SE459694B

SE459694B - Point contact calculator between missile and target

Info

Publication number: SE459694B
Application number: SE8406544A
Authority: SE
Inventors: P Trulsson
Original assignee: Bofors Ab
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1989-07-24
Also published as: SE8406544D0; SE8406544L

Abstract

An ammunition unit (5) is located in a firing position (L''). A predictor (2) receives continuous information concerning the target. A ballistic calculator (3) receives data covering firing conditions, e.g. the ammunition unit starting and flight speed, wind strength, etc. A calculation circuit (1), target predictor and the ballistic calculator are connected together in a closed loop in which is generated, through interactive calculation, a signal transmission corresp. to the distance between the current position of the target and the point of contact. The time duration for the iterative calculation is predetermined, and the predictor and ballistic calculator are locked at the commencement of the processing stage. Both predictor and calculation unit are made to work with values available at the end of the duration. The iterative calculation process is then carried out with the predictor and ballistic calculation locked and accepted values.

Description

459 694 j TEKNIKENS STANDPUNKT Vapensystemet förutsättes innehålla någon form av kalkylator som kan bestämma målets läge en viss tid, räknat från en utgångstid, framåt i tiden. Denna tid utgöres av den s k prediktionstiden. 3 Bestämningen kan ske implicit eller explicit. Kalkylatorn skall även kunna bestämma sambandet mellan en punkt i màlets bana och projektilens flygtid till densamma. 459 694 j PRIOR ART The weapon system is assumed to contain some form of calculator that can determine the target's position for a certain time, calculated from a starting time, forward in time. This time consists of the so-called prediction time. 3 The determination can be made implicitly or explicitly. The calculator must also be able to determine the relationship between a point in the target's trajectory and the projectile's flight time to it.

Denna punkt, d v s trâffpunkten, kännetecknas således av att ti- den för målet att nå dit, d v s prediktionstiden, är lika med projektilens flygtid till samma punkt.This point, i.e. the point of impact, is thus characterized by the time for the target to reach there, i.e. the time of prediction, being equal to the projectile's flight time to the same point.

Principen för nämnda màlprediktor är att den med utgångspunkt från prediktionstiden kan generera en signalgivning som svarar mot ett s k predikterat läge. En dylik màlprediktor arbetar därvid till- sammans med en ballistikberäkningsenhet som med hjälp av det sålunda predikterade läget eller punkten kan framrâkna flygtiden för ammunitionsenheten.The principle of the said target predictor is that, based on the prediction time, it can generate a signal which corresponds to a so-called predicted position. Such a target predictor then works together with a ballistics calculation unit which, with the aid of the position or point thus predicted, can calculate the flight time of the ammunition unit.

Alternativt kan man utnyttja en màlprediktor som med utgångspunkt från ett predikterat läge kan ge en signalgivning som svarar mot prediktionstiden. I detta fall ombesörjer ballistikberäkningsen- heten signalgivning som svarar mot en eller flera aktuella punkter, d v s träffpunkter, med utgångspunkt från skjuttiden.Alternatively, one can use a target predictor which, based on a predicted position, can give a signal corresponding to the prediction time. In this case, the ballistics calculation unit provides signaling that corresponds to one or more current points, ie hit points, based on the firing time.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN TEKNISKT PROBLEM Problemet med att bestämma träffpunkten beror av följande faktorer. Prediktorn ger en med tiden varierande signalgivning pà grund av att målet rör sig på ett varierat sätt. Konstant predik- tionstid ger således ej konstant predikterat läge. Även ballistik- beräkningen är tidsvariabel på grund av att förhållandena kan ändras allt eftersom, så t ex kan vindstyrkan ökas. Därtill kom- mer att ballistikberäkningen i sig är olinjär. Detta kan kompen- a 459 694 seras genom att kraftiga förenklingar i beräkningen införes.DESCRIPTION OF THE INVENTION TECHNICAL PROBLEM The problem of determining the point of impact depends on the following factors. The predictor gives a time-varying signaling due to the target moving in a varied way. Constant prediction time thus does not give a constantly predicted situation. The ballistics calculation is also time-varying due to the fact that conditions can change as time goes on, so for example the wind strength can be increased. In addition, the ballistics calculation itself is non-linear. This can be compensated by introducing strong simplifications into the calculation.

