NL1004025C2

NL1004025C2 - Werkwijze voor het bepalen van een inslagpunt van een afgevuurd projectiel ten opzichte van een doel.

Info

Publication number: NL1004025C2
Application number: NL1004025A
Authority: NL
Inventors: Jacob Eelke Dekker
Original assignee: Hollandse Signaalapparaten Bv
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 1998-03-16
Also published as: CA2264183C; NO991121D0; AR009737A1; ES2159879T3; IL128766A; US6037896A; DK0925516T3; JP2001500263A; TR199900553T2; PL332163A1; DE69705314T2; ID22054A; CN1185502C; ZA977714B; PL184038B1; EP0925516A1; KR20000036075A; KR100486401B1; DE69705314D1; HK1022019A1

Description

Werkwijze voor het bepalen van een inslagpunt van een afaevuurd projectiel ten opzichte van een doel

De uitvinding betreft een werkwijze voor het bepalen van 5 een inslagpunt van een afgevuurd projectiel ten opzichte van een doel. Meer in het bijzonder worden hierbij projectielen bedoeld die zijn afgevuurd met behulp van een kanonsysteem.

10 Bij het afvuren van projectielen is het van belang de positie te kennen waar het projectiel neerkomt of inslaat, bijvoorbeeld om deze te vergelijken met een eerder voorspeld punt, het predicted hitting point (PHP). Daarna kan de afvuurrichting van een volgend projectiel worden 15 gecorrigeerd, hetgeen bekend staat als In Action

Calibration (IAC). Bovendien is het veelal van belang een indicatie te verschaffen van de afstand waarmee het projectiel het doel mist, de zogenaamde Miss Distance Indication (MDI).

20

Het is gebruikelijk om, ter bepaling van het inslagpunt, gebruik te maken van een rondzoekradarsysteem. In het bijzonder bij toepassingen in een maritieme omgeving, bijvoorbeeld op zee, wordt de projectielspositie gemeten op 25 het moment dat het in het water neerkomt en detoneert. Hierbij ontstaat een zuil of splash van opspattend water.

In een landomgeving ontstaat door detonatie van het projectiel een stofzuil. De splash of stofzuil kan op de rondzoekradar worden geregistreerd, zodat het inslagpunt 30 kan worden bepaald.

Een nadeel van een dergelijke werkwijze is dat de splash relatief slecht zichtbaar is op radarsystemen. Daar het doel doorgaans een zeer sterke echo ten opzichte van de 35 splash oplevert zal de radarecho van de splash soms zelfs 1004025 2 verdwijnen in de radarecho van het doel. Indien het projectiel dicht bij het doel inslaat kan door de beperking van de radar resolutie en door het beperkte dynamische bereik van het radarsysteem geen onderscheid gemaakt worden 5 tussen doel en splash en verschillende splashes onderling. Tevens zenden moderne rondzoek radarsystemen voorzien van TWT (Traveling Wave Tube) zenders lange pulsen uit.

Hierdoor ontstaan bij de processing van ontvangen echo's tijdzijlussen, die zich vertalen in een slechtere range 10 resolutie. Een ander nadeel van een rondzoekradarsysteem is een betrekkelijk lage update rate van doel en splash metingen. Bovendien is het, bij meerdere splasyes van afzonderlijke projectielen, moeilijk om de metingen afkomstig van een enkele splash met elkaar, per omwenteling 15 van de rondzoekradar, in verband te brengen, mede doordat niet alle splashes een even sterke radarecho veroorzaken.

Marineschepen zijn echter doorgaans tevens voorzien van volgradarsystemen, doorgaans voorzien van zenders waarmee 20 korte pulsen met worden opgewekt, met name voor het volgen van luchtdoelen. Hierdoor ontstaat een goede resolutie. Ook hebben volgradars een veel hogere update rate. De werkwijze volgens de uitvinding beoogt nu de bovengenoemde nadelen op te heffen door gebruik te maken van reeds aanwezige 25 volgradarsystemen.

De werkwijze is daartoe gekenmerkt door het volgen van het doel met behulp van een eerste radarbundel; het boven het doel richten van een tweede radarbundel; 30 het afwachten totdat het projectiel zich binnen de tweede radarbundel bevindt; het bepalen van het inslagpunt op basis van meetgegevens van de tweede radarbundel.

