SE468725B - Saett och anordning foer att vid ett vapensystem bestaemma framfoerpunkter foer ett roerligt maal - Google Patents

Description

_|\.

O\ OO \'l [xD 01 w - Màlets hastighetsvektor antas vara konstant till storlek och riktning, dvs konstant hastighet i de tre koordinaterna under hela skjuttiden.

- Hastighetsvektorns riktning antas vara konstant men målet antas accelerera eller retardera i vektorns riktning.

- Målet antas följa en bana med konstant acceleration i de tre koordinaterna.

- Målet antas röra sig i en cirkelbana. I denna màlmodell kan man anta antingen en konstant utbredningshastighet eller tillåta acceleration längs cirkelperiferin.

- Målet rör sig med konstant acceleration men ändrar accelerationen vid slumpmässigt valda tider. Accelerationsvärdet är gaussfördelat och tid med konstant acceleration poissonfördelat. Accelerationen kan ske i en eller i alla tre koordinaterna.

Ett problem som berör predikteringen är att màlets inmätta position är behäftat med brus. Detta brus medför att màlets läges- och rörelsetillstånd måste filtreras fram innan dessa kan utnyttjas för prediktering av màlets framtida tillstànd. Ett filter innebär dock 'alltid en fördröjning och vi får således ett system som inte momentant kan svara på snabba förändringar i màlets verkliga rörelsetillstånd.

Det stora predikteringsproblemet är dock att màlets rörelsetillstånd nästan aldrig kan anses vara konstant under hela skjuttiden. I ett system med kanonluftvärn t ex, skall eldledningssystemet kunna prediktera màlets framtida position upp till 10 sekunder framåt i tiden. Till denna tid skall man sedan addera filtrets fördröjning som kan vara ett antal sekunder. Av naturliga skäl försöker alltid piloten, genom manövrar, minimera tiden under vilken målet befinner sig i ett konstant rörelsetillstànd och följaktligen kommer det predikterade läget vara korrekt endast på skjutavstànd med mycket liten skjuttid.

Nackdelen med de fyra första màlmodellerna som redovisats ovan är att de förutsätter ett konstant rörelsetillstànd under hela skjut- tiden vilket inte kan anses vara sannolikt. Ingen modell utnyttjar heller det faktum att syftet med màlets manövrar oftast är att komma i ett sådant läge att bekämpning av anfallsobjektet blir möjlig. Detta läge består i en kort rakbanefas under vilken piloten kan rikta in och avfyra sin vapenlast. En typisk situation med ett dykanfall mot ett skyddsobjekt visas i figur 1 där nackdelarna framgår. Figuren visar màlets position vid ett antal tidpunkter samt positionen för de framförpunkter som blir resultatet med traditionell prediktering då màlets rörelsetillstánd antas vara konstant under hela skjuttiden. Verkan mot det anfallande málet är endast möjlig i ett sent skede pá kort avstånd. Det är också troligt att màlet hunnit fälla sin vapenlast innan det kan bekämpas. Ändamålet med denna uppfinning är att lösa de predikteringsproblem som berörts ovan eller i varje fall åstadkomma en bättre modell för hur målet kommer att bete sig och därmed öka sannolikheten för att målet bekämpats innan det hinner tömma sin vapenlast.

Uppfinningen bygger pá en deterministisk màlmodell där màlets rörelsetillstánd (hastighet och acceleration) förändras under skjuttiden, dvs tid fràn avfyring av projektil till träff i målet.

Uppfinningen kännetecknas därvid i huvudsak av att - positionerna för troliga anfallsobjekt tillförs systemet, - dessa positioner utnyttjas vid beräkning av framförpunkten, och - att målmodeller, dvs hypoteser för hur målet kommer att röra sig, i form av kombinationer av cirkelperiferier, klotytor och/eller räta linjer utnyttjas vid framförpunktsberäkningen. 468 725 4 Genom att tillföra systemet läget för troliga anfallsobjekt kan denna information utnyttjas för att pà ett effektivare sätt prediktera màlets sannolika framförpunkt. Málmodellerna som utnyttjas vid framförpunktsberäkningen byggs upp av ett antal komponenter som cirkelperiferier, klotytor samt räta linjer och kombineras pà ett sàdant sätt att de överensstämmer med màlets syfte med dess manövrar, nämligen att angripa fördefinierade skyddsobjekt.