Sistnämnda faktum medför att träffpunkten inte kan bestämmas explicit, utan någon typ av iterativ (upprepad) metod måste an- vändas. Detta i sin tur medför att alla ingående ekvationer måste vara konstanta, d v s i det här aktuella fallet prediktionen, ballistikberâkningen och iterationen måste genomföras med konstanta ekvationer.The latter fact means that the point of impact cannot be determined explicitly, but some type of iterative (repeated) method must be used. This in turn means that all input equations must be constant, ie in this case the prediction, ballistics calculation and iteration must be performed with constant equations.

I enlighet med ovanstående varierar emellertid ekvationerna med tiden, vilket medför att alla utförda beräkningar måste ske oändligt snabbt för att ett acceptabelt resultat skall kunna uppnås. Om detta à andra sidan icke kan ske uppstår oönskade effekter i den iterativa beräkningen.In accordance with the above, however, the equations vary with time, which means that all calculations performed must be performed infinitely fast in order for an acceptable result to be achieved. If this, on the other hand, cannot happen, undesirable effects arise in the iterative calculation.

Om det antages att man först i beräkningskretsen bestämmer pre- diktionstiden med utgångspunkt från den utgångstid to och denna tillföres målprediktorn erhålles frànden senare ett predikterat läge som är fastställt vid tiden to + 151. Uppgiften om det pre- dikterade läget tillförs ballistikberäkningsenheten som skall bestämma flygtiden till ifrågavarande punkt. För denna bestämning är det givet att tiden = to +~A1. Bestämníngen i ballistikberäkningsenheten är klar vid tu + A1 +A2.If it is assumed that the prediction time is first determined in the calculation circuit based on the expiration time to and this is added to the target predictor, a predicted position is later obtained from the time set to the time to + 151. The information about the predicted position is given to the ballistics calculation unit. to the point in question. For this determination, it is given that the time = to + ~ A1. The determination in the ballistics calculation unit is completed at tu + A1 + A2.

Bestämning av ny prediktionstid i beräkningskretsen blir klar vid to +A1 +Å2 +A3, o s v. Al är således tiden för den första prediktionen. ÅÄZ är tiden för den första ballistikberäkningen. É>3 är tiden för bestämning av ny prediktionstid, o s v.Determination of a new prediction time in the calculation circuit is completed at to + A1 + Å2 + A3, etc. A1 is thus the time for the first prediction. ÅÄZ is the time for the first ballistics calculation. É> 3 is the time for determining a new prediction time, etc.

Om den gjorda iterationen antages konvergera, d v s flygtiden till det predikterade läget är = prediktionstiden, kan från be- räkningskretsen genereras en signalgivning som t ex svarar mot framförhàllníngen till målet.If the iteration made is assumed to converge, i.e. the flight time to the predicted position is = the prediction time, a signal can be generated from the calculation circuit which, for example, corresponds to the advance to the target.

En osäkerhet föreligger dock i ovanstående hittills utnyttjade metoder. På grund av de av beräkningstiderna förorsakade för- dröjningarna vet man i realiteten inget väsentligt om träff- 459 694 4' punkten vid den egentliga avfyringen. Det man vet är endast att om man hade skjutit vid tiden to så hade man träffat målet om balliseikfarhàiianaena naae varit sam ae via tiden t° +A1 rådande. Denna insikt koxnmer man fram till vid to +Å1 +42 +A3, men denna insikt får man för sent samtidigt som två ouppfyllda villkorssatser föreligger. a: LÖSNINGEN Uppfinningen har som huvudändamàl att föreslå en metod som löser bl a den i ovanstående angivna problematiken och utgår från att man skall ta hänsyn till beräkningstiderna och eliminera dessas effekter. I enlighet med uppfinningen förutsättes att man skaffar sig kännedom om hur lång tid iterationen tar. Denna tid anges som Tmax, som kan variera från fall till fall. Dessutom skall föränd- ringar i mâlprediktionen och ballistikberäkning kunna förutses.However, there is uncertainty in the above methods used so far. Due to the delays caused by the calculation times, nothing significant is known in reality about the point of 459 694 4 'at the actual firing. What is known is only that if one had fired at time two, one would have hit the target if the balliseikfarhàiianaena naae had been a ae via time t ° + A1 prevailing. This insight is obtained until to + Å1 +42 + A3, but this insight is obtained too late at the same time as two unfulfilled condition sets exist. a: THE SOLUTION The main object of the invention is to propose a method which solves, among other things, the problems stated above and assumes that the calculation times must be taken into account and their effects eliminated. In accordance with the invention, it is assumed that one acquires knowledge of how long the iteration takes. This time is given as Tmax, which may vary from case to case. In addition, it must be possible to anticipate changes in the target prediction and ballistics calculation.

