SE517023C2 - Förfarande för styrning av en robot och ett styrsystem för styrning av en robot - Google Patents

Description

25 30 517 025 2 svårighetema enligt ovan. Det krävs någon form av styrning av den avfyrade roboten under dess färd mot målet.

Därvid har tidigare föreslagits att för mediumavstånd använda ett styrningsforfarande känt under nanmet Predicted Line Of Sight (predikterad siktlinje, PLOS). PLOS är ett rent ”Fire and Forget” system. Före utskjutning estimerar skytten vinkelhastigheten med vilken siktlinj en vrider sig i hans sikte mot ett rörligt mål. Vinkelhastigheten mäts av robotens hastighetsgyron och en estimator. Baserat på estimerad vinkelhastighet predikteras målets läge som fimktion av tid efier utskjutningen och styrs roboten mot målets predikterade läge.Samtídigt elimineras inverkan av jordens dragningskrafl. Det finns emellertid ett antal felkällor som begränsar styrningsförfarandet enligt PLOS och som gör att målets predikterade läge inte alltid överensstämmer med målets verkliga läge. Fel enligt nedan kan göra att roboten avviker från önskad anslagspunkt eller överflygningspunkt. - fel i siktningen vid utskjutning mot målet, - fel i estimeringen av siktlinjens vinkelhastighet, - fel beroende på att vinkelhastigheten antagits konstant, - fel i robotens styrloop, - fel orsakade av felestimering av störningar från omgivningen, såsom vind etc., - fel förorsakade av ofullkomligheter i robot och sensorer.

Banavvikelsen ökar normalt med flygtiden i kvadrat och målets hastighet. Målets rörelseriktning är en annan faktor som har stort inflytande på banavvikelsen.

Mot bakgrund av ovanstående finns således ett behov att öka träffsäkerheten på större avstånd som i detta sammanhang kan handla om avstånd inom exempelvis intervallet 300 - 1000 meter. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att förbättra träffsäkerheten for PLOS- baserade styrningsförfaranden. Uppfinningsändarnålet uppnås genom ett forfarande kännetecknat av att skytten under ett andra efterföljande tidsintervall följer upp robotens verkliga läge i förhållande till målets predikterade vinkelposition för att vid 10 15 20 25 30 517 023 3 observerad avvikelse kunna sända ett korrektionskommando till roboten för korrektion av för roboten predikterad bana, samt ett styrsystem kännetecknat av att en kommunikationslänk är inrättad att överföra eventuella korrektionskommandon från skytten till roboten under ett andra efterföljande tidsintervall för korrektion av för roboten predikterad bana.

Genom att skytten har möjlighet att fortsatt följa roboten mot målet och påverka robotens bana, kan skytten om han bedömer att roboten inte ligger inom ett acceptabelt avstånd från siktlinjen införa en korrektion som flyttar roboten mot siktlinjen. Skyttens möjlighet att följa upp och korrigera robotens kurs gör att felen enligt uppräkningen ovan åtminstone delvis kan kompenseras. Införandet av korrigeringsmöjligheten under robotens färd mot målet ökar möjligheterna att skjuta på längre avstånd och att träffa snabba och/ eller manövrerade mål.

Det kan hår observeras att i det fall målet är stillastående kan skytten avfyra roboten direkt mot målet. Han har även då möjlighet att korrigera avvikande robotbanor.

Enligt ett fördelaktigt utförande av förfarandet korrigeras robotens bana under det andra tidsintervallet en stegvis korrektion i motsatt riktning mot den observerade avvikelsen vid mottagning av ett från skytten aktiverat korrektionskommando. Ett därvid hanteringsmässigt fördelaktigt utförande kännetecknas av att korrektionen av robotens bana under det andra tidsintervallet i motsatt riktning mot den observerade avvikelsen utförs i ett eller två steg. En korrektion i ett eller två steg är vad en kvalificerad skytt bedöms kunna hantera stressad av fientligt mål och de krafter som utvecklas under utskjutningsförloppet.

Enligt ett annat fördelaktigt utförande korrigeras en under det första tidsintervallet estimerad målvinkelhastighet under det andra tidsintervallet, varvid robotbanan korrigeras proportionellt mot skjutavståndet, resulterande i en stegvis korrektion i motsatt riktning mot den observerade avvikelsen vid mottagning av ett från skytten aktiverat korrektionskommando. 10 15 20 25 30 5174023 Med fördel utförs korrektion av robotens bana baserat på av skytten utsända korrektionskommandon för målavstånd större än 300 meter.

