird in Fig. 2 beschrieben. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass der Feuerbefehl vom Verantwortlichen erteilt und die Waffe 1 geladen worden ist. Die Mittel zur Waffenstabilisierung 4 haben die Aufgabe, die Einflüsse der durch geeignete Sensoren gemessenen Werte von Pitch, Roll und Yaw (Stampfen, Schlingern und Gieren) bedingt durch den Seegang bzw. die Eigenbewegung des Schiffes, zu kompensieren. Falls die Waffe 1 stabilisiert ist, wird ein Signal „STABIL" abgegeben und der Richtvorgang durch den Elevations-Richtantrieb 2 und den Azimut- Richtantrieb 3 kann beginnen. Wenn der Elevations-Richtantrieb 2 und der Azimut-Richtantrieb 3 die durch den Feuerleitrechner 5 vorgegebenen Werte für Elevation und Azimut erreicht haben, geben sie die Signale „FERTIG" an den Feuerleitrech-ner. Dieser gibt dann zum vorgewählten Zeitpunkt den Befehl „FEUER". Der vorgewählte Zeit- punkt ist zwar für die außenballistischen Berechnungen aus Gründen der Einfachheit der Wert t = 0, liegt aber zum Zeitpunkt der Erteilung des Feuerbefehls durch den Verantwortlichen soweit in der Zukunft, dass genügend Zeit für die Ermittlung der Werte für Azimut und Elevation, das Richten der Waffe 1 und ggf. für das Stabilisieren bleibt.FIG. 1 shows a weapon system in a schematic representation, as used for example on a ship. In addition to the weapon 1, it has an elevation straightening drive 2 and an azimuth straightening drive 3 and weapon stabilization means 4. Furthermore, the weapon system has a Feuerleitrechner 5, which controls parts of the weapon system. The Feuerleitrechner 5 has inter alia the task to determine the Feuerleitlösung, ie to determine the values for the azimuth angle and elevation angle such that the target object is hit. The process of determining the Feuerleitlösung is described in Fig. 2. In the following, it is assumed that the fire command has been issued by the responsible person and the weapon 1 has been loaded. The weapons stabilization 4 have the task, the influences the values of pitch, roll and yaw measured by suitable sensors (pounding, rolling and yawing) due to the sea or the proper motion of the ship. If the weapon 1 is stabilized, a signal "STABLE" is issued and the straightening process can start by the elevation straightening drive 2 and the azimuth straightening drive 3. When the elevation straightening drive 2 and the azimuth straightening drive 3 are set by the fire control computer 5 Have reached values for elevation and azimuth, they give the signals "READY" to the Feuerleitrech- ner. The latter then gives the command "FIRE" at the preselected point in time, although for the external ballistic calculations the value t = 0 for reasons of simplicity, but at the time of the issuing of the command to fire so far in the future that enough time to determine azimuth and elevation values, weapon 1 aiming, stabilization if necessary.
Die nach dem Erteilen des Feuerbefehls im Feuerleitrechner 5 ablaufenden Vorgänge sind in Fig. 2 dargestellt. Bevor begonnen wird, die Bewegungsdifferentialgleichungen der Außenballistik durch den NATO Armaments Ballistic Kernel (NABK) (Release 6.0) mittels numerischer Integration zu lösen, werden folgende Randbedingungen festgesetzt:The running after the issuing of the fire command in Feuerleitrechner 5 operations are shown in Fig. 2. Before starting to solve numerical integration the differential motion equations of foreign ballistics by the NATO Armaments Ballistic Kernel (NABK) (Release 6.0), the following constraints are set:
Als Bewegungsdifferentialgleichungen der Außenballistik werden die eines modifizierten Punktmassemodells verwendet (gemäß NATO STANAG 4355). Der Ursprung des Koordinatensystems KSwaffe wird im Mittelpunkt der Rohrmündung der Waffe fixiert.As differential motion equations of external ballistics, those of a modified point mass model are used (according to NATO STANAG 4355). The origin of the coordinate system KSwa ff e is fixed in the center of the muzzle of the weapon.
Der Ursprung des Koordinatensystems KSZieι wird im gewünschten Treffpunkt fixiert.The origin of the coordinate system KS Zie ι is fixed in the desired meeting place.
Wenn das Geschoss den Lauf verlässt, wird die Zeit t auf den fixen Wert tfiX == 0 gesetzt.When the projectile leaves the run, the time t is set to the fixed value t f i X == 0.
