SE543742C2 - Metod för eldledning av eldrörsluftvän samt ett eldledningssystem - Google Patents

Abstract

Uppfinningen utgörs av en metod för eldledning mot luftmål på väg mot ett skyddsobjekt där skyddsobjektets position är känd samt att följande metodsteg innefattas;mäta luftmålets position,estimera luftmålets position,estimera luftmålets hastighet,prediktera luftmålets framtida bana utifrån luftmålets estimerade position och luftmålets estimerade hastighet, välj, utifrån den predikterade banan, om luftmålet;i.) är inkommande, och därmed ett hot mot skyddsobjektet, ii.) är passerande, och därmed ej är ett hot mot skyddsobjektet. Uppfinningen avser vidare etteldledningssystem.

Description

Föreliggande patentansökan avser en metod för eldledning aveldrörsluftvärn som med styrd eller ostyrd ammunition haratt försvara skyddsobjekt med kända positioner mot anfallmed styrda luftburna vapenfarkoster.

UPPFINNINGENS BAKGRUND, PROBLEMSTÄLLNING OCH KÄND TEKNIK luftmàl med eldrörsvapen så Vid ett rörligt ostyrdaprojektiler från måste projektilerna avfyras mot de punkter där luftmålet kommer bekämpning avavfyrade att befinna sig när projektilerna når fram. Sådana punkter,vanligen kallade måsteprediktion är i detta sammanhang en skattning av luftmàletsposition en kort tid framåt i tiden. Skattningen baseras påkännedom om luftmàlets tidigare positioner och på enhypotes om hur luftmålet kommer att uppträda i framtiden. framförpunkter, predikteras. En En skattning avrörelsetillstånd baserad påfrån en luftmàlets nuvarande position ochett kontinuerligt dataflödepågående luftmàlets läge kallas estimering av måldata. inmätning av Estimering och prediktion fortgår parallellt, åtminstonefram till dess att ett bekämpningsförlopp startar. Minst ensensor används för att följa och mäta in luftmålets läge.Baserat på mätdata från denna sensor estimeras luftmàletsEn prediktor beräknarhur de vapen som nuvarande position och hastighet.sedan, med ledning av estimat och hypotes,avger eld bör riktas.

Inkom till Patent- ochregistreringsverket 2020 -UZ- 17 Exempel på metod och anordning för eldledning mot luftburnafarkoster ges i patentskrift EP05277l5 Al. Där föreslås somprediktionshypotes luftburen farkosts bana kanmed ett enkla geometriskaIngen bedömning görs om den luftburna farkostenpasserar eller är inkommande. att en beskrivas någon av antal modeller.

Exempel på metod för eldledning mot luftburna farkoster gesäven i patentskrift SE 1330063 Al. I patentskriften visaspå en nætod att förbättra prediktionen av den luftburnaskyddsobjekt motIngen bedömning görsom den luftburna farkosten passerar eller är inkommande. farkostens bana genom kännedom. om detvilken den luftburna farkosten färdas.

Problen1 med nu existerande lösningar enligt ovan nämndadokument är således luftburenvapenfarkost som styr mot sitt mål i allmänhet inte kommeratt färdas längsenkel geometriskutgående från enväg blir givetvis att en anfallandeen bana som låter sig beskrivas med enmodell. som, predikterasfelaktig hypotes om luftmålets framtidaockså felaktiga.

Framförpunkter Ytterligare problem som föreliggande uppfinning avser lösaframgår i anslutning till den efterföljande detaljeradebeskrivningen av de olika utföringsformerna.

UPPFINNINGENS SYFTE OCH DESS SÄRDRAG Syftet med föreliggande uppfinning är att förbättramöjligheten att framförpunkter dåeldrörsluftvärn används för att försvara ett skyddsobjektanfallande luftburna Syftetuppnås genom att beräkna de banor en anfallande farkost kan komma att följa. beräkna korrekta mot styrda vapenfarkoster.