Ett fördelaktigt utförande av styrsystemet enligt uppfinningen är kännetecknat av att kommunikationslänken på sändarsidan är ansluten till robotens avfyringsmekanism via en avkodare som baserat på skyttens korrektionskommandon i form av tryckningar på avfyringsmekanismen identifierar skyttens korrektionskommandon och via en sändare transmitterar informationen till roboten. Styrsystemet kräver inga extra inmatningsorgan på sändarsidan av kommunikationslänken, utan korrektionskommandona kan matas via samma avtryckare som används vid vinkelhastighetsbestämning och avfyring. Detta underlättar skyttens hantering av vapnet och gör att han snabbt efter avfyring kan följa upp robotens bana för en eventuell korrigering.

På mottagarsidan lokaliserad till roboten innefattar kommunikationsläriken enligt ett lämpligt utförande en mottagare för mottagning av skyttens korrektionskommandon och en dataenhet ansluten till mottagaren. Dataenheten är därvid lämpligen anordnad att med hjälp av ordinarie styralgoritmer styra roboten i den önskade predikterade banan via ett i roboten ingående styrdon, företrädesvis med hetgasdrivning via styrda ventiler eller med aerodynamiska roder, baserat på mottagna korrektionskommandon och information från robotens tröghetssensorer.

Styrsystemets kommunikationslänk arbetar enligt ett fördelaktigt utförande med laserljus.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan i exemplifierad form under hänvisning till bifogade ritningar, där: Figur 1 schematiskt visar ett bärbart pansarvärnsvapen försett med ett styrsystem enligt uppfinningen.

Figur 2 schematiskt illustrerar styrningen av en robot mot ett stridsvagnsmål med korrektion enligt uppfinningen av banan. 10 15 20 25 3 0 517 023 5 Figur 3a - 3c illustrerar tre olika robotlägen relativt ett stridsvagnsmål.

Figur 4 illustrerar korrigeringszoner relativt ett stridsvagnsmål i det fall korrigering kan utföras i två steg.

Figur 5 schematiskt visar sändarsidan av en kommunikationslärik ingående i ett styrsystem enligt uppfinningen.

Figur 6 schematiskt visar mottagarsidan av en kommunikationslärik ingående i ett styrsystem enligt uppfinningen.

Det i figur 1 visade pansarvärnsvapnet 1 innefattar bl a ett eldrör 2 med en genom streckade linjer antydd robotde13. På eldröret finns ett sikte 4 och ett handtag 5 med avtryckare 6. Vidare kan ett axelstöd 7 och ett utfallbart skjutstöd 8 identifieras.

Under hänvisning till figur 2 beskrivs schematiskt avfyrning mot ett rörligt mål utnyttjande styrningstörfarandet PLOS kompletterat med skyttstyrd korrektion.

Vid avfyring mot ett rörligt mål 9, här i form av en stridsvagn, följer skytten 10 målet några sekunder före utskjutning. Ett gir- och lutningsgyro i roboten, icke visade, mäter vapnets vinkelhastighet för att estimera målets vinkelhastighet under användning av en estimator baserad på Kalman teknologi. Altemativt kan ett girgyro och en lutningsaccelerometer användas för mätningen. Styrningen baseras på den information som erhålls fore utskjutning. En dataenhet 21, som kommer att beskrivas närmare under hänvisning till figur 6, beräknar robotens bana 12. Banan kontrolleras av under hänvisning till figur 6 beskrivna tröghetsstyrda sensorer, styralgoritmer och styrdon med hetgasoch styrda ventiler. För att angripa stridsvagnens svagaste del kan roboten styras i en bana som i höjdled ligger över stridsvagnens överdel. Stridsvagnen kan då attackeras uppifrån när roboten flyger över, s k OTA-mod (Qverfly Iop gttack).

Styrningen enligt uppfinningen kan tillämpas såväl vid överflygning som vid direkt attack (Impact Mode) och någon detaljerad redovisning av de olika modema kommer inte att göras i det följande. 10 15 20 25 3 0 517 023 6 När målet befinner sig vid [-1] börjar skytten sin vinkelmätriing. Vid punkt [O] avfyrar han roboten. Den estimerade vinkelhastigheten predikterar att målet kommer att vara vid [1] när roboten når fram altemativt passerar över målet. Sålunda följer roboten en siktlinjebana som slutar vid punkt [1]. När målet är vid punkt [2] detekterar skytten en avvikelse mellan målet och roboten. Uppskattningen av vinkelhastigheten var för hög eller så har målet saktat in. Situationen tyder på att målet kommer att vara vid punkt [3] istället för punkt [1] vid målpassage. Roboten kommer att befinna sig framför målet.

