NO870726L - Utskytningsanordning for et optisk ledet, traadstyrt missil med forbedrete elektroniske kretser. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører ledete anti-tank missi 1 systerner , og nærmere bestemt slike systemer som omfatter en ledingsforbindelse med ledningsstyring.

Moderne våpensystemer baserer seg i stor grad på bruken av elektronikk til å gi systemoperatører økte styremuligheter. Et eksempel på dette er rør-utskutt, optisk fulgt tråd-ledet anti-tank missil, slik som TOW-missilet som er utviklet av Hughes Aircraft Corporation for den amerikanske hær i 1960-årene.

Ledete missiler av denne type flyr til det punkt som er angitt i trådkrysset i utskyterens sikte innenfor en konstruert rekkevidde for missilet, f.eks. 3.750 meter i tilfellet med TOW-missil. Følgingssystemet følger optisk en flamme som kommer fra det bakre av missilet, f. eks. i det infrarøde området, og sender ledingssignaler gjennom to fine ståltråder som er festet til og som avgis fra missilet under dets flukt. Følgingssystemet kan monteres på missilets utskytningsrør og dets hovedkomponenter er et følgbart optisk sikte, en missilfølger og et ledingssett. En skytter følger målet ved å holde trådkrysset i det optiske siktet på målet. Missil-følgeren avføler den optiske, f.eks. infrarøde flamme på missilet og genererer signaler som representerer missilets avvik fra skytterens siktlinje i det horisontale og vertikale plan. Dette avvik fremkommer i form av feilsignaler som behandles ved hjelp av en tilbakekoplingsstyresløyfe i ledingssettet. Ledingssettet frembringer et korrigerings-ledingssignal som sendes til missilet ved hjelp av trådforbindelsen og missilet reagerer på disse signaler ved hjelp av servomekanismedefleksjon av styrefinneoverflater plassert ved missilets bakre ende.

I det etterfølgende vil oppfinnelsen til tider bli beskrevet med henvisning til TOW-missilet, idet det skal forstås at den ikke er begrenset til dette.

TOW-missilsystemet anvender et kommando til siktlinjeledings-konsept. Funksjonen med ledingssettet er å redusere missilets baneavvik p.g.a. feilkilder slik som skytterdiring, følger og avfølgerstøy, vindkast og kryssvinder, feilinn-rettinger av fluktmotorens skyvekraftakse, systemubalanser, variasjoner i utskytningstilstander etc.

Etter sin utvikling, har TOW-missilsystemet vært gjenstand for stidserfaring som har gitt viktig informasjon med hensyn til dets totale avendelse. Selv om missilet i seg selv er i stand til å dekke en avstand av 3.750 meter, ble det opprinnelige ledingssett ikke konstruert til effektivt å anvende den maksimale rekkevidde. Behovet for å anvende missilet på dets maksimale rekkevidde er innlysende, særlig hva angår utviklinger som har økt avfyringsrekkevidden for nye tanks. Undersøkelse av treffsansynnlighetene for det eksisterende TOW-missilsystemet har vist at sjansen for et måltreff ved en avstand av 3.500 meter er 73,5$ for en god skytter. For en dårlig skytter er sjansen for et måltreff ved en avstand av 3.500 meter kun 7,5$. Såldes ville det være ønskelig å forbedre ytelsen hos det opprinnelige TOW-missilsystemets ledingssett for derved å utnytte den lengre rekkevidden for det grunnleggende TOW-missilet.

En analyse hva angår ytelsen hos det eksisterende ledingssett ble utført og det følgende ble avslørt: 1. Den naturlige TOW-missilkonstruksJonen gir lav aerodyna-misk dempning som gjør den meget utsatt for virkningene av aerodynamiske krefter, hvilket medfører variasjoner under dets flukt. 2. Over en lengre fluktdistanse, må skytteren holde sitt sikte på målet under en lengre tidsperiode. Tilbake-kopl ingsstyresystemet avhenger av støheten og sikteevnen hos skytteren. 3. Under flukt baserer man seg på innvendige treghetskrefter til å lede missilet mot dets mål, og initielt introduserte feil i dets bane gror over tid. Styresløyfen behøves således for å forlike behovet for å korrigere større feil ettersom tiden passerer, med det faktum at med lengre flukttid, dvs. med en økning i feilforsterkning, kan styresløyfen bli ustabil. 4. Større oscillasjoner av missilet rundt trimposisjon skaper en minskning i missilhastighet gjennom økt vindmotstand.

Det ovenstående oppsummerer begrensningene ved det eksisterende TOW-missilsystemet med hensyn til utnyttelse av missilets maksimale rekkevidde. Det er følgelig et formål med den foreliggende oppfinnelse å forbedre ledingssettet hos et rør-utskutt, optisk fulgt, tråd-ledet missil, slik som eksempelvis TOW-missilet, og derved oppnå en økt måltreff-sannsynlighet over missilets maksimale rekkevidde.

