WO2010097145A1 - Feuerleitung einer richtbaren waffenanlage - Google Patents
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- F41G9/002—Systems for controlling missiles or projectiles, not provided for elsewhere for guiding a craft to a correct firing position
Definitions
- the invention relates to a device and a method for a fire control of a limited directional weapon station, for example, a weapon integrated in a weapons pod.
- WO 2004/042315 A2 proposes to aim the weapon of such an arms pod in azimuth and elevation.
- the housing of the weapon pod on a corresponding opening, which allows pivoting of the gun barrel.
- the pivoting takes place via devices integrated in the pod.
- the weapon Pod itself remains rigidly connected to the wing of the aircraft.
- the disadvantage is that the size of the opening brings a low maximum straightening of the weapon. It has already been attempted to compensate for these shortcomings by stabilizing the weapon pod and integrating autonomous target tracking on the weapon pod. In this direction, the non-prepublished DE 10 2008 048 600.0.
- an adapter between the suspension points of a flight cell (carrier with load lock) and the pod which also assumes the role of the so-called load lock, causes the stabilization and initiates the alignment of the weapon to a target based on the autonomous target tracking.
- DE 10 2005 041 705 A1 a method for room and air monitoring is known.
- a method for optimizing a fire triggering of a weapon is published in DE 10 2005 041 704 A1.
- the latter suggests determining firing commands and expected hit points of a projectile and target using an algorithm without actually triggering a burst of fire. For this, the goal is searched, the algorithm is switched on and hypothetical data is determined.
- the invention provides the task of creating a modern fire control for a limited Richtbare weapon.
- the invention is based on the idea of first assigning or assigning the pilot an optimal firing position. After this position has then been occupied by the carrier system, the target is autonomously controlled by means of an integrated tracking sensor. The pilot is thus shown a "control window", which he should take by appropriate flight maneuvers (displayed or made individually by the pilot) .If this window is reached, the fire control initiates autonomously the alignment of the weapon on the target with subsequent target combat.
- DE 10 2008 015 423 A1 deals with a visor with a target sight for weapons, in particular with ammunition for stretched or elevated trajectories. In order not to twist the entire sighting of a weapon here, only the sighting line is twisted. The radiation reversal is done by incorporating mirrors.
- the fire control will be executed in such a way that it has a much wider "sighting area" than the restricted gun aiming area and has an autonomous target detection and tracking sensor
- the fire control can also use stored information, for example obtained from earlier (similar or comparable) maneuvers, in parallel with the deployment of the weapon followed by the pilot's head-up display through the fire line. If the appropriate position is taken in which a target fight within the narrow guidance range limits of the weapon is possible, the actual weapon tracking is carried out by the fire control.
- a tracking device / TV for target tracking a rangefinder laser range finder, a tracking target video chopper, a weapons calculator to determine the data for aiming the weapon at the target as well as azimuth and elevation drives for aligning the weapon Pods, as they are already partially proposed in DE 10 2008 048 600.0.
- the inertial mirror stabilization and tracking control are both independent of weapon tracking.
- the LOS is held by the tracker on the target.
- the task of the weapon tracking control circuit is to guide the weapon to the mirror position.
- essay and Vorhaltehong are calculated appropriately, so that there is a corresponding difference between the ideal flight direction and the weapon position.
- the weapon can not (fully) reach the desired position due to its small adjustment range, it will remain in place through a limit programmed in the control immediately before the mechanical attacks on the weapon platform.
- the pilot now receives a suitable information about which position error (error in the direction of flight) is present. Its task is then, for example, to maneuver the aircraft so that it retains the desired direction of flight. Automatisms for flight direction control are also possible. If the adjustment range of the weapon platform is sufficient, the weapon may be released from the end stops at the same time. If the weapon is returned to its free range, the stabilization is effective and the target is now combated.
- optics can also be selected in a further embodiment, but in this case, for example, it has a considerably larger viewing window.