1004025 3

Een gunstige uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de tweede radarbundel smaller is dan de eerste radarbundel, bijvoorbeeld door bij dezelfde antenne afmetingen een hogere zendfrequentie te 5 gebruiken. Hierdoor wordt de gevoeligheid van de tweede bundel voor het in het vakgebied bekende spiegeleffect met betrekking tot de projectielsecho's verminderd. Het spiegeleffect is het effect dat de echo van het doel wordt weerkaatst door het aardoppervlak, waarbij de weerkaatste 10 echo in de radarantenne wordt ontvangen en de rechtstreekse echo van het doel verstoort. Hierdoor wordt de hoogtemeting van het projectiel verstoort of onbruikbaar. Een verder voordeel is dat op deze wijze de azimuth, elevatie en in range van het projectiel nauwkeuriger kunnen worden 15 gemeten. Nog een verder voordeel is dat men aldus kan bewerkstelligen dat het projectiel wel, maar het doel niet wordt belicht door de tweede radarbundel, waardoor het doel geen storende echo kan genereren.

20 De uitvinding zal nu verder worden uitgelegd aan de hand van de bijgevoegde figuren, waarbij:

Fig. 1 een configuratie voorstelt waarin de werkwijze kan worden toegepast;

Fig. 2 schematisch een track computer weergeeft waarin de 25 beschreven werkwijze is geïmplementeerd;

Fig. 3 de configuratie van fig. 1 in detail ter plaatse van het doel weergeeft.

In fig. 1 is aangegeven een vaartuig 1 met daarop geplaatst 30 een volgradarapparaat 2, voorzien van een antenne 3, en een kanonsysteem 4. Het kanonsysteem 4 heeft een projectiel 5 afgevuurd in de richting van een zeedoel 6. Het projectiel 5 volgt een ballistische baan 7. Het kanonsysteem 4 kan bijvoorbeeld een kaliber van 76 mm hebben. Het kanonsysteem 35 wordt aangestuurd door een vuurleidingscomputer 8, welke 1004025 4 gegevens kan ontvangen van een track computer 9 verbonden met het volgradarapparaat 2, doch noodzakelijk is dit niet. Het volgradarapparaat 2 voorzien van de antenne 3 genereert een eerste radarbundel 10 en een tweede radarbundel 11 en 5 is gericht op het zeedoel 6. De tweede radarbundel 11 werkt bij voorkeur in een hogere frequentieband dan de eerste radarbundel 10 en is daarom smaller dan de eerste radarbundel. Hierdoor wordt de gevoeligheid in de tweede bundel voor het spiegeleffect praktisch geëlimineerd. Een zeer 10 geschikte keuze voor de frequentiebanden is hiertoe voor de eerste bundel 10 de I-band (8 Ghz - 9.5 Ghz) en voor de tweede bundel 11 de Ka-band (34.5 Ghz - 35.5 Ghz), bundelbreedte ongeveer 8 mrad., waardoor de tweede radarbundel 11 nog nauwelijks gevoelig is voor echo's van 15 het zeedoel 6 in het bovengenoemde geval. Doordat de eerste en de tweede radarbundel door een enkele antenne 3 worden gegenereerd zijn hun bewegingen gekoppeld. De antenne kan echter tevens zodanig zijn ingericht dat de tweede bundel kan worden verdraaid ten opzichte van de 20 eerste bundel, zodat een zekere mate van onafhankelijkheid kan worden bewerkstelligd, doch noodzakelijk is die niet. Naast de geprefereerde uitvoeringsvorm met een enkele antenne is het tevens mogelijk, om twee onafhankelijk werkende volgradarapparaten te gebruiken, waarvan één de 25 eerste radarbundel genereert en de andere de tweede radarbundel genereert. In de geprefereerde uitvoeringsvorm wordt echter ten opzichte van deze uitvoeringsvorm een volgantenne uitgespaard.

30 De tweede radarbundel zou in een mogelijke uitvoeringsvorm tevens afwisselend, time sharing, met de eerste bundel kunnen worden gegenereerd, zodat beide bundels met een enkele zender en antenne kunnen worden gegenereerd.