Wenn das Geschoss den Lauf verlässt, wird der Ortsvektor des Geschosses auf den fixen Wert rGe5choss = 0 gesetzt.When the projectile leaves the course, the position vector of the projectile is set to the fixed value r Ge choss = 0.
Dem Geschwindigkeitsvektor Vo in Richtung der Waffen-Rohrseelenachse wird der Geschwindigkeitsvektor der Rohrmündung VM ZUΓTI Zeitpunkt tflX = 0 hinzugefügt, wodurch sich die neue Anfangsge- schwindigkeit Vo* ergibt. Die Geschwindigkeiten VM und Vo werden hierbei durch geeignete technische Mittel bestimmt und sind als bekannt anzusehen.The velocity vector Vo in the direction of the weapon bore axis is added to the velocity vector of the muzzle VM ZUΓTI time t flX = 0, resulting in the new initial velocity Vo *. The velocities VM and Vo are determined by suitable technical means and are to be regarded as known.
Die Bewegung des Zielobjekts, repräsentiert durch KS^ei, wird relativ zu I* bestimmt, wodurch sich sowohl ein Ortsvektor der Relativbewegung rreι als auch ein zeitabhängiger Vektor der Relativgeschwindigkeit Vrei bezüglich I* ergibt. Der Anfangspunkt von rreι liegt im Ursprung von I*, also im Mittelpunkt der Rohrmündung zum Zeitpunkt tfiX = 0.The movement of the target object, represented by KS ^ ei, is determined relative to I *, resulting in both a position vector of the relative movement r re ι and a time-dependent vector of the relative velocity Vrei with respect to I *. The starting point of r re ι lies in the origin of I *, ie in the center of the muzzle at the time tfi X = 0.
Dem Geschwindigkeitsvektor der Windgeschwindigkeit Vw wird der Geschwindigkeitsvektor der Relativbewegung vreι zum Zeitpunkt tfiX = 0 hinzugefügt, wodurch sich die korrigierte Windgeschwindigkeit Vwkorr ergibt. Die Ermittlung der Geschwindigkeit vreι kann durch ein Dopplerradar oder optronische Sensoren erfolgen. Die Ermittlung der Geschwindigkeit Vw kann durch geeignete Wetter-Sensoren erfolgen.The speed vector of the wind speed Vw becomes the Velocity vector of the relative motion v re ι added at the time t f i X = 0, resulting in the corrected wind speed Vw k orr. The determination of the speed v re ι can be done by a Doppler radar or optronic sensors. The determination of the speed Vw can be done by suitable weather sensors.
Weil I* ein kartesisches Koordinatensystem mit den Achsen (x, y, z) darstellt und nach der Geschoss- Flugzeit tmght die Vektoren rGeschoss und rreι innerhalb des System I* gleich sind, ergibt sich:Because I * a Cartesian coordinate system with axes (x, y, z) represents and after the projectile flight time, the vectors r tmght Ge shot and re r ι are equal within the system I *, we have:
XGeschoss (tflight) = Xrel (tflight) yGeschoss (tflight) = Yrel (tflight)Xflight (tflight) = Xrel (tflight) yflight (tflight) = Yrel (tflight)
ZGeschoss (tflight) - Zrel (tflight)Zflight (tflight) - Z re l (tflight)
Weil nur die beiden Variablen Azimut α und Elevation ε zur Verfügung stehen, wird eine dritte Variable, nämlich die Geschoss-Flugzeit tfught, benötigt, um die obigen Gleichungen lösen zu können. Die Lösung der Bewegungsdifferentialgleichungen wird also solange fortgesetzt, bis ZGeschoss (tflight) = zreι (tfiight), oder bis mit hinreichender Genauigkeit gilt:Because only the two variables azimuth α and elevation ε are available, a third variable, namely the projectile flying time t f ught, is needed to solve the above equations. The solution of the motion differential equations is thus continued until Z floor (tflight) = z re ι (tfiight), or applies with sufficient accuracy:
I I ZGeschoss (tflight) " Zrel (tflight) I I ≤ ß wobei ß ein kleiner positiver Wert (Höhentoleranz) ist.II Zflight (tflight) "Z re l (tflight) II ≤ ß where ß is a small positive value (height tolerance).