De fördelar som uppnås med uppfinningen är längre effektiv skott- vidd för vapensystemet vid manövrerande mål, högre träffsannolikhet samt möjlighet att bekämpa mál innan det hunnit fälla sin vapen- last.

FIGURBESKRIVNING I det följande skall ett exempel pá uppfinningen närmare beskrivas i anslutning till bifogade ritningar varvid figur 1 visar en typisk situation där målet gör ett dykanfall mot ett skyddsobjekt, figur 2 indikerar en kontinuerlig uppmätning av màlets position i rymden, figur 3 visar hur denna information utnyttjas för att definiera ett rörelseplan och en cirkelperiferi som målet antas utbreda sig längs, figur 4 visar hur positionen för skyddsobjekt, som bedöms vara viktiga för en angripare att slå ut, mäts in exempelvis i rätvink- liga koordinater och tillförs systemet, figur 5 indikerar hur ett rörelseplan kontinuerligt beräknas under màlföljningen, figur 6 visar en första rörelsemodell, figur 7 visar en andra rörelsemodell, figur 8 visar en tredje rörelsemodell, figur 9 visar en fjärde rörelsemodell, figur 10 visar en femte rörelsemodell, figur 11 visar en rörelsemodell med horisontell korrektion och figur 12 visar en sammanfattning, dvs vilken rörelsemodell som utnyttjas under olika delar av anflygningen mot ett skyddsobjekt.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Allmänt Som nämnts inledningsvis är det stora predikteringsproblemet att målets rörelsetillstànd nästan aldrig är konstant under skjuttiden.

Màlets manövrer är oftast betingade av att komma i ett sådant läge att bekämpning av anfallsobjektet blir möjlig. En typisk situation visas i figur 1 där ett mål (flygplan) 1 manövrerar till en kort rakbanefas under vilken piloten kan rikta in och avfyra sin vapen- last mot ett skyddsobjekt 2. Figuren visar målets position vid ett antal tidpunkter samt för de framförpunkter som blir resultatet med traditionell prediktering då målets rörelsetillstånd antas vara konstant under hela skjuttiden. Verkan mot det anfallande målet 1 är då endast möjlig i ett sent skede pà kort avstånd. Det är också troligt att målet i ett sådant fall hunnit fälla sin vapenlast innan det kan bekämpas. 468 725 6 Genom att via en sensor kontinuerligt mäta målets position i rymden och i nästa steg filtrera dessa mätvärden kan man uttrycka målets läges- och rörelsetillstånd i t ex rätvinkliga koordinater. Dessa tillstånd utgörs då av vektorerna r, v och a enligt figur 2. Dessa vektorer kan sedan utnyttjas för att definiera ett rörelseplan samt en cirkelperiferi som målet antas utbreda sig längs (figur 3, Referens 1). Man kan dock notera att ett rörelseplan och en cirkel- periferi endast blir definierade om accelerationsvektorn (a)á nollvektor och hastighetsvektorn lv) inte är parallell med accelerationsvektorn (a). Om dessa villkor inte uppfylls blir man tvungen att anta en utbredning längs v.

Lösningen Systemet skall erbjuda möjlighet att definiera positionen, relativt eldledningssystemet, för aktuella skyddsobjekt. Dessa skyddsobjekt är sådana objekt som man bedömer vara viktiga för en angripare att slå ut. På ett fartygssystem är givetvis fartyget i sig ett viktigt skyddsobjekt. Positionen kan t ex anges i rätvinkliga koordinater och tillförs systemet via tumhjul, meny eller liknande. Exempel på förfarandet visas i figur 4. Denna parameterinmatning görs endast efter gruppering av systemet men kan ändras vid behov. I figuren visas tre ytterligare skyddsobjekt som exempel: en flyghangar 2', en radarstation 2" och en bro 2"'.

Under målföljning beräknas kontinuerligt det rörelseplan som nämnts ovan. Positionen för skyddsobjektet projiceras i detta plan och den då erhållna punkten i planet utnyttjas sedan av prediktorn för att beräkna en sannolik målrörelse. Anledningen till att inte skydds- objektets absoluta koordinater utnyttjas för detta ändamål är ju givetvis för att det inte är troligt att denna punkt kommer att ligga i det beräknade rörelseplanet. Dessutom kan vi ha en situation enligt figur 5 som visar en typ av bombraid. I detta fall är det troligt att målet riktar in sig i horisontalplanet men inte mot målets höjdkoordinat. ~.1 -Fä CN G3 \J h) (fl Ett antal rörelsemodeller definieras och växlingar mellan dem görs kontinuerligt beroende pá málets uppträdande. Dessa modeller beskrivs nedan med förklarande figur. Abrupta lägesförändringar för framförpunkten undviks genom att två rörelsemodeller mellan vilka växlingar kan ske, producerar samma framförpunkt i gränsövergàngarna.