1004025 5

In fig. 2 is het scheepsvuurleidingssysteem uit fig. 1 meer in detail weergegeven. Een radar processing unit 12, waarmee bewegende doelen kunnen worden gedetecteerd, ontvangt doelsgegevens van het volgradarapparaat 2 en 5 stuurt op basis van deze gegevens het volgradarapparaat in de juiste richting. De radar processing unit 12 is verder verbonden met een track computer 9, waarmee per doel een track kan worden opgebouwd. De track computer kan de vuurleidingscomputer 8 aansturen. Als alternatief kan de 10 vuurleidingscomputer 8 door tussenkomst van een menselijke operator, die zich baseert op gegevens van de track-computer, worden aangestuurd.

In fig. 3 is de situatie van fig. 1 in detail ter plaatse 15 van het zeedoel 6 weergegeven. Aangegeven is de band, 7A en 7B, waartussen de projectielsbaan 7 zich zou kunnen bevinden. Het projectiel treedt de tweede radarbundel 11 binnen bij punt 13 en verlaat deze weer bij punt 14. Vanaf punt 14 wordt een inslagpunt voorspeld op basis van 20 ballistische gegevens en de aldaar gemeten projectiels-positie in drie dimensies. De ballistische gegevens omvatten hierbij een, bijvoorbeeld uit een schootstafel, voorspelde inslaghoek 15 en eindsnelheid en eindversnelling van het projectiel. De misafstand ten opzichte van het doel 25 6 wordt vervolgens bepaald op basis van de gemeten doels- positie en het voorspelde inslagpunt. In het uitvoerings-voorbeeld ligt dit inslagpunt dus ter plaatse van het zeedoel 6 en is de voorspelde misafstand nul. De misafstanden voor de alternatieve projectielsbanen 7A en 7B 30 zijn aangegeven met de maatlijnen 16 en 17.

In het uitvoeringsvoorbeeld is de volgradar 2 verbonden met de radar processing unit 12 welke verbonden is met de track computer 9. Met behulp van de eerste radarbundel 10 wordt 35 het zeedoel 6 gevolgd binnen een eerste trackinggate 18, 1004025 6 welke in het uitvoeringsvoorbeeld een lengte van 300 m heeft. De eerste radarbundel heeft in het uitvoeringsvoorbeeld een breedte van ongeveer 250 m ter plaatse van het zeedoel. Het zeedoel bevindt zich in dit voorbeeld op 5 8000 m afstand van het vaartuig. De tweede radarbundel 11 wordt, eventueel op basis van een activeringssignaal van de track computer 9, boven het zeedoel 6 gericht, in het uitvoeringsvoorbeeld tussen de 0.5 en 1.0 graden, afhankelijk van de doelsafstand. In het uitvoerings-10 voorbeeld heeft de tweede radarbundel een breedte van ongeveer 60 m ter plaatse van het zeedoel 6. De eerste radarbundel 10 is breed genoeg om het zeedoel 6 nog te blijven volgen. Op een zeker tijdstip verschijnt het eerder afgevuurde projectiel 5 in de tweede radarbundel, in fig. 3 15 aangegeven met het punt 13. De eindsnelheid bedraagt dan bijvoorbeeld ongeveer 300 tot 500 m/s en de inslaghoek 15 bedraagt dan bijvoorbeeld ongeveer 16 graden. De radar processing unit 12 verbonden met de tracking computer 9 detecteert het projectiel, door binnen een acquisitiegate 20 19 voor de tweede radarbundel 11 in de buurt van het zeedoel doelsecho's op bekende wijze op basis van dopplerspectraalcomponenten te registreren en te selecteren. In het uitvoeringsvoorbeeld gebeurt dit door bursts van radarzendpulsen uit te zenden en per burst een 25 eventuele echo te detecteren. Indien binnen de acguisitie-gate 19 ten minste twee maal achter elkaar een echo met althans in hoofdzaak dezelfde range en dopplerspectraalcomponenten is gedetecteerd, dan wordt met voldoende lage false alarm rate een projectiel gedetecteerd. De 30 acquisitiegate 19 heeft in het voorbeeld een lengte van ongeveer 1000 m. Hierna wordt het projectiel gevolgd door in de radar processing unit 12 in range voor de tweede radarbundel 11 een trackinggate 20, in het uitvoeringsvoorbeeld met een lengte van 60 m, vast te leggen ter 35 plaatse van de projectielsecho, dus punt 13. De tracking- 1004025 7 gate 20 beweegt wijze met de projectielsecho mee. In het uitvoeringsvoorbeeld levert de radar processing unit 12 op discrete tijdstippen een projectielspositie en snelheids-meting aan de track computer 9. Op dit moment is 5 projectielspositie in drie dimensies bekend. Bovendien is het projectiel het doel nu al zeer dicht genaderd. Op basis van de doelsecho's van de tweede radarbundel en ballistische gegevens van het projectiel kan dus een voorspelling worden gedaan over positie waar het projectiel 10 zal inslaan. Op het moment 14 dat in de onderhavige trackinggate geen projectiel metingen met voldoende signaal ruisverhouding worden ontvangen stopt de radar processing unit 12 met projectiel metingen. Het projectiel heeft de tweede radarbundel op dat moment kennelijk verlaten, 15 doorgaans op 200 tot 300 m voor de plaats waar het projectiel doel zal treffen of in het water zal neerkomen. In een gunstige uitvoeringsvorm, waarbij meerdere achter elkaar afgeschoten projectielen kunnen worden gedetecteerd, stopt de radar processing unit met projectiel metingen 20 zodra tweemaal met dezelfde range en doppler een volgend projectiel gedetecteerd wordt, waarna dat volgende projectiel in track wordt genomen. Van het projectiel dat niet meer in track wordt genomen wordt dan de verdere vluchtbaan voorspeld door de track computer 9. Eventueel 25 kunnen ook meerdere projectielen tegelijk in track worden genomen, indien de track computer dit toestaat.