Rør-utskutte missiler av den type som er angitt omfatter en fluktmotor som slukner noen få sekunder etter utskytning og en relativ lang tid før missilet treffer sitt mål. Ved f lukts tyringen av et rør-utskutt missil av den type som er angitt er det følgelig nødvendig å sikre at missilet flyr langs den ønskede fluktbanen, vanligvis nær bakkeoverflaten, og å unngå for tidlig landing endog etter at fluktmotoren er sluknet, og i dette henseendet blir en såkalt tyngdekraft-forspenningsinnmatning tilført et av styresløyfetrinnene.

Ved hjelp av denne innmatning bevirkes angrepsvinkelen for missilet til å variere med tid synkront med den gradvise reduksjon av missilets hastighet, hvorved sikres at missilet opprettholder et ønsket løft også etter at fluktmotoren har sluknet. For å oppnå dette må tyngdekraftforspenningen konstrueres til å ta i betraktning endringen av hastighet over tid. Reduksjonstakten av hastighet er en funksjon av vekten og geometrien for missilet.

Tyngdekraftsforspenningen sikrer dessuten at missilet holder en forutbestemt bane under de første få sekunder etter utskyting når innsikting av målet er umulig p.g.a. røyk og støy som skapes under utskytning.

Tilstander under normale krigføring krever ofte bruken av to eller flere forskjellige missiler som har det samme elektroniske ledingssystem, men som avviker fra hverandre hva angår deres vekt og/eller geometri. Det elektroniske styresystemet som innbefatter tyngdekraf tsf orspenningen er bygget inn i utskytningsanordningen og følgelig i henhold til teknikkens stand, hvor forskjellige typer av missiler med lignende elektroniske styreinnretninger, men som krever forskjellige tyngdekraftsforspenninger skal avfyres fra en gitt plass, vil forskjellige utskytningsanordninger behøves for hver missiltype. Denne begrensning er byrdefull og besværlig, særlig hvor stor mobilitet og operasJonsenkelhet behøves og der er derfor et annet formål med den foreliggende oppfinnel-se å tilveiebringe en universell utskytningsanordning for rør-utskutte, optiske fulgte tråd-ledete missiler som er tilpasset for utskytningen av to eller flere forskjellige missiler som har det samme elektroniske styre-system, men som har forskjellige fysiske karakteristika (vekt og geometri) og derfor krever forskjellige tyngekraft-forspenningsverdier.

Såsnart rulling av missilet om dets langsgående akse er stoppet, behøves to typer av korreksjoner for fluktstyringen av et TOW-missil, nemlig korrigeringen av elevasjonspitch og korrigeringen av asimut eller yaw, og for dette formål behøves to separate kanaler. I konvensjonelle TOW-missiler har de to kanalene identiske tidsvariable forsterkninger.

Den foreliggende oppfinnelse er basert på det funn at ytelsen hos et rør-utskutt optisk fulgt, trådstyrt missil kan forbedres og derved blir den effektive rekkevidde hvor høy nøyaktighet opprettholdes økt ved å tilegne forskjellige tidsvariable forsterkninger for korrigeringen av pitch- og yaw-feil. Således, ved et første aspekt av oppfinnelsen tilveiebringes en utskytninganordning for et rør-utskutt, optisk ledet, trådstyrt missil omfattende en elektronisk krets som danner del av en tilbakekoplings servo-mekanisme styresløyfe hvor pitch- og yaw-kanalene har ytterligere tidsvariable forsterkninger med forskjellige overførings-funksjoner som genereres digitalt.

I tillegg tilveiebringes der i henhold til oppfinnelsen i forbindelse med det eksisterende kompenseringsnettverket et forsprang-etthengfilter hvis karakteristika varierer med tid. Et slikt forsprang-etterhengfilter introduserer den nødvend-ige faseforskyvning, f.eks. forsprang i tilfellet av TOW-missilet for stabilisering av styredynamikken. Slik det tidsvariabelt forsprang-etterhengfilter kan eksempelvis omfatte to diskrete trinn som aktiveres etter hverandre, hvorved dempningsfaktoren endres en gang i løpet av flukten ved et forutbestemt tidspunkt.

Ifølge et ytterligere trekk ved oppfinnelsen er der tilveiebragt en utskytningsanordning for et rør-utskutt, optisk ledet, trådstyrt missil omfattende en elektronisk krets som danner del av en tilbakekoplings kompenseringsstyresløyfe. Denne elektroniske krets innbefatter fortrinnsvis minst to tyngdekraftforspenningskretser som er knyttet til pitch-kanalen som velges ved hjelp av en automatisk, operatør-uavhengig velger i henhold til de fysiske karakteristika for missilet som lastes i utskytningsanordningen.