Uppfinningen avser en metod för eldledning mot luftmål påväg mot ett skyddsobjekt där skyddsobjektets position ärkänd samt att följande metodsteg innefattas; mätaluftmålets position, estimera luftmålets position,estimera luftmålets hastighet, prediktera luftmåletsframtida bana utifrån luftmålets estimerade position ochluftmålets estimerade hastighet, välj, utifrån denpredikterade banan, om luftmålet; i.) är inkommande, och därmed ett hot mot skyddsobjektet, ii.) är passerande,skyddsobjektet. och därmed ej är ett hot mot Enligt ytterligare aspekter för metod för eldledning motluftmål gäller; att då luftmålet bedöms vara inkommande innefattas följandemetodsteg; ansätta en modell av luftmålets styrlag, beräkna vilka accelerationer luftmålet behöver ansätta föratt träffa skyddsobjektet, prediktera luftmålets framtida bana utifrån skyddsobjektetsposition, luftmålets estimerade position, luftmåletsestimerade hastighet, luftmålets beräknade acceleration,beräkna framförpunkter längs den predikterade banan. att luftmålets styrlag innefattar navigationskonstanter somberäknas genom att multiplicera observerad acceleration medpredikterad tid till träff i skyddsobjektet i kvadrat dividerat med avståndet från luftmålet till skyddsobjektet. att luftmålets styrlag innefattar en maximal accelerationvars storlek estimeras genom analys av de accelerationersom luftmålet har observerats genomföra. att då luftmålet bedöms vara passerande innefattas följandemetodsteg; ansätta en modell av luftmålets styrlag enligt; x(t) = pOx + v0xt + aOxt2/2, prediktera luftmålets framtida bana utifrån luftmåletsestimerade position, luftmålets estimerade hastighet,luftmålets beräknade acceleration, beräkna framförpunkter längs den predikterade banan.

Vidare utgörs uppfinningen av ett eldledningssystem föreldledning mot luftmål innefattande minst en sensor för attmäta luftmålets position som funktion av tid kännetecknadav att metod för eldledning enligt något av krav l till 5tillämpas.

FÖRDELAR OCH EFFEKTER MED UPPFINNINGEN att deattsom företrädesvis ärkommer så nära de Fördelen med uppfinning ärframförpunkter som beräknas göreldrörsvapen så att de projektiler, ostyrda, vid eldgivning,anfallande farkosterna att verkan kan uppnås. föreliggandedet möjligt rikta som avfyras FIGURFÖRTECKNING Uppfinningen kommer j. det följande att beskrivas närmareunder hänvisning till de bifogade figurerna där: Fig. l visar ett flödesschema över metod för eldledning motluftmål enligt en utförandeform av uppfinningen.

Fig. 2 visar blockschema över anordning för bekämpning av luftmål enligt en utförandeform av uppfinningen.

Fig. 3 visar målområden för ett luftmål utförandeform av uppfinningen. enligt en Fig. 4 visar ett luftmåls bana enligt en utförandeform av uppfinningen.

DETALJERAD UTFÖRANDEBESKRIVNING benämntvidare En anfallande styrd luftburen farkost, vidare luftmål, har för avsikt att skada ett anfallsmål,benämnt skyddsobjekt. Bekämpning av luftmålet innebär attluftmålet påverkas så att det inte längre kan skada detskyddsobjekt mot vilket luftmålet färdas,att målobjektet träffas med splitter från en verkansdel. exempelvis genom Ett system konstruerat för att bekämpa luftmål med hjälp aveldrörsvapen och ostyrda projektiler kan anses bestå av tredelar; eldledning, vapen och projektiler. I fortsättningenkommer ett sådant system att benämnas eldrörsluftvärn. Medostyrda projektiler menas olika former av projektiler såsomgranater och raketer avsedda att användas för att bekämpaluftmål.

En eldledning som ingår i ett eldrörsluftvärn inkluderar eneller flera sensorer samt ett flertal metoder atthantera och utvärdera sensordata. Den eller de sensorer somanvänds av, eldledningen för ingår i, och kommer fortsättningsvis att benämnas sikte.

Förädlad information från siktet används för att inriktningen av både sikte och vapen. styra En bekämpning kan anses bestå av ett antal aktiviteter.Några aktiviteter måste ske i sekvens medan andra kan skeparallellt.

I figur l är ett flödesschema för en metod i etteldledningssysten1 l beskrivet. Då en bekämpning inleds,start 2 i figur 1, riktas siktet in mot det luftmål somskall bekämpas. Vanligtvis möjliggörs detta genom att enextern enhet, spaningsradar, löpandelevererar information om luftmålets position som funktion Denna externa enhet kallas den invisande enheten. exempelvis en av tid.Förfaringssättet kallas invisning 3.

Parallellt med att siktet riktas mot luftmålet så kaneldröret riktas mot en. preliminärt beräknad framförpunktposition är baserad på data den På så vis minskar tiden för eldrörets inriktning vars från invisandeenheten. när en mer exakt framförpunkt har beräknats eftersom den preliminärt beräknade framförpunkten kommer att ligga nära den mer exakt, senare, beräknade framförpunkten.