Rörelsemodell 1 (fig 6) I detta fall är accelerationen O, alternativt endast acceleration i utbredningsriktningen. Genom att ingen acceleration existerar tvärs utbredningsriktningen blir heller inget rörelseplan definierat.

Detta är ekvivalent med att tala om oändlig krökningsradie på cirkelrörelsen. Vi antar i detta fall att rörelsetillstàndet är konstant under skjuttiden.

Rörelsemodell 2 (fig 7) För denna rörelse gäller att acceleration existerar tvärs utbredningsriktningen och sålunda kan ett rörelseplan beräknas.

Denna modell utnyttjas då målet manövrerar bort frán skyddsobjektets projektion i planet eller då denna projektion innesluts av den framräknade cirkeln. I båda dessa fall antar man att málets rörelsetillstànd är konstant under hela skjuttiden.

Rörelsemodell 3 (fig 8) Likaledes definierar málaccelerationen och hastigheten ett rörelse- plan som målet antas utbreda sig i. Om man inte gör antagandet att málets rörelsetillstànd förändras under skjuttiden, leder detta till att riktningen på málets utbredningsvektor antas passera förbi det projicerade skyddsobjektet. Detta antas vara mindre sannolikt och därför gör man antaganet att målet (piloten) väljer att plana ut mot det projicerade skyddsobjektet och angripa detta. Detta är givetvis en grov approximation eftersom en successiv utplaning torde vara mer realistisk dvs krökningsradien ökar mer och mer.

Approximationen är dock god nog eftersom málets rörelsetillstànd ändå inte kan beräkas exakt p g a mätbrus. Accelerationen i utbred- ningsriktningen antas vara konstant även efter utplaningen. Û\ ÛÛ 725 8 Rörelsemodell 4 (fig 9) Förutsatt att rörelsemodell 3 har utnyttjats i ett tidigare skede sker växling till denna rörelsemodell efter det att målets utbred- ningsvektor passerat förbi det projicerade skyddsobjektet. Denna modell kan synas vara underlig eftersom krökningscentrum på cirkel- banan (p') antas vara 1800 förflyttad i förhållande till den beräknade (p). Motivet är att man kompenserar för filtrets efter- släpning. Denna eftersläpning medför att även om målet utför en ideal manöver (cirkelbana - rakbana) så kommer ett filter att producera en cirkelrörelse med successivt ökande radie. Ett avstånd (b) beräknas som anger troligt avstånd till skyddsobjektets projek- tion då målet har planat ut i fullständig rakbana. Detta avstånd är beroende av avståndet till målet samt tidigare framförpunkt.

Rörelsemodell 5 (fig 10) Förutsatt att rörelsemodell 4 har utnyttjats i ett tidigare skede sker växling till denna modell efter det att ett krökningscentrum producerats som medför att målet anses manövrera i riktning mot det projicerade skyddsobjektet. Denna málrörelse kan sägas vara identisk med rörelse 3 med den skillnaden att en kortare krökningsradie än den beräknade antas. Vid det tillfälle då den beräknade kröknings- radien (p) blir mindre än den antagna (p') återgår man givetvis till rörelsemodell 3. Ett avstånd (b) beräknas som anger troligt avstånd till det projicerade skyddsobjektet då målet antas ha planat ut i fullständig rakbana. Detta avstånd är beroende av avståndet till målet samt tidigare framförpunkt.

Rörelsemodell med horisontell korrektion (fig ll) Som tidigare nämnts arbetar man inte med skyddsobjektets absoluta koordinater. I stället projiceras skyddsobjektets position kontinuer- ligt i det rörelseplan som definieras av målets hastighets- och accelerationsvektor. Detta innebär att alla rörelsemodeller, även de som antar en förändring av målets rörelsetillstånd under skjut- tiden, arbetar med hypotesen att målet kommer förflytta sig i detta 9 - 468 725 plan under hela skjuttiden. För att ytterligare utnyttja positionen för det troliga anfallsmålet vid bestämning av framförpunkten kan man som ett tillägg göra antagandet att målet kommer att manövrera utanför rörelseplanet för att komma i linje med skyddsobjektet.