For en bedre forståelse skal oppfinnelsen beskrives med henvisning til de vedlagte tegninger. Fig. 1 er et blokkskjema over et tidligere kjent TOW-missil ledingssett. Fig. 2 er et blokkskj erna over et missilledingssett ifølge

oppfinnelsen.

Fig. 3 er et blokkskjerna over pitch-(elevasjons) kanalen i

et missilledingssett ifølge oppfinnelsen.

Fig. 4 er et blokkskjema over yaw-(asimut) kanalen i et

missilledingssett ifølge oppfinnelsen.

I fig. 2-4 er blokker som er nylig tilføyet i henhold til

oppfinnelsen vist med fete linjer.

Det tidligere kjente TOW-missilledingssettet vist ved hjelp av blokkskjemaet i fig. 1, omfatter en krafttilførsel 1, et programmeringskort 2 og en fortennings- og tenningskrets 3 som er operativ kun for utskytning av missilet. Det egent-lige ledingssettet omfatter yaw og pitch (henholdsvis asimut og elevasjon) feildetektorkort 4 og 5 og yaw- og pitch-kommandosignalgeneratorer 6 og 7. Under operasjon blir korrigertngssignalene for nevnte yaw og pitch ført til missilet via ledninger.

Missilets ledingssett ifølge oppfinnelsen vist i form av blokkskjemaet i fig. 2 omfatter de samme elementer 1-7 som i fig. 1 og de er blitt angitt med de samme henvisningstallene.

I tillegg er der tilveiebragt i henhold til oppfinnelsen en ekstra krafttilførsel 8 for å levere ytterligere utmatninger +15V, -15V og +5V som behøves for analog og digital tilstand innenfor teknikkens elektronikk. Ledingssystemet omfatter dessuten et forbedringskort 9 som innbefatter elementer slik som en tidsvariabel forsterkningskrets omfattende bl.a. et leselager (ROM) som lagrer variablene som behøves for den tidsvariable forsterkning, en tidsvariabel filterenhet som omfatter minst to etter hverandre opererende forsprang-etterhengfiltre som introduserer den nødvendige faseforskyvning for å øke stabilitet, og minst en elektronisk krets for tyngdekraf tf or spenning, hvis verdier lagres I et leselager

(ROM) og som behøves kun for pitch (elevasjon) korrigering-ene .

Pitch- og yaw-kanalene i TOW-missilledingssettet ifølge oppfinnelsen skal nå beskrives separat med henvisning til henholdsvis fig. 3 og 4.

Ser man først på fig. 3, vil man der se at kanalen omfatter en feildetektor 12, et tidsvariabelt forsterkningstrinn 13 med ROM, et kompenseringsnettverk 14 og et tidsvariabelt forsprang-etterhengfilter omfattende to trinn 15a og 15b som aktiveres etter hverandre, et tyngdekraftfforspenningstrinn 16, to ytterligere tyngdekraf tf orspenningstrinn 17a og 17b med ROM for "alternativ operasjon med forskjellige missiler, en styresignal begrensende krets 18, en sinusbølgebærer 19, missilet 20 innbefattende bl.a. missilets elektronikk og aerodynamiske styreoverflater, og kinematikk 21 for tilbakekoplings transmisjon av missilets posisjon til feildetektoren 12.

Under operasjon blir et pitchreferanse Zref-signal og et tilbakekoplingssignal som gjengir feilen summert ved et summer ingspunkt 22 og dif f erensialsignaletAZ mates Inn i feildetektoren 12. Formålet med nevnte ROM i det tidsvariable forsterkningstrinnet 13 er å variere forsterkningen av feil signalet synkront med flukttid. I dette henseendet lagrer nevnte ROM derav en serie av økende forsterknings-verdier som utmates ettersom missilet beveger seg fremover i flukten og som følge derav vil overføringsfunksjonen for denne forsterkningsblokk variere (dvs. øker) over tid til å opprettholde en optimal forsterkningsmargin over flukttid (f or sterkningsmarginen er en faktor for opprettholdelsen av stabilitet).