Somit ist die Geschoss-Flugzeit tnight nicht länger unbekannt, d.h. das System ist nicht mehr unterbestimmt.Thus, the projectile flying time tnig ht is no longer unknown, ie the system is no longer underdetermined.
Es wird eine vom Azimutwinkel a und Elevationswinkel ε abhängige Funktion J(α,ε) konstruiert, welche den ausgezeichneten Wert J* null, annimmt, wenn nach der Flugzeit t^ght die bezüglich I* ermittelten zeitabhängigen Ortsvektoren von Geschoss und Zielobjekt rGeschoss und rreι hinreichend genau übereinstimmen. Diese Funktion lautet:A function J (α, ε) dependent on the azimuth angle a and elevation angle ε is constructed, which assumes the excellent value J * zero, if, after the time of flight t ^ ght, those determined with respect to I * time-dependent position vectors of projectile and target object r projectile and r re ι coincide with sufficient accuracy. This feature is:
mit χ(a, e) = XGeschoss (tfUght) — Xrel (tflight) y{a, e) = yGeschoss{tflight) ~ Vrel itflight) with χ (a, e) = X-floor (tfUght) - Xrel (tflight) y {a, e) = y-floor {tflight) ~ Vrel itflight)
Die Werte (α*,ε*) führen zu einer Nullstelle der Funktion J(α,ε) und stellen somit eine Feuerleitlösung dar.The values (α *, ε *) lead to a zero of the function J (α, ε) and thus represent a Feuerleitlösung.
Durch geeignete mathematische Verfahren wird der ausgezeichnete Wert J* von J(α,ε) durch möglichst wenige Lösungen der Bewegungsdifferentialgleichungen der Außenballistik gefunden. Als mathemati- sches Verfahren für die Nullstellenbestimmung wird das Newton- Raphson Verfahren angewendet. Hierzu werden folgenden Gleichungen verwendet:By suitable mathematical methods, the excellent value J * of J (α, ε) is found by as few solutions of the motion differential equations of external ballistics. The Newton-Raphson method is used as the mathematical procedure for determining the zero. The following equations are used for this:
Die Fig. 2 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung einer Feuerleitlösung nachdem der Feuerbefehl [I] erteilt wurde. Zuerst werden die Bewegungsdifferentialgleichungen der Außenballistik mit Initialwerten αo für den Azimutwinkel und εofür den Elevationswinkel durch den NABK gelöst [II]. Der Initialwert α0 ergibt sich aus der Lage von Waffe und Zielobjekt, der Initialwert εo ergibt sich aus der verwendeten Munition und der Entfernung zwischen Waffe und Zielobjekt. Die ermittelten Werte des Geschoss-Auftreffpunkts und der Geschoss- Flugzeit werden gespeichert. Danach wird eine weitere Integration der Bewegungsdifferentialgleichungen mittels des NABK durchgeführt, wobei allerdings der Wert von α um einen kleinen Wert δα verändert wird [III]. Die ermittelten Werte des Geschoss-Auftreffpunkts und der Geschoss- Flugzeit werden ebenfalls gespeichert. Anschließend wird eine weitere Integration der Bewegungsdifferentialgleichungen mittels des NABK durchgeführt, wobei allerdings der Wert von ε um einen kleinen Wert δε verändert wird [IV]. Die ermittelten Werte des Geschoss-Auftreffpunkts und der Geschoss-Flugzeit werden ebenfalls gespeichert. Aus den gespeicherten Berechnungsergebnissen lassen sich die partiellen Ableitungen der Zielkoordinaten xSchlange und ySchlange nach Azimut und Elevation mittels einer Differenzen- formel erster Ordnung abschätzen, welche die Jacobi -Matrix des FIG. 2 schematically shows a flow chart for determining a Feuerleitlösung after the fire command [I] was issued. First, the motion differential equations of external ballistics are solved with initial values αo for the azimuth angle and ε o for the elevation angle by the NABK [II]. The initial value α 0 results from the position of weapon and target object, the initial value εo results from the ammunition used and the distance between weapon and target object. The determined values of the projectile impact point and the projectile flight time are stored. Thereafter, a further integration of the motion differential equations is carried out by means of the NABK, although the value of α is changed by a small value δα [III]. The determined values of the projectile impact point and the projectile flight time are also saved. Subsequently, a further integration of the motion differential equations is carried out by means of the NABK, whereby, however, the value of ε is changed by a small value δε [IV]. The determined values of the projectile impact point and the projectile flight time are also saved. From the stored calculation results, the partial derivatives of the target coordinates xSchange and ySlange can be estimated according to azimuth and elevation by means of a first-order difference formula, which determines the Jacobi matrix of the