Fullbordad invisning innebär att siktet kan ha nwjlighetatt själv mäta in luftmålets position. Det är emellertidinte säkert att siktet kan detektera luftmålet omedelbart -trots att det är korrekt riktat.

Givet att luftmålet kommer närmare och närmare så ökar sannolikheten för att siktet ska kunna detektera luftmålet.

Det skeende som inträffar när detta sker kallasmålfångning.Målfångning utgör början på en ny sekvens som kallas målföljning 4. Siktet styr då sin egen siktlinje så attsiktlinjen följer luftmålet.

När målföljning 4 har etablerats startar målinmätning 5.Siktet försöker nu mäta både riktning och avstånd tillluftmålet. inte garanterat att siktet kan mätaavstånd till luftmålet omedelbart när en målinmätning 5inleds. Förr eller kommer dock siktet att börjaleverera avståndsdata. Under tiden kan luftmålets positionoch den preliminära beräknas genom attvinkeldata från siktet och avståndsdata från den invisande Det ärsenareframförpunkten enheten kombineras.

När siktet till slut kan generera både riktningsdata ochavståndsdata så behövs inte längre några invisningsdata föratt Invisningsdata dock användas för andra ändamål. styra sikte och eldrör. kan När siktet mäter in luftmålets position,5, så sker det vanligen med högre frekvens och med bättrenoggrannhet än vad denDetta är den grundläggande orsaken till att två slag av under målinmätninginvisande sensorn kan prestera. sensorer används, spaningssensorer och eldledningssensorer.

Till mätdata anpassas koefficienter för tre styckenpolynom. Dessa polynom. beskriver tillsammans luftmåletsposition som funktion av tid. Polynomens gradtal måste väljas med ledning av hur rådata ser ut. I följande exempelhar polynom av grad två valts: 5 X(t) = pox + Voxt + aoxt2/2 (1)Ä/(t) = p0y + VOyt + aOyt2/2 Z(t) == poz + Vbzt '+ aoztz/2 (3) Anpassningen av polynomens koefficienter, d.v.s. vektorernapo, vo och ao, till dessa mätdata kan exempelvis utföras medminsta kvadratmetoden. Här betyder po den nuvarandepositionen, vn nuvarande hastigheten och aometoder användas. den denellerInnan (s.k. nuvarande accelerationen. Även andratekniker att anpassa mätdataanpassning av mätdata sker kan alltför avvikande data outliers) tas bort från tidsfönstret. för kan När polynomens koefficienter har beräknats så kan polynomenanvändas för att beräkna luftmålets estimerade position viden viss tidpunkt.

Polynomen kan deriveras en gång vilket på motsvarande viskan utnyttjas för att estimera luftmålets hastighet vidnågon viss tidpunkt.

Vx(t) 1= Vox + âoxt (4)vy(t) == voy + aoyt (5)Vz(t) = V02 + aüzt Ytterligare en derivering ger ett estimat av luftmålets (i detta fall konstanta) acceleration. ax(t) = aox (7)ay(t) = aoy (8)az(t) = aOz Polynomen bör inte användas för att estimera vare sig position, hastighet eller acceleration vid tidpunkter somligger utanför det tidsfönster som använts för att beräknakoefficienter. Ett nödvändigt undantag är dentid som förlöper i väntan på att nästa rådata från siktetskall levereras. Under denna tid är det rimligt att användapolynomen för att beräkna aktuell position och hastighet.Så fort ett nytt rådata siktet upprepasemellertid proceduren polynomkoefficienter erhålles. polynomens kommer från och nya Genom att tillämpa ovanstående procedur varje gång ett nyttmätdata blir tillgängligt så observation ellerberäkning ske av den acceleration som luftmålet har ansatt.Beroende på luftmålet uppträder såobservationer i fall användasluftmålets maximala accelerationsförmåga. kan en sådanaskatta kanatt hur vissa för Längden på det tidsfönster som används anpassas dynamiskt.Är mätprecisionen låg så innehåller mätdata brus och då ärett långt fönster innehåller många datapunkter attföredra. Om luftmålet manövrerar kraftigt och därmed snabbtändrar sitt rörelsetillstånd så är ett kortare fönster att SOIII föredra. Med utgångspunkt från den information som finns irådata så situation beräknas dynamiskt och adaptivt. kan en lämplig fönsterlängd för varje given En vanlig prediktionshypotesen är att luftmålet kommer attfortsätta färdnuvarande hastighet utan att accelerera alls. I med sinså fallkommer luftmålet att färdas längs en bana som är en rätlinje med konstant fart (med fart menas hastighetensbelopp). Framförpunkten är punkt på somkaraktäriseras av att luftmålet och en avfyrad projektilbehöver exakt lika lång tid för att nå fram till den.Framförpunkten är således den enda punkt där luftmålet kan sin från nuvarande position den linjen bekämpas.