- the thermal imaging device or the camera can be used rigidly.
- the target position determination could then take place here with methods of image processing in the image.
- the mobile shares then reduce to a mere weapon tracking.
- Fig. 5 is an indication in the display.
- Fig. 1 shows at 30 a pilot of a carrier system 1 for a weapon system 2.
- a sensor unit in an adapter 10 with, for example, a thermal imaging device 4 and / or TV (not shown), laser rangefinder 5 and an IMU (Inertial Measu - Ring units - not shown) marked (Fig. 3).
- a thermal imaging device 4 and / or TV not shown
- laser rangefinder 5 and an IMU (Inertial Measu - Ring units - not shown) marked (Fig. 3).
- IMU Inertial Measu - Ring units - not shown
- the thermal imaging device 4 or TV is used for target tracking, the laser rangefinder 5 or the like for target distance measurement, the video tracker 6 for target tracking.
- a weapon computer 7 eg fire control computer for fire control
- a lens 21 is incorporated and designed so that the sighting line can be guided in a much larger field of view 13 with respect to the directional range of the weapon 2.
- the optics 21 is a tilting mirror (FIG. 2).
- Fig. 2 shows a schematic diagram of the movable portions of the visual extension by means of tilting mirror 21 and its movable mirrors 22, 23 for the movement in the elevation and the movement in the azimuth.
- the enlarged viewing area 13 is displayed in a window 12, this occupied by maneuvers etc.
- the control procedure is usually carried out with a target acquisition, which is followed by the target assignment (marking of the target) and target tracking (automatic target tracking by a thermal imaging device 4 and tracker). From this, target data is generated which makes statements regarding the target track and the target distance. After calculation, a firing sector is displayed. With knowledge, a maneuver to take the shot sector by the pilot 30 or automatically, for example, by algorithms and / or hypothetical data (deposited / stored in the system) takes place. The fire control, for example in Feuerleitrechner 7, then determined by calculation the lead and essay. Thereafter, the shot is released, the target 11 contested.
- a display proposal in the head-up display of the pilot 30 is shown in Fig. 5.
- a AUF is the essay, with S S ⁇ ⁇ the flight direction - target position and l
- the correction information for the pilot 30 with respect to the maneuvers is represented by the values K Kor .
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Abstract
Vorgeschlagen wird, einem Piloten (30) zuerst eine optimale Schussposition an- bzw. zuzuweisen. Nachdem diese Position dann durch ein Trägersystem (1) eingenommen worden ist, wird ein Ziel (11) mit Hilfe eines integrierten Zielfolgesensors autonom bekämpft. Dem Piloten (30) wird somit ein "Bekämpfungsfenster" aufgezeigt, das er durch entsprechende Flugmanöver (angezeigt oder individuell durch den Piloten vorgenommen) einnehmen soll. Ist dieses Fenster erreicht, leitet die Feuerleitung autonom die Ausrichtung der Waffenanlage (2) auf das Ziel (11) mit anschließender Zielbekämpfung ein.
Description
BESCHREIBUNG
Feuerleitung einer richtbaren Waffenanlage
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren für eine Feuerleitung einer begrenzt richtbaren Waffenstation, beispielsweise für eine in einem Waffen-Pod integrierte Waffe.
Waffen - Pods mit starr eingebauten Maschinenkanonen oder Maschinengewehren sind insbesondere bei Starr- und Drehflüglern in der Nutzung. Es hat sich gezeigt, dass ein präziser Waffeneinsatz mit dieser Konfiguration nur in geminderter Qualität erreicht werden kann, da der Pilot stets das gesamte Fluggerät auf das Ziel ausrichten muss, wobei der Vorhalt im notwenigen Flugmanöver berücksichtigt werden muss. Eine Feinausrichtung der Waffe ist nur minimal möglich. Bislang ist die Feuerleitung im Wesentlichen darauf beschränkt, die Trajektorien der Munition anzuzeigen. Die Aufgabe des Piloten liegt dann darin, die Geschossflugbahn durch entsprechende Flugmanöver mit dem Ziel in Deckung zu bringen. Die Treffergenauigkeiten sind aufgrund dieser Feuerleitung nicht zufriedenstellend. Bei Zielen in Bewegung versagt dieses Verfahren vollkommen. Die Verwindungen in der Flugzelle und die Verwindungen der Aufhängepunkte des Pods gegenüber der Zelle tragen zudem ebenfalls zu erheblichen Ablagen der Visierlinie zur Rohrachse der Waffe bei.