Problems bilden [V]. Nach der Berechnung der Inversen der Jacobima- trix wird der Newton-Raphson-Schritt gemäß der angegebenen Gleichung ausgeführt [Vl]. Mit den sich ergebenden neuen Werten für den Azimutwinkel α und für den Elevationswinkel ε werden die Bewe- gungsdifferentialgleichungen erneut durch den NABK gelöst [VII]. Der nunmehr ermittelte Geschoss-Auftreffpunkt kann in die Funktion J eingesetzt werden, um zu überprüfen, ob eine Nullstelle oder zumindest eine hinreichende Näherung gefunden wurde [VIII]. Ist der Wert des Zielfunktionals J also kleiner als ein vorgegebener Wert, wie beispielsweise 10 Meter, für jede Koordinate xSchlange und ySchlange, dann ist eine Feuerleitlösung gefunden [IX]. Ist der Wert aber größer als der vorgegebene Wert für eine Koordinate xSchlange oder ySchlange, dann wird eine weitere Iteration durchgeführt [III] - [VIII] solange, bis eine Feuerleitlösung gefunden wird. In der ersten Schleife müssen also die Bewegungsdifferentialgleichungen der Außenballistik viermal gelöst werden, bei jeder Iteration dann dreimal. Es kann angenommen werden, dass in der Regel höchstens vier Iterationen durchgeführt werden müssen, bis eine Feuerleitlösung gefunden wird, wodurch sich die Anzahl der Lösungen der Bewegungsdifferentialglei- chungen insgesamt auf 16 aufsummiert. Hierfür benötigt ein moderner Feuerleitrechner allerdings nur eine kurze Rechenzeit, so dass durch die Anwendung des Verfahrens das Ermitteln einer Feuerleitlösung bei Vorhandensein einer Relativbewegung zwischen einer ein Geschoss abschießenden Waffe und einem zu treffenden Zielobjekt durchführbar ist. To form problems [V]. After calculating the inverse of the Jacobima trix, the Newton-Raphson step is performed according to the given equation [Vl]. With the resulting new values for the azimuth angle α and for the elevation angle ε, the motion differential equations are again solved by the NABP [VII]. Of the now determined bullet impact point can be used in the function J to check whether a zero or at least a sufficient approximation has been found [VIII]. If the value of the target function J is smaller than a given value, such as 10 meters, xSchange and ySlange for each coordinate, then a fire control solution is found [IX]. If, however, the value is greater than the given value for a coordinate xSchange or ySlange, then another iteration is performed [III] - [VIII] until a fire control solution is found. In the first loop the motion differential equations of the outer ballistics have to be solved four times, with each iteration three times. It can be assumed that as a rule a maximum of four iterations must be carried out until a fire-control solution is found, whereby the total number of solutions of the motion differential equations is summed up to 16. For this purpose, however, a modern fire control computer requires only a short computing time, so that the application of the method, the determination of a Feuerleitlösung in the presence of a relative movement between a bullet shooting weapon and a target object to be hit is feasible.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Ermittlung einer Feuerleitlösung bei Vorhandensein einer Relativbewegung zwischen einer ein Geschoss abschießenden1. A method for determining a Feuerleitlösung in the presence of relative movement between a bullet shooting down
Waffe und einem zu treffenden Zielobjekt,Weapon and a target to be hit,
• wobei die Waffe im Azimutwinkel α und Elevationswinkel ε verstellbar ist,Wherein the weapon is adjustable in azimuth angle α and elevation angle ε,
• wobei durch ein Bewegungsdifferentialgleichungslösungs- Verfahren der Geschoss-Auftreffpunkt und die Geschoss-Where by a differential motion equation solution method the bullet impact point and the projectile
Flugzeit bei vorgegebenen Werten für den Azimutwinkel α und Elevationswinkel ε sowie bei vorgegebener Munition und unter Berücksichtigung von äußeren Einflüssen, insbesondere der Berücksichtigung von Wetterdaten, bestimmbar sind, • wobei der Azimutwinkel α und Elevationswinkel ε alsFlight time at given values for the azimuth angle α and elevation angle ε and for given ammunition and taking into account external influences, in particular the consideration of weather data, can be determined, • wherein the azimuth angle α and elevation angle ε as
Eingabeparameter des Bewegungsdifferentialgleichungs- lösungs- Verfahrens so oft variiert werden, bis, unter Berücksichtung der Geschwindigkeit der Waffe und der Geschwindigkeit des Zielobjekts, eine Feuerleitlösung gefunden wird,Input parameters of the motion differential equation solving method are varied so many times until, taking into account the speed of the weapon and the speed of the target object, a Feuerleitlösung is found,