En annan prediktionshypotes är att luftmålet kommer attfortsätta frånhastighet och. med sin nuvarande acceleration (som antasvara till beloppet riktning iförhållande till luftmålets kroppsfasta koordinatsystem). Iså fall kommer luftmålet att färdas längs en bana vars form sin nuvarande position med sin nuvarande konstant men låst i bestäms av hur accelerationen är riktad relativt luftmåletskroppsfasta koordinatsystem samt hur detta koordinatsystemroterar.luftmålets fart inte längre behöver vara konstant så gälleri övrigt samma utsaga som ovan vad gäller framförpunktensläge.

Bortsett från att banan nu kan vara krökt och att Ytterligare en utnyttjapositionen för det skyddsobjekt som luftmàlet är ämnat attträffa, då kan luftmålets med störrenoggrannhet. Hur detta genomförs utförligt ipatentdokument SE 1330063 Al. prediktionshypotes vetskap om bana predikterasbeskriv I steget Bedömning' av inkommande/ _passerande 7 sker enbedömning om luftmàlet bedöms passera eller om luftmålet ärinkommande. I fallet att luftmàlet är passerande väljs enprediktionshypotes i enlighet med ett polynom av grad två,(l), (2), (3) i fallet att luftmåletvara inkommande prediktionshypotesinnefattande att luftmàlet manövrerar mot skyddsobjektets position. visat i formel ovan, bedöms används Därefter kan en framförpunkt predikteras i steget Beräkningav målbana och framförpunkt 8 Då framförpunkten är beräknad. kan val ske om. luftmàletskall bekämpas i steg Bekämpa mål? 9. Om så sker utförs enbekämpning av målet, i steg Bekämpa målet 10,med eldrörsbaserade vapen. företrädesvis Det är nu varken nödvändigt eller önskvärt att alltid öppnaeld så fort som möjligt. Tvärtom kan det vara en fördel attavvakta och kontrollera om luftmålet verkligen passerargenom predikterade framförpunkter vid predikteradetidpunkter. Det är nämligen fullt möjligt att samtidigtprediktera mer än en målbana. Man kan således, helt enligtprediktera ett antal olika banorför ett antal navigationskonstanter (t.ex. 3, 4, 5, 6, 7)och sedan jämföra de predikterade banorna med den bana somfaktiskt observeras. På så sätt kan man avgöra vilkennavigationskonstant luftmålet tycksdärmed blir det känt vilken av de predikterade målbanorna ovanstående beskrivning, använda sig av och som är mest korrekt.

Ett visas i innefattar en eldledning 21, eldrörsluftvärnssystem 20, som figur 2,ett eller flera vapen 26 ochprojektiler 27 som kan avfyras mot luftmål. Systemet 20 fårinvisning från någon extern spaningssensor 22, som kan sökaav' mycket stora volymer med stort djup på bekostnad avnoggrannhet och mätfrekvens. I eldrörsluftvärnssystemet 20ingår en eldledningssensor 23 som efter invisning kan mätain det enskilda luftmålets position i en liten sektor medbegränsat djup men med hög noggrannhet och hög mätfrekvens.Beräkningsenheten 25 för att beräkna deframförpunkter som vapen 26 ska riktas mot. Eldledningen 21kan skyddsobjektsdatabas 24 som innehåller positioner för ett flertal skyddsobjekt som kan används även innefatta en finnas i närområdet runt eldrörsluftvärnssystemet 20.

Figur 3 visas ett målområde 100 för ett luftmål på väg motnågot av flera skyddsobjekt. På luftmålets färd motskyddsobjektet 104 kommer ett antal skyddsobjekt 105, 106,107 att passeras eller hamna utanför det område till vilketluftmålet kan manövrera. I punkten 101 kan luftmålet styrastill skyddsobjekt 104, 105, 106, 107 inommålområde C. Då luftmålet fortsätter på sin färd motskyddsobjektet kommer, efter en viss tid, luftmålet befinnasig i punkt 102 där samtliga skyddsobjekt 104, 105, 106inonl målområde B är möjliga att bekämpas av luftmålet.Vidare fortsätter luftmålet till punkt 103, nálområde A,där är inte längre skyddsobjekten 105 och 106 möjliga att samtliga bekämpa varför enbart skyddsobjekt 104 är möjligt attbekämpa. _Därmed står det klart att luftmålets troligaslutpunkt är skyddsobjekt 104. När det troligaskyddsobjektet nu är identifierat kan framförpunkterberäknas med större tillförlitlighet.