Om skytten följer robotens väg mot målet har han möjlighet att korrigera robotens kurs. Ett av skytten 10 avgivet korrektionskomrnando transmitteras till roboten. Detta får roboten att ändra kurs och styra in mot en bana 13 som slutar vid punkt [3]. Banan från korrektionstillfallet fram till punkt [3] har betecknats med 14. Eftersom felet i PLOS-mod är mycket litet är denna enkla korrektionsmetod tillräcklig och den är ej jämförbar med normal CLOS-styrning (Qommande to I_.ine Qfåight).

I figur 3a-3c illustreras tre exempel på robotlägen relativt målet i form av en stridsvagn 9 med fårdriktning enligt pilen 15. Exemplen avser OTA-mod. Enligt exemplet i figur 3a ligger roboten 3 rätt i kurs för att nå målet. Här behövs ingen kurskorrigering av roboten. Tvärtom kan en eventuell kurskorrektion äventyra robotens möjligheter att slå ut stridsvagnen. Enligt figur 3b ligger roboten 3 på en kurs som medför att roboten passerar bakom stridsvagnen 9. Här behövs en kurskorrektion av roboten i stridsvagnens färdriktning 15. Enligt figur 3c ligger roboten 3 på en kurs som medför att roboten kommer att passera framför stridsvagnen 9. Här behövs en kurskorrektion av roboten motsatt stridsvagnens färdriktning 15. En enkel variant att kommunicera kurskorrektioner med roboten 3 är att skytten 10 ger korrektionskommandon i form av tryckningar på avfyringsmekanismen. En tryckning kan då betyda att robotens kurs skall korrigeras i målets fårdriktning, medan två tryckningar betyder korrektion motsatt färdriktningen.

Alternativt kan man tänka sig att införa dubbla avtryckare, varvid den ena avtryckaren korrigerar i målets fardriktning och den andra motsatt färdriktningen. Vid denna alternativa utformning är det även tänkbart att införa flera korrektionsnivåer.

Förslagsvis får en tryckning definiera en första korrektionsnivå och en dubbeltryckning 10 15 20 25 30 517 023 7 en andra större korrektionsnivå. Figur 4 illustrerar situationen med två korrektionsnivåer. Om roboten 3 befinner sig i zonema R1 eller R2 krävs en korrektion motsatt målets fardriktning, medan om roboten befinner sig i zonerna Ll eller L2 det krävs en korrektion i målets firdriktning. För korrektion i zonerna Rl och Ll som avser en mindre korrektion gäller en tryckning, medan för korrektion i zonema R2 och L2 som avser en större korrektion gäller en dubbeltryckning. Inom zonen 0 ligger roboten 3 rätt och ingen korrektion skall utföras.

Figur 5 visar schematiskt sändarsidan av en kommunikationslänk ingående i ett styrsystem enligt uppfinningen. Avtryckaren 6 är härvid kopplad till en avkodare 16 som står i förbindelse med en sändare i form av en laserdiod 17 med optik 18. Av- kodaren 16 identifierar av skytten via avtryckaren 6 inmatade avtryckningar och fastställer typ av korrektion. Information om den identifierade korrektionstypen transmitteras via sändaren 17 och dess optik 18 till kommunikationslänkens mottagarsida.

På kommunikationslänkens mottagarsida inrymd i roboten firms såsom framgår av figur 6 en fotodiodl9 ansluten till en mottagare 20. Mottagaren mottager via fotodioden 19 information om korrektionstyp. En estimator 24 estimerar målvinkelhastigheten baserat på information mätt före skott medelst robotens sensorplattform 25 med gyron och accelerometrar, samt den tillhandahållna korrektionsinformationen. Den estimerade målvinkelhastigheten matas vidare till en dataenhet 21 som predikterar en önskad robotbana. Dataenheten 21 står i kontakt med robotens sensorplattform 25 och styrdon 23 med hetgas och styrda ventiler eller roder och styr styrdonet 23 i beroende av information från mottagaren 20 och sensorplattformen 25 och som har hanterats av estimatom 24 och/eller dataenheten 21. Den streckade linjen 22 indikerar överföring av mätvärden före skott. Styrdonet 23 påverkar robotens aerodynamik, symboliserat genom blocket 26, och en resulterande bana för roboten erhålls som sensorplattformen 25 avkänner.