• wobei unter Verwendung einer Funktion J(α,ε), welche für den Fall, dass Azimutwinkel und Elevationswinkel eine Feuerleitlösung darstellen, einen ausgezeichneten Wert J*, insbesondere den Wert null, annimmt, und • wobei der Azimutwinkel α und Elevationswinkel ε derart zielgerichtet unter Verwendung von mathematischen Verfahren, insbesondere durch Verfahren zur Nullstellen- suche, iterativ variiert werden, dass der ausgezeichnete Wert J* gefunden wird. Wherein, using a function J (α, ε), which in the case where the azimuth angle and elevation angle represent a Feuerleitlösung, an excellent value J *, in particular the value zero, assumes, and • wherein the azimuth angle α and elevation angle ε so targeted be iteratively varied using mathematical methods, in particular by methods for finding zeros, that the excellent value J * is found.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion J(α,ε) folsende Gestalt hat:2. The method according to claim 1, characterized in that the function J (α, ε) has folsende shape:
wobei gilt: y(a, e) = yGeschoss (tflight) - Vrel itflight)where: y (a, e) = y bullet (tflight) - Vrel itflight)
mitWith
. XGeschoss(tfiight), yGeschoss(tfiight): X" und y-Koordinate des Geschosses zur Geschoss-Flugzeit tnight, X-floor (tfiight), y-floor (tfiight): X "and y-coordinate of the projectile to the projectile flying time tnight
. Xrei(tfiight), Yrei(tfiight): X" und y-Koordinate des Zielobjekts zur Geschoss-Flugzeit tfught, Xrei (tfiight), Yrei (tfiight): X "and y-coordinate of the target object at the projectile flying time tfught
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als mathematisches Verfahren das iterative Newton-Raphson-3. Method according to claim 2, characterized in that the iterative Newton-Raphson method is used as the mathematical method.
Verfahren verwendet wird, wobei der Azimutwinkel a und der Elevationswinkel ε nach folgender Gleichung zielgerichtet variiert werden:Method is used, wherein the azimuth angle a and the elevation angle ε are varied in a targeted manner according to the following equation:
mit der Jakobimatrixwith the Jacobian matrix
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: i. Die Bewegungsdifferentialgleichungen werden mittels des Bewegungsdifferentialgleichungslösungs-Verfahren für ein4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized by the following method steps: i. The motion differential equations are determined by the motion differential equations solution method
Initialwertepaar (αo,εo) gelöst. ii. Die Bewegungsdifferentialgleichungen werden mittels des Bewegungsdifferentialgleichungslösungs- Verfahren für ein Wertepaar (α',ε), mit α' = α + δα, also mit einem gegenüber dem vorherigen Schritt veränderten, insbesondere geringfügig veränderten, Azimutwinkel gelöst, iii. Die Bewegungsdifferentialgleichungen werden mittels des Bewegungsdifferentialgleichungslösungs-Verfahren für ein Wertepaar (α,ε'), mit ε' = ε + δε, also mit einem gegenüber dem vorherigen Schritt veränderten, insbesondere geringfügig veränderten, Elevationswinkel gelöst, iv. Die Jakobimatrix wird zumindest näherungsweise bestimmt, v. Das Newton-Raphson-Verfahren wird angewendet, welches ein neues Wertepaar (α,ε) liefert. vi. Die Bewegungsdifferentialgleichungen werden mittels desInitial value pair (α o , εo) solved. ii. The motion differential equations are solved by the Bewegungsdifferentialgleichungslösungs- method for a pair of values (α ', ε), with α' = α + δα, ie with a relation to the previous step changed, in particular slightly changed, azimuth angle, iii. The motion differential equations are solved by means of the motion differential equation solution method for a pair of values (α, ε '), with ε' = ε + δε, ie with an elevation angle that is changed compared to the previous step, in particular slightly changed, iv. The Jacobian matrix is determined at least approximately, v. The Newton-Raphson method is used which provides a new value pair (α, ε). vi. The motion differential equations are calculated by means of the