De voorspelling van het inslagpunt kan door extrapolatie geschieden vanaf punt 14. Deze voorspelling is veel 30 nauwkeuriger dan een voorspelling die uitsluitend gebaseerd is op beginsnelheidsmeting bij afvuren en ballistische gegevens van het projectiel, daar de positie nu in de eindfase van zijn vlucht bekend is. Het is verder niet nodig om het projectiel gedurende de gehele vlucht te 35 volgen. De track computer kan nu verder het verschil tussen 1004025 8 het berekende inslagpunt en het predicted hitting point PHP, rekening houdend met hun verschillende tijdgeldig-heden, de zogenaamde IAC gegevens, doorgeven aan de vuurleidingscomputer 8 voor in action calibration. De 5 vuurleidingscomputer kan op basis hiervan de afvuurrichting van volgende projectielen bijstellen. Tevens kan het berekende inslagpunt samen met het doel 6, eveneens rekening houdend met hun onderlinge tijdgeldigheden, op een display zichtbaar worden gemaakt ten behoeve van miss 10 distance indication (MDI).

De toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding is uiteraard niet beperkt tot de configuratie zoals geschetst, maar kan eveneens worden toegepast bij andere kalibers 15 projectielen, andere zendfrequenties voor de radarbundels, anders gekozen tracking en acquisitie gates, enzovoorts. De projectielen kunnen eventueel missiles omvatten. Het uitvoeringsvoorbeeld betreft een configuratie op zee, maar de werkwijze kan eveneens worden toegepast bij landdoelen.

20

De eerste en de tweede radarbundel kunnen tevens gegenereerd worden door een eerste en een tweede radar-apparaat. Met de eerste bundel wordt dan het doel gevolgd en de tweede bundel wordt dan iets boven het doel gericht.

25 De tweede bundel kan dan in azimuth gestuurd worden op basis van de trackgegevens van de eerste bundel. Daardoor kan de tweede bundel worden gegenereerd door een relatief eenvoudige radar.

30 In een mogelijke uitvoeringsvorm omvatten de eerste en de tweede radarbundel een enkele radarbundel. De hoofdlus van deze radarbundel wordt dan boven het doel gericht, zodanig dat het spiegeleffect zich althans met betrekking tot de projectielsecho's nog nauwelijks of niet meer manifesteert.