In der DE 10 2005 007 786 A1 ist die Munitionszuführung für ein Gun Pod beschrieben, wobei auch auf den Aufbau eines derartigen Waffen- Pods näher eingegangen wird. Weitere Gun Pods sind u. a. in der US 4,121 ,496 A sowie der US 3,352,207 A offenbart.
Die WO 2004/042315 A2 schlägt vor, die Waffe eines derartigen Waffen- Pods in Azimut und Elevation zu richten. Dazu weist das Gehäuse des Waffen- Pods eine entsprechende Öffnung auf, die ein Verschwenken des Waffenrohres erlaubt. Das Verschwenken erfolgt über in dem Pod integrierte Vorrichtungen. Das Waffen- Pod selbst bleibt starr mit dem Tragflügel des Flugzeuges verbunden. Nachteilig ist, dass die Größe der Öffnung eine geringe maximale Richtbarkeit der Waffe mit sich bringt.
Es wurde bereits versucht, diese Mängel durch Stabilisierung des Waffen- Pods auszugleichen und eine autonome Zielverfolgung am Waffen- Pod zu integrieren. In diese Richtung weist die nicht vorveröffentlichte DE 10 2008 048 600.0. Hier wird ein Adapter zwischen den Aufhängepunkten einer Flugzelle (Träger mit Lastenschloss) und dem Pod vorgesehen, welcher auch die Aufgabe des so genannten Lastenschlosses übernimmt, die Stabilisierung bewirkt und die Ausrichtung der Waffe auf ein Ziel auf Basis der autonomen Zielverfolgung einleitet.
Aus der DE 10 2005 041 705 A1 ist ein Verfahren zur Raum- und Luftüberwachung bekannt. Ein Verfahren zur Optimierung eines Feuerauslösens einer Waffe wird in der DE 10 2005 041 704 A1 publiziert. Letztere schlägt vor, Feuerkommandos und erwartete Treffpunkte eines Geschosses und dem Ziel mit Hilfe eines Algorithmus zu ermitteln, ohne einen Feuerstoß real auszulösen. Dazu werden das Ziel gesucht, der Algorithmus zugeschaltet und hypothetische Daten ermittelt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe der Schaffung einer modernen Feuerleitung für eine begrenzt richtbare Waffe.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dem Piloten zuerst eine optimale Schussposition an- bzw. zuzuweisen. Nachdem diese Position dann durch das Trägersystem eingenommen worden ist, wird das Ziel mit Hilfe eines integrierten Zielfolgesensors autonom bekämpft. Dem Piloten wird somit ein „Bekämpfungsfenster" aufgezeigt, das er durch entsprechende Flugmanöver (angezeigt oder individuell durch den Piloten vorgenommen) einnehmen soll. Ist dieses Fenster erreicht, leitet die Feuerleitung autonom die Ausrichtung der Waffe auf das Ziel mit anschließender Zielbekämpfung ein.
Die DE 10 2008 015 423 A1 beschäftigt sich mit einem Visier mit Zielsicht für Waffen insbesondere mit Munition für gestreckte oder überhöhte Flugbahnen. Um hier nicht die gesamte Visiereinrichtung einer Waffe zu verdrehen, wird nur die Visierlinie verdreht. Die Strahlenumkehr erfolgt durch Einbindung von Spiegeln.