Metoden innebär att dä iterationen startar i utgàngstidspunkten to låses màlprediktorn och ballistikberäkningsenheten så att de blir oberoende av efterföljande tidsvariationer. Förhållandena för málprediktion och ballistikberäkning uppskattas till att an- ta värden som föreligger vid.tiden to + Tmax. Iterationen utfö- res därefter på i och för sig känt sätt.The method means that when the iteration starts at the initial time to, the target predictor and the ballistics calculation unit are locked so that they become independent of subsequent time variations. The conditions for language prediction and ballistics calculation are estimated to assume values that exist at the time to + Tmax. The iteration is then performed in a manner known per se.

Det som mera konkret kan anses känneteckna uppfinningen är att tidsrymden för nämnda iterativa beräkningsförlopp förutbestämmes eller är förutbestämd, t ex med hjälp av att beräkningskretsen tillföres uppgifter härom respektive beräkningskretsen är för inproqrammerad med nämnda uppgifter, att málprediktorn och balli- stikberäkningsenheten låses vid beräkningsförloppets början så att deras efter läsningen utförda bearbetningsfunktioner beror endast på den parameter, t ex skjuttid, som fortsättningsvis skall beräknas, att màlprediktorn och ballistikberäkningsenheter- na bringas att arbeta med sådana värden på sina tillförda informationer som vid nämnda bearbetningsförlopps början förut- sättes föreligga vid slutet av nämnda tidrymd, och att nämnda signalgivning relateras till de genomförda iterativa beräknings- förloppen som utföres med sålunda låst prediktor, låst ballistik- beräkningsenhet och nämnda förutsedda förhållande vid slutet av nämnda tidsrymd. 459 694 FÖRDELAR Genom det i ovanstående föreslagna kan man på ett bättre sätt er- hålla en signalgivning som svarar mot den egentliga framförhåll- ningen. I fall där beräkningsförloppet, prediktionen och balli- stikberäkningen varierar i tiden, svaret skall föreligga i realtid och làsningstiden är större än 0, kan variationen således göras predikterbar. I förhållande till tidigare metoder (där man löst ovanstående problem så fort det gått och accepterat tidsförskjut- ningen) förutsättes i enlighet med den nya metoden att problemet i sig predikteras så att beräkningar och dylikt hinner genomföras.What can more concretely characterize the invention is that the time period for said iterative calculation processes is predetermined or is predetermined, for example by means of which the calculation circuit is supplied with information about this and the calculation circuit is too programmed with said tasks, that the case predictor and ballistic calculation unit are locked that their processing functions performed after the reading depend only on the parameter, eg firing time, which is to be calculated in the future, that the target predictor and the ballistics calculation units are made to work with such values of their supplied information which at the beginning of said processing is assumed to exist at the end of said time period, and that said signaling is related to the performed iterative calculation processes which are performed with thus locked predictor, locked ballistics calculation unit and said predicted condition at the end of said time period. 459 694 BENEFITS Through the above proposed, it is possible in a better way to obtain a signaling that corresponds to the actual foresight. In cases where the calculation process, the prediction and the ballistic calculation vary in time, the answer must be available in real time and the locking time is greater than 0, the variation can thus be made predictable. In relation to previous methods (where the above problems have been solved as soon as possible and the time lag has been accepted), it is assumed in accordance with the new method that the problem itself is predicted so that calculations and the like have time to be carried out.