Figur 4 visar ett luftmåls bana 1000 in mot ettskyddsobjekt 1001. Luftmålet flyger an mot skyddsobjektet1001. Luftmàlet upptäcks av en spaningssensor då detpasserar punkt 1002. Spaningssensorn visar då in en eldledningssensor. Någonstans nællan punkt 1002 och 1003hittar eldledningssensorn luftmålet och börjar följa ochmäta in luftmålets position och hastighet. Vid punkt 1003 11 påbörjar luftmålet eventuellt en kursändring, t.ex. iavsikt att upptäcka skyddsobjektet 1001. Vid punkt 1004 ärluftmålets avklarad. Vid punkt 1005 börjarluftmålet att följa en styrlag som strävar efter att styrafarkosten till träff i skyddsobjektet 1001. Då luftmålet kursändring passerar punkt 1006 kan eldledningen börja predikteraframförpunkt 1007. Prediktionen baseras på data fråneldledningssensorn och en hypotes om vilken styrlag luftmålet använder.

ALTERNATIVA UTFÖRINGSFORMER Uppfinningen. är inte begränsad till de speciellt visade utföringsformerna utan kan varieras på olika sätt inompatentkravens ram.Det inses exempelvis att antalet givare, utskjutningsanordning, eller systen1 av' de i. metoden föreldledning mot manövrerade luftmål ingående elementen ochdetaljerna anpassas efter det eller deplattform och övriga konstruktionsegenskaper tillfället föreligger. vapensystem, som för Det inses att ovan beskrivna metod för eldledning motmanövrerade luftmål kan tillämpas för i princip alla styrdafarkoster system flygande farkoster och missiler. och innefattande flygplan, obemannade

Claims (1)

1. Metod för eldledning mot luftmål på väg mot ettskyddsobjekt kännetecknad av att skyddsobjektetsposition är känd samt att följande metodsteginnefattas; mäta luftmålets position,estimera luftmålets position,estimera luftmålets hastighet,prediktera luftmålets framtidaluftmålets estimerade positionestimerade hastighet, välj, utifrån den predikterade banan, om luftmålet;i.) är inkommande, och därmed ett hot motskyddsobjektet,ii.) är passerande,skyddsobjektet. bana utifrånoch luftmålets och därmed ej är ett hot mot Metod för eldledning mot luftmål på väg mot ettskyddsobjekt enligt krav l kännetecknad av att dåluftmålet bedöms vara inkommande innefattasföljande metodsteg; ansätta en modell av luftmålets styrlag,beräkna vilka accelerationer luftmålet behöveransätta för att träffa skyddsobjektet,prediktera luftmålets framtida bana utifrånskyddsobjektets position, luftmålets estimeradeposition, luftmålets estimerade hastighet,luftmålets beräknade acceleration, beräkna framförpunkter längs den predikteradebanan. Metod för eldledning mot luftmål på väg mot ettskyddsobjekt enligt krav 2 kännetecknad av attluftmålets styrlag innefattar navigationskonstantersom beräknas genom att multiplicera observeradacceleration med predikterad tid till träff iskyddsobjektet i kvadrat dividerat med avståndetfrån luftmàlet till skyddsobjektet. Metod för eldledning mot luftmål enligt något avkrav 2 - 3 kännetecknad av att luftmålets styrlaginnefattar en maximal acceleration vars storlekestimeras genom analys av de accelerationer somluftmålet har observerats genomföra. 13 Metod för eldledning mot luftmàl på väg mot ettskyddsobjekt enligt krav l kännetecknad av att dåluftmålet bedöms vara passerande innefattasföljande metodsteg; ansätta en modell av luftmålets styrlag enligt;x(t) = pOx + v0xt + aOxt2/2, prediktera luftmålets framtida bana utifrånluftmålets estimerade position, luftmåletsestimerade hastighet, luftmålets beräknadeacceleration, beräkna framförpunkter längs den predikteradebanan. Eldledningssystem för eldledning mot luftmàlinnefattande minst en sensor för att mätaluftmålets position som funktion av tidkännetecknad av att metod för eldledning enligtnågot av krav 1 till 5 tillämpas.