Bewegungsdifferentialgleichungslösungs-Verfahren für das neue Wertepaar (α,ε) gelöst, vii. Es wird geprüft, ob eine Feuerleitlösung gefunden wurde und für den Fall, dass keine Feuerleitlösung gefunden wurde, wird das Verfahren bei Schritt ii. dieses Anspruchs iterativ fortgesetzt.Motion differential equation solution method for the new value pair (α, ε) solved, vii. It is checked whether a Feuerleitlösung was found and in the event that no Feuerleitlösung found was, the process in step ii. this claim continues iteratively.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsdifferentialglei- chungslösungs-Verfahren durch den NATO Armaments Ballistic Kernel unterstützt wird.5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the motion differential equations solution method is supported by the NATO Armaments Ballistic Kernel.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in ausgezeichneten Punkten der Waffe und des Zielobjekts jeweils ein Koordinatensystem KSwaffe und KSziei fixiert wird.6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that in each case a coordinate system KSwa ff e and KSziei is fixed in excellent points of the weapon and the target object.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenn das Geschoss den Waffenlauf verlässt, die Zeit t auf einen beliebigen aber fixen Wert tfjX, insbesondere tfjX = 0, gesetzt wird.7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that when the projectile leaves the gun barrel, the time t to any but fixed value t f j X , in particular t f j X = 0, is set.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenn das Geschoss den Waffenlauf verlässt, der Ortsvektor des Geschosses rGeschoss auf einen beliebigen aber fixen Wert rf,x, insbesondere Tf1x = 0, gesetzt wird.8. The method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that when the projectile leaves the weapon barrel, the position vector of the projectile r Ge sc h oss to an arbitrary but fixed value r f, x, in particular T f1x = 0, is set.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Koordinatensystem KSwaffe zum raumfesten Initialsystem I* gesetzt wird. 9. The method according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the coordinate system KSwa ff e is set to the space-fixed initial system I *.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Geschwindigkeitsvektor Vo in Richtung der Waffen-Rohrseelenachse der Geschwindigkeitsvektor der Rohrmündung VMZUITI Zeitpunkt t = tf1x hinzugefügt wird, wodurch sich die neue Anfangsgeschwindigkeit Vo* ergibt.10. The method according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the speed vector Vo in the direction of the Waffen-Rohrseelenachse the velocity vector of the muzzle VMZUITI time t = t f1x is added, resulting in the new initial velocity Vo *.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, da- durch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Zielobjekts, repräsentiert durch KSziei, relativ zu I* bestimmt wird, wodurch sich sowohl ein Ortsvektor der Relativbewegung rreι als auch ein zeitabhängiger Vektor der Relativgeschwindigkeit vret bezüglich I* ergibt.11. The method according to one or more of claims 1 to 10, character- ized in that the movement of the target object, represented by KSziei, relative to I * is determined, resulting in both a position vector of the relative movement r re ι and a time-dependent vector the relative velocity v re t with respect to I * results.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der bezüglich I* ermittelte Vektor der absoluten Windgeschwindigkeit Vw mittels des bekannten Vektors der Relativbewegung vrei zwischen Waffe und Zielobjekt für die ballistischen Berechnungen eine geeignete Korrektur erfährt, wo- durch sich ein Vektor der korrigierten Windgeschwindigkeit Vwkorr ergibt.12. The method according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that the I * determined vector of the absolute wind speed Vw by means of the known vector of the relative movement v re i between weapon and target object for the ballistic calculations undergoes a suitable correction where a vector of the corrected wind speed Vwkorr results.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Feuerleitlösung mittels eines Feuerleitrechners durchgeführt wird. 13. The method according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the determination of the Feuerleitlösung is carried out by means of a Feuerleitrechners.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuerleitrechner mittels der ermittelter Feuerleitlösung Steuersignale generiert, welche einem Azimut- Richtantrieb und einem Elevations-Richtantrieb zur Nachführung der Waffe in Azimut und Elevation zugeführt werden. 14. The method according to one or more of claims 1 to 13, characterized in that the Feuerleitrechner generated by means of the determined Feuerleitlösung control signals which are supplied to an azimuth directional drive and an elevation directional drive for tracking the weapon in azimuth and elevation.
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