FIGUPFÖRTECKNING En för närvarande föreslagen utföringsform av en metod som uppvi- sar de för uppfinningen signifikativa kännetecknen skall beskrivas i nedanstående under samtidig hänvisning till figur 1 som visar en beräkningskrets, en målprediktor och en ballistikberäkningsenhet kopplade i en sluten slinga, och figur 2 visar exempel pà vapensystem i förhållande till målet.LIST OF FIGURES A presently proposed embodiment of a method exhibiting the features significant to the invention will be described in the following with reference simultaneously to Figure 1 which shows a calculation circuit, a target predictor and a ballistics calculation unit connected in a closed loop, and Figure 2 shows examples of weapon system in relation to the target.

BÄSTA UTFÖRINGSFORMEN En beräkningskrets är angiven med l. Denna beräkningskrets kan ut- göras av i och för sig känt slag som är anordnat att iterativt bearbeta på dess ingång la införda data. Beräkningskretsen gene- rerar på sin utgång lb en signalgivning som svarar mot en predik- tionstid, vilken är den tid som ett mål tar för att flytta sig från ett innevarande läge fram till en träffpunkt mellan målet och en ammunitionsenhet som avfyras från ett utskjutningsläge. Nämnda beräkningskrets ingår i en sluten slinga tillsammans med en målprediktor 2 och en ballistikberäkningsenhet 3. Màlprediktorn mottar pà sin ingång 2a den från beräkningskretsen utgående infor- 459 694 'i mationen och ger på sin utgång Zb en signalgivning som motsvarar ett predikterat läge för målet, d v s ett läge målet förväntas ï inta efter den predikterade tiden, allt räknat från det innevaran- de läget för målet. Ballistikberäkningsenheten mottar i sin tur på sin ingång 3a den från målprediktorn utgående signalgivningen och förväntas att i beroende av denna på sin utgång ge en signalgiv- ning som svarar mot ammunitionsenhetens flygtid till målet. Ut- gàngen 3b är kopplad till ingången la på beräkningskretsen som mottar data i form av nämnda flygtidsangivelse. n De tre enheterna 1, 2 och 3 kan vara av i och för sig känt slag.BEST EMBODIMENT A calculation circuit is indicated by 1. This calculation circuit can be of a per se known type which is arranged to iteratively process data entered at its input 1a. The calculation circuit generates on its output lb a signal corresponding to a prediction time, which is the time it takes for a target to move from a current position to a point of impact between the target and an ammunition unit fired from a launch position. Said calculation circuit is included in a closed loop together with a target predictor 2 and a ballistics calculation unit 3. The target predictor receives at its input 2a the information 459 694 'emanating from the calculation circuit and gives at its output Zb a signal corresponding to a predicted position for the target. ie a position the target is expected to take after the predicted time, all calculated from the current position of the target. The ballistics calculation unit in turn receives at its input 3a the signal output emanating from the target predictor and is expected to give a signal emission corresponding to this at its output corresponding to the flight time of the ammunition unit to the target. The output 3b is connected to the input 1a of the calculation circuit which receives data in the form of said flight time indication. n The three units 1, 2 and 3 can be of a per se known type.

Dock skall målprediktorn 2 och ballistikberäkningsenheten vara låsbara såtillvida att de kan bringas arbeta med informationer som föreligger om målet respektive ballistiken vid det tillfälle då beräkningen av träffpunkten skall genomföras. Denna låsning har i figuren indikerats med ingångar 2c respektive 3c. Dessutom skall målprediktorn och ballistikberäkningsenheten vara utförda så att de efter nämnda låsning kan tillföras ytterligare informationer och i det fortsatta beräkningsförloppet arbeta med dessa ytter- ligare informationer. För målprediktorns 2 del utgöres nämnda ytterligare informationer av antagna uppgifter om målet och dettas beteende som förväntas föreligga vid beräkningsförloppets slut eller efter dess fullföljande. För ballistikenhetens 3 del avser nämnda ytterligare information uppgifter om ammunitionsenhetens ballistik som antages föreligga vid beräkningsförloppets slut eller efter fullföljandet av beräk- ningsförloppet. De ytterligare informationerna har i figuren angetts kunna vara tillförbar ytterligare ingångar 2d respektive 3d.However, the target predictor 2 and the ballistics calculation unit must be lockable insofar as they can be made to work with information that is available about the target and the ballistics, respectively, at the time when the calculation of the hit point is to be performed. This locking has been indicated in the figure by inputs 2c and 3c, respectively. In addition, the target predictor and the ballistics calculation unit must be designed so that they can be supplied with additional information after the said locking and in the further calculation process work with this additional information. For the target predictor 2, the said additional information consists of assumed information about the target and its behavior that is expected to exist at the end of the calculation process or after its completion. For the ballistics unit's part 3, the said additional information refers to information about the ammunition unit's ballistics which is assumed to be present at the end of the calculation process or after the completion of the calculation process. The additional information has been stated in the figure to be able to be supplied with additional inputs 2d and 3d, respectively.