Signalet som kommer fra det tidsvariable forsterkningstrinnet 13 mates inn i kompenseringsnettverket 14 som er av konven-sjonell konstruksjon og innfører faseforsprang for stabilitet og frembringer skarpt støyavbrekk ved høyfrekventenden og en stor forsterkning for feilreduksjon ved lavfrekventenden. Det tidsvariable filtertrinnet som omfatter kretser 15a og 15b, de såkalte f or sprang-etterhengf iltre, introduserer et f asef or sprang for stabilisering av styredynamikken og utfUtrerer operatørstøy. Kretsene 15a og 15b opereres etter hverandre, idet omvekslingen fra den ene til den andre skjer automatisk ved et forutbestemt tidspunkt T, idet hensikten er å kompensere for reduksjonen i fluktstabilitet som skyldes økningen, f.eks. etter 4,4 sekunder, av feilforsterkningen med tid. Utmatningenf fra det tidsvariable filtertrinnet 15a eller 15b summeres ved 23 med et tyngdekraftforspennings-signal (se nedenfor) og et siktlinjeverdisignal, og utmatningen mates inn i den styresignal begrensende krets 18 og sinusbølgebæreren 19, idet utmatningen fra sistnevnte sendes via ledningen 24 til elektronikken i missilet 20 som styrer fluktoverflåtene og også genererer tilbakekoplingssignalet som mottas av kinematikken 21. Utgangs signal et fra kinematikken 21 summeres ved summerIngspunkt 22. Den styre-signalbegrensende kretsen sikrer at missilens angrepsvinkel ikke overskrider de strukturelle evner for luftrammen og at samtidig styresignalet forblir under nivåer hvor for stor kopling mellom nevnte yaw- og pitch-kanaler kunne gi opphav til en rullevirkning.

Sinusbølgebæreren 19 tjener til å summere styresignalene i utskytningsanordningen før de sendes til missilet via trådforbindelsen.

Ledingssettet som vist i fig. 3 omfatter dessuten to alternative tyngdekraftforspenningstrinn 17a og 17b og i utskytningsanordningen er der tilveiebragt velgermiddel 25 som automatisk velger den korrekte tyngdekraf tf orspenning avhengig av missilets fysiske karakteristika. I det bestemte tilfellet i fig. 3 er kun to alternative tyngdekraftforspenningsfunksJoner tilveiebragt og velgeren 25 er konstruert til å velge mellom disse to. Imidlertid er det på en lignende måte mulig å frembringe tre eller flere forskjellige tyngdekraftforspenningsfunksjoner og automatisk velgermiddel konstruert til å velge mellom disse.

Tyngdekraftforspenningsfunksjonen 17a og 17b opererer i tilknytning til det konvensjonelle tyngdekraf tf or spennings-trinnet 16 og utmatningene fra de to tyngdekraftforspennings-funksj onene summeres ved 26 og det kombinerte signalet mates inn i summeringspunktet 23 som summerer sammen tyngdekraft-forspenningssignalet, signal som kommer fra det tidsvariable filteret og siktlinjeverdisignalet. Det kombinerte signalet matet inn i kommandosignalgrensegeneratoren 18 som angitt.

Blokkskj emaet over yaw-kanalen vist i fig. 4 er delvis lik pitch-kanalen vist i fig. 3 og blokker som representerer tilsvarende funksjoner er markert med de samme henvisnings-tall. Man vil imidlertid se at det tidsvariable forsterkningstrinnet representerer forskjellige verdier, og henvis-ningstallet er derfor her 13'. De tidsvariable filter-trinnene 15'a og 15'b, det såkalte forsprang-etterheng-filteret, kan representere de samme eller forskjellige verdier enn hva som og/eller kan bli konstruert til å operere samtidig eller ved forskjellige tidspunkter som de tilsvarende tidsvariable filtertrinn i pitch-kanalen.

Claims (4)

1. Ut sky tningsanor dning for et rør-utskutt, optisk ledet, trådstyrt missil, karakterisert ved en elektronisk krets som danner del av en tilbakekoplIngsservomekanisme styresløyfe i hvilken pitch- og yaw-kanalene (4,5) har tidsvariable forsterkninger med forskjellige overføringsfunksjoner (13,13').

2. Utskytningsanordning for et rør-utskutt, optisk ledet, trådstyrt missil som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter et tidsvariabelt forsprang-etterhengfilter (15a,15b).

3. Ut skytningsanordning for et rør-utskutt, optisk ledet, trådstyrt missil som angitt i krav 2, karakterisert ved at den omfatter minst to diskrete filtre (15a,15b) som opererer etter hverandre med automatisk omveksling ved forutbestemte tidspunkter.

4. Ut skytningsanordning for et rør-utskutt, optisk ledet, trådstyrt missil " som angitt i krav 1, karakterisert ved at den elektronisk kretsen omfatter minst to forskjellige signalgeneratorer for tyngdekraftforspenning (gravity bias) (17a,17b) som er knyttet til pi tch-kanalen, kombinert med automatisk velgermiddel (25) ved hjelp av hvilket en ønsket tyngdekraftforspenningssignalgenerator velges i henhold til de fysiske karakteristika for missilet som er lastet i utskytningsanordningen.