35 Bij geschikt gekozen radarfrequentie is dit mogelijk. Het 1004025 9 doel dient zich nog aan de onderkant van de hoofdlus of in een zijlus van de radarbundel te bevinden, op een wijze dat het doel nog kan worden gedetecteerd en worden gevolgd. Dit is mogelijk, daar het doel een doorgaans veel sterkere echo 5 geeft dan het projectiel. Met diezelfde radarbundel wordt dan het projectiel gedetecteerd en het inslagpunt voorspeld, op hierboven geschetste wijze.

1004025

Claims

1. Werkwijze voor het bepalen van een inslagpunt van een afgevuurd projectiel ten opzichte van een doel, gekenmerkt 5 door: het volgen van het doel met behulp van een eerste radarbundel; het boven het doel richten van een tweede radarbundel; het afwachten totdat het projectiel zich binnen de tweede 10 radarbundel bevindt; het bepalen van het inslagpunt op basis van meetgegevens van de tweede radarbundel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat, 15 voor het bepalen van het inslagpunt, tevens gebruik gemaakt wordt van ballistische gegevens van het projectiel.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de tweede radarbundel smaller is dan de eerste radarbundel. 20

4. Werkwijze volgens één der bovenstaande conclusies, met het kenmerk, dat de eerste radarbundel en de tweede radarbundel worden gevormd door een enkele antenne, roet daaraan verbonden radarmiddelen. 25

5. Werkwijze volgens één der bovenstaande conclusies, met het kenmerk, dat de eerste radarbundel in de I-band en de tweede radarbundel in de Ka-band opereert.

6. Werkwijze volgens één der bovenstaande conclusies, met het kenmerk, dat het projectiel vanaf een vaartuig wordt afgevuurd en de eerste en tweede radarbundel op datzelfde vaartuig worden gegenereerd. 1004025

7. Werkwijze volgens één der bovenstaande conclusies, met het kenmerk, dat, indien het projectiel zich binnen de tweede radarbundel bevindt, de tweede radarbundel het projectiel eerst acquireert binnen een acquisitiegate en 5 vervolgens trackt binnen een trackinggate die veel kleiner is dan de acquisitiegate.

8. Werkwijze volgens één der bovenstaande conclusies, met het kenmerk, dat een afvuurrichting van het projectiel 10 wordt gecorrigeerd op basis van het voorspelde inslagpunt.

9. Stelsel voor het bepalen van een inslagpunt van een afgeschoten projectiel ten opzichte van een doel, omvattende een radar processing unit, een eerste radar- 15 apparaat voor het genereren van een eerste radarbundel en een tweede radarapparaat voor het genereren van een tweede radarbundel, roet het kenmerk, - dat de radar processing unit is aangesloten op het eerste en het tweede radarapparaat; 20. dat de radar processing unit is ingericht voor het zodanig aansturen van het eerste radarapparaat dat deze de eerste radarbundel op het doel richt; - dat de radar processing unit is ingericht voor het zodanig aansturen van het tweede radarapparaat, dat deze de 25 tweede radarbundel vlak boven het doel richt; - dat de radar processing unit is ingericht voor het detecteren van een positie van een vliegend projectiel of soortgelijk object, zodra het binnen de tweede radarbundel verschijnt; 30. dat de radar processing unit is ingericht voor het voorspellen van een inslagpunt van het projectiel op basis van de gedetecteerde positie van het projectiel.

10. Stelsel voor het bepalen van een inslagpunt van een 35 afgeschoten projectiel ten opzichte van een doel, 1004025 omvattende een radar processing unit en een radarapparaat ingericht voor het genereren van een eerste radarbundel en een tweede radarbundel, met het kenmerk, - dat de radar processing unit is aangesloten op het 5 radarapparaat; - dat de radar processing unit is ingericht voor het zodanig aansturen van het radarapparaat dat deze de eerste radarbundel in hoofdzaak op het doel richt en dat deze de tweede radarbundel vlak boven het doel richt; 10. dat de radar processing unit is ingericht voor het detecteren van een positie van een vliegend projectiel of soortgelijk object, zodra het binnen de tweede radarbundel verschijnt; - dat de radar processing unit is ingericht voor het 15 voorspellen van een inslagpunt van het projectiel op basis van de gedetecteerde positie van het projectiel. 1004025