Beräkningskretsen l bearbetar iterativt inkommande data, varvid bearbetningen kan ske åtminstone delvis med hjälp av sekantmeto- den. Beräkningsförloppet genomföres i olika varv. I det första varvet antages prediktionstiden vara 0. I andra varvet antages prediktionstiden bli lika med ammunitionsenhetens flygtid. övriga prediktionstider bestämmes i beräkningsenheten med nämnda sekant- metod (trigonometrisk funktion som är det inverterade värdet av 459 694 cosinus).The calculation circuit 1 processes iteratively incoming data, whereby the processing can take place at least in part by means of the secant method. The calculation process is carried out in different rounds. In the first round, the prediction time is assumed to be 0. In the second round, the prediction time is assumed to be equal to the flight time of the ammunition unit. other prediction times are determined in the calculation unit with the said secant method (trigonometric function which is the inverted value of 459 694 cosine).

Beräkningskretsen är försedd med en ytterligare informationsingáng lc. Efter beräkningsförloppet slut skall beräkningsenheten 1 pà en utgång ld alstra en signalgivning som innefattar information om nämnda träffpunkt.The calculation circuit is provided with an additional information input lc. At the end of the calculation process, the calculation unit 1 shall at one output ld generate a signal which includes information about said meeting point.

Funktionen i den i figuren visade uppkopplingen blir följande. I málprediktorn 2 införes via ingångar 2e fortlöpande information om målet och dettas beteende. I ballistikberäkningsenheten införes via ingångar 3 e fortlöpande data om ammunitionsenhetens ballis- tiska egenskaper och om de yttre förhållandena i samband med skjutningen. Utgángshastigheter och flyghastigheter samt karak- täristiska beteenden för ammunitionsenheten kan därvid bli aktu- ella. Då det gäller de yttre omständigheterna är vindstyrka, vind- riktning, och liknande intressanta.The function of the connection shown in the figure will be as follows. In case predictor 2, information about the target and its behavior is continuously entered via inputs 2e. In ballistics calculation unit, data on the ballistic properties of the ammunition unit and on the external conditions in connection with the firing are entered continuously via inputs 3 e. Output speeds and flight speeds as well as characteristic behaviors of the ammunition unit may then become relevant. When it comes to the external circumstances, wind strength, wind direction, and the like are interesting.

Då man beslutar att genomföra ett beräkningsförlopp sammankopplas nämnda enheter 1, 2 och 3 i nämnda slutna slinga. Det är givetvis möjligt att enheterna vid beräkningsförloppets början redan är sammankopplade. För respektive beräkningsförlopp antas den iterativa beräkningen ta en förutbestämd tidsrymd (jfr Tmax enligt ovan). Uppgifter om detta antagandet kan vara inprogrammerat i kretsen l eller kan tillföras via ingången lo. Vid beräknings- loppets början, eller innan beräkningsloppet, låses màlprediktorn och ballistiksberäkningsenheten med hjälp av pàverkningar via in- gångarna 2c respektive 3c. Efter denna låsning arbetar màlpredik- torn och ballistikberäkningsenheten med hjälp av páverkningar via ingångarna 2c respektive 3c. Efter denna läsning arbetar màlpre- diktorn och ballistikberäkningsenheten inte med efterföljande tidsvariabla funktioner. Till målprediktorn och ballistikberäk- ningsenheten införes även antagande om målet och dess beteende respektive ballistiken och de yttre omständigheterna, vilka an- taganden är knutna till de förhållanden som förväntas föreligga vid beräkningsförloppets slut eller efter beräkningsförloppet.When it is decided to carry out a calculation process, said units 1, 2 and 3 are connected in said closed loop. It is of course possible that the units are already interconnected at the beginning of the calculation process. For each calculation process, the iterative calculation is assumed to take a predetermined period of time (cf. Tmax as above). Information about this assumption can be programmed in circuit 1 or can be supplied via input lo. At the beginning of the calculation run, or before the calculation run, the target predictor and the ballistics calculation unit are locked by means of influences via inputs 2c and 3c, respectively. After this locking, the target predictor and the ballistics calculation unit work by means of influences via inputs 2c and 3c, respectively. After this reading, the target predictor and ballistics calculation unit do not work with subsequent time-variable functions. The target predictor and the ballistics calculation unit are also introduced assumptions about the target and its behavior, respectively the ballistics and the external circumstances, which assumptions are linked to the conditions that are expected to exist at the end of the calculation process or after the calculation process.