Denna korrektion tillåts dock endast i horisontalplanet eftersom det inte är säkert att målet riktar in sig mot skyddsobjektets höjdkoordinat. Korrektionen görs också endast om kortaste avståndet mellan skyddsobjektet och rörelseplanet är någorlunda begränsat.

Denna kombinerade rörelsemodell resulterar i att målet antas förflytta sig längs en klotyta samt en rät linje. Situationen beskrivs lättast med figur ll, där man har någon typ av dykanfall mot ett skyddsobjekt. Då målet befinner sig enligt figuren kommer rörelsemodell 3 att utnyttjas. Utan korrektion i horisontalplanet blir resultatet att målet antas följa den streckade trajektorian och vi får ett relativt stort fel i sida vid bestämning av framförpunkten. Om däremot korrektion utförs i horisontalplanet antar man att målet förflyttar sig längs den heldragna trajektorian och vi får ett bättre resultat. Korrektionen kan naturligtvis också utnyttjas för rörelsemodellerna 4 och 5.

Rörelsemodell - sammanfattning (fig 12) I figur 12 visas ett enkelt exempel som anger vilken rörelsemodell som utnyttjas under olika delar av anflygningen mot ett skyddsobjekt.

Anflygningen visas sedd uppifrån och är endast schematisk.

Givetvis kan man tänka sig en rörelsemodell som byggs upp med andra komponenter än cirkelperiferier, klotytor och räta linjer. Det unika med lösningen är ju att man kombinerar ett antal rörelsemodeller för att på så sätt bygga upp en spårbunden banform där man utnyttjar att anfallsobjektets position är känt. Vid de fall då flera skydds- objekt definierats kan man också låta beräkningsenheten beräkna olika framförpunkter. Eldledningssystemet kan då rikta de anslutna vapensystemen (förutsett att flera finns anslutna) mot de olika framförpunkterna och efter hand som vissa framförpunkter kan förkastas, samlas elden mot den mest sannolika.

REFERENSER 1. Mekanik, Partikeldynamik - del 1, Anders J Thor, Anders Höglund

Claims (5)

4 G o ~J “N oj /0 PATENTKRAV

1. Sätt att vid ett vapensystem bestäma läget hos en eller flera framförpunkter för ett rörligt mål (l) som utför manövrar i det tredimensionella rummet i syfte att komma i ett sådant läge att fällning av dess vapenlast mot ett anfallsob- jekt (2) blir möjlig, varvid såväl målets aktuella läges- och rörelsetillstånd som dess predikterade läge (framförpunkten) beräknas och att lägesinformationen hos framförpunkten omvandlas till vinkelinställningar hos vapensystemet k ä n - n e t e c k n a t a v att positionerna för troliga anfallsobjekt (2) är anordnade att tillföras systemet, att dessa positioner utnyttjas vid beräkning av framförpunkten resp framförpunkterna och att ett antal rörelsemodeller kombi- neras för att på så sätt bygga upp en hypotetisk banform (målmodell) efter vilken målet antas röra sig.

2. Sätt enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a t a v att målmodellen byggs upp av cirkelperiferier, klotytor samt räta linjer.

3. Sätt enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a t a v att positionen hos ett anfallsobjekt (2) anges i rätvinkliga koordinater och tillförs systemet via tumhjul, meny eller lik- nande.

4. Anordning för att vid ett vapensystem bestämma läget hos en eller flera framförpunkter för ett rörligt mål (1) som utför manövrar i det tredimensionella rummet i syfte att komma i ett sådant läge att fällning av dess vapenlast mot ett anfalls- objekt (2) blir möjlig, innefattande organ för beräkning av måletiaktuella läges- och rörelsetillstånd och målets predik- terade läge (framförpunkten) samt omvandling av lägesinforma- tionen hos framförpunkten till vinkelinställningar hos vapen- 1/ 468 72 systemet k ä n n e t e c k n a d a v organ för att tillföra positionerna för troliga anfallsobjekt (2) till systemet, och att dessa positioner utnyttjas vid beräkning av framförpunkten resp framförpunkterna och att ett antal rörelsemodeller är anordnade att kombineras för att pà så sätt bygga upp en hypotetisk banform (målmodell) efter vilken målet antas röra sig.

5. Anordning enligt patentkrav 4 k ä n n e t e c k n a d a v att màlmodellen utgörs av en kombination av cirkelperi- ferier, klotytor samt räta linjer.