Uppfinningen är inte begränsad till ovan angivna utföranden, utan inom uppfinningens ram såsom den är definierad i de till beskrivningen fogade patentkraven ryms en mängd alternativa utföranden. Exempelvis kan man tänka sig att utföra korrektion i höjdled 5178 023 istället för eller kombinerat med sidled. Genom införande av korrektion i höjdled kan träffsäkerheten avsevärt förbättras på långa skjutavstånd t ex över 700 meter.

Claims (10)

10 20 517 023 “i Patentkrav

1. l. Förfarande för styrning av en robot som avfyras mot ett mål, varvid målets vinkelhastighet bestäms baserat på skyttens följning av målet under ett första tidsintervall före robotens avfyring under vilket åtminstone en första och en andra vinkelposition för målet registreras och den mellanliggande tidsrymden och varvid baserat på den bestämda vinkelhastigheten vinkelpositionen som målet antas ha när roboten når fram till målet predikteras och roboten styrs kontinuerligt i en önskad predikterad bana mot antagen vinkelposition som funktion av tid och robothastighet, kännetecknat av att skytten under ett andra efterföljande tidsintervall följer upp robotens verkliga läge i förhållande till målets predikterade vinkelposition för att vid observerad avvikelse kunna sända ett korrektionskommando till roboten för korrektion av för roboten predikterad bana.

2. Förfarande enligt patentkravet l, kännetecknat av att robotens bana under det andra tidsintervallet korrigeras en stegvis korrektion i motsatt riktning mot den observerade avvikelsen vid mottagning av ett från skytten aktiverat korrektionskommando.

3. Förfarande enligt patentkravet 2, kännetecknat av att korrektionen av robotens bana under det andra tidsintervallet i motsatt riktning mot den observerade avvikelsen utförs i ett eller två steg.

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att en under det första tidsintervallet estimerad målvinkelhastighet korrigeras under det andra tidsintervallet, varvid robotbanan korrigeras proportionellt mot skj utavståndet resulterande i en stegvis korrektion i motsatt riktning mot den observerade avvikelsen vid mottagning av ett från skytten aktiverat korrektionskommando.

5. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att korrektion av robotens bana baserat på av skytten utsända korrektionskommandon utförs för målavstånd större än 300 meter. 10 20 25 517 023 /0

6. Styrsystem för styming av en robot, innefattande medel för bestämning av målets vinkelhastighet under ett första tidsintervall före robotens avfyring då skytten följer målet baserat på registreringen av en första vinkelposition och en andra vinkelposition och den mellanliggande tidsrymden, medel för prediktering av målets position då roboten förväntas nå målet baserat på den bestämda vinkelhastigheten och medel för prediktering av önskad bana, kännetecknat av att en kommunikationslårrk är inrättad att överföra eventuella korrektionskommandon från skytten till roboten under ett andra efterföljande tidsintervall för korrektion av för roboten predikterad bana.

7. Styrsystem enligt patentkravet 6, kännetecknat av att kommunikationslänken på sändarsidan är ansluten till robotens avfyringsrnekanism via en avkodare som baserat på skyttens korrektionskommandon i forrn av tryckningar på avfyringsmekanismen identifierar skyttens korrektionskommandon och via en sändare transmitterar informationen till roboten.

8. Styrsystem enligt patentkravet 6, kännetecknat av att kommunikationslänken på mottagarsidan lokaliserad till roboten innefattar en mottagare för mottagning av skyttens korrektionskommandon och en dataenhet ansluten till mottagaren.

9. Styrsystem enligt patentkravet 8, kännetecknat av att dataenheten med hjälp av ordinarie styralgoritmer är anordnad att styra roboten i den önskade predikterade banan via ett i roboten ingående styrdon, företrädesvis med hetgasdrivníng via ventiler eller med aerodynamiska roder, baserat på mottagna korrektionskommandon och infonnation från robotens tröghetssensorer.

10. Styrsystem enligt något av föregående patentkrav 6-9, kännetecknat av att kommunikationslänken arbetar med laserljus.