Därefter genomföres de iterativa beräkningarna pá i och för sig känt sätt med den skillnaden att màlprediktorn och ballistikbe- 459 694 räkningsenheten är låsta pà angivet sätt och nämnda antaganden är införda i beräkningsenheten 1, málprediktorn 2 och balli- stíkberäkningsenheten 3.Thereafter, the iterative calculations are performed in a manner known per se, with the difference that the target predictor and the ballistics calculation unit are locked in the specified manner and the said assumptions are entered in the calculation unit 1, the target predictor 2 and the ballistics calculation unit 3.

Efter beräkningsförloppets slut erhålles den avgivna signalgiv- ningen om träffpunkten pà utgången ld.After the end of the calculation process, the given signal is received about the point of impact at the output ld.

I figuren 2 är ett màl angivet med 4, en ammunitionsenhet med 5 och en träffpunkt med 6. Till màlprediktorn 2 införes informa- tion 7 från målet. Delar av màlets bana är angivna med en hel- dragen linje 8. Avståndet mellan màlets innevarande läge L och predikterade läge L' är angivet med A. Signalgivningen från utgången ld skall ge en förändrad inställning av ammunitions- enheten 5, vilken förändrade inställning är índikerad med vinkeln 0(i figuren 2. Ammunitíonsenhetens 5 läge, d v s har angetts med L". avfyringsläge, Uppfinningen är inte begränsad till den i ovanstående angivna utföringsformen utan kan underkastas modifikationer inom ramen för efterföljande patentkrav och uppfinningstanken.In Figure 2, a target is indicated by 4, an ammunition unit by 5 and a hit point by 6. Information 7 from the target is entered into the target predictor 2. Parts of the path of the target are indicated by a solid line 8. The distance between the current position L of the target and the predicted position L 'is indicated by A. The signaling from the output ld should give a changed setting of the ammunition unit 5, which changed setting is indicated with the angle 0 (in figure 2. the position of the ammunition unit 5, i.e. has been indicated by L ". firing position, The invention is not limited to the embodiment stated above but can be subjected to modifications within the scope of the appended claims and the inventive concept.

Claims

A method for determining a point of impact (6) between a movable target (4) and an ammunition unit (5) which is in a firing position (L ") and using a calculation circuit (1) for iterative processing of data, a target predictor (2), in which continuous information about the target is entered, and a ballistics calculation unit (3), in which information about firing conditions, eg the ammunition unit's exit and flight speeds, wind speed, etc., is entered, whereby the calculation circuit, target prediction tower and the hallistics calculation unit are connected or are connected in a closed loop, in which a signal giving is generated by iterative calculation processes corresponding to the distance between the current position of the target and said meeting point (6), characterized in that the time space (Tmax) for the said iterative calculation process is predetermined or is predetermined, eg by means of which the calculation circuit is supplied with information about this or the calculation circuit is pre-programmed with the mentioned information, that the target predictor and the ballistics calculation unit are locked at the beginning of the calculation process so that their processing functions performed after the reading depend only on the parameter, e.g. firing time, which will continue to be calculated, that the target predictor and the ballistics calculation units are made to work with such values of their supplied information that at the beginning of said processing process are assumed to be present at the end of said time period, and that said signaling is related to the performed iterative calculation processes. is performed with thus locked predictor, locked ballistics calculation unit (3) and said predicted condition at the end of said time period.