Ein ähnlicher Ansatz findet auch hier Eingang. So wird zur Erweiterung des Sichtbereiches der Feuerleitung ein Kippspiegel mit Antrieb zur Ausrichtung der Visierlinie (oder einer Optik
selben Effektes) unabhängig von der Ausrichtung der Waffe eingebunden. Zur Realisierung dieses größeren Sichtbereiches gegenüber dem Richtbereich der Waffe wird der Kippspiegel (oder die Optik) so ausgelegt, dass die Visierlinie in einem deutlich größeren Sichtbereich gegenüber dem Richtbereich der Waffe geführt werden kann. Diese Mittel dienen somit im vorliegenden Fall erfindungsgemäß zur Erweiterung des Sichtbereiches.
Während also bekannte Feuerleitungen sich dadurch definieren, dass der Sichtbereich gleich dem Richtbereich ist (mit dem Visier wird gleichzeitig die Waffe ausgerichtet und gezielt), werden diese nunmehr funktional entkoppelt. Mit dem Visier wird ein Schusskorridor aufgetan und erst später die Waffennachführung realisiert. Die Zielbekämpfung erfolgt somit durch eine von der Waffe entkoppelte Zielerfassung, einer Einnahme der Zielposition mittels Flugmanöver und / oder (wenn ausreichend) dem Richten der Waffe auf dieses Ziel sowie der dann eingeleiteten eigentlichen Bekämpfung.
Bei der derzeit üblichen Ausstattung von Starr- und Drehflüglern mit Rohrwaffen ist zwar eine Feuerleitung mit Vorhalteberechnung vorhanden, aber die Waffe ist nicht stabilisiert. Bei einer nachträglichen Stabilisierung der Waffe kann somit die vorhandene Feuerleitung zur Vorweisung auf das Ziel genutzt werden. Die notwendige Stabilisierung wird dann durch die Komponenten der richtbaren Waffenstation erreicht.
Die Feuerleitung wird zur Vorweisung derart ausgeführt, dass sie einen deutlich erweiterten „Sichtbereich" gegenüber dem eingeschränkten Waffenrichtbereich aufweist und über eine autonome Zielerfassungs- und -folgesensorik verfügt. Wird ein Ziel im Sichtbereich erfasst, so berechnet die Feuerleitung aufgrund potentieller Flugmanöver in Abhängigkeit von der Aerodynamik des Fluggerätes eine einzunehmende Schussposition (des Flugzeuges) und weist diese im Head- Up- Display aus. So wird beispielsweise durch Auswerten der Zielspur und Berücksichtigung potentieller Flugmanöver des Trägersystems (Flugzeug) aufgrund seiner Aerodynamik durch die Feuerleitung eine optimale (Trefferwahrscheinlichkeit ergebende) Position zum Einsatz der Waffe berechnet. - Die Feuerleitung kann parallel auch auf abgespeicherte Informationen zurückgreifen, die beispielsweise aus früheren (ähnlichen oder vergleichbaren) Manövern gewonnen worden sind. - Das Ziel wird während der Phase der Einblendung der Position im Head- Up- Display des Piloten durch die Feuerleitung weiterverfolgt. Ist die geeignete Position eingenommen, in der eine Zielbekämpfung innerhalb der engen Richtbereichsgrenzen der Waffe möglich ist, erfolgt die eigentliche Waffennachführung durch die Feuerleitung.
Für diese Aufgabe sollten in der Feuerleitung in der Regel folgende Komponenten zur autonomen Zielverfolgung und Stabilisierung integriert sein: ein Wärmebildgerät/ TV zur Zielverfolgung ein Laserentfernungsmesser zur Zielabstandsmessung, ein Videohacker zur Zielverfolgung, ein Waffenrechner zur Ermittlung der Daten für das Ausrichten der Waffe auf das Ziel sowie Azimut- und Elevationsantriebe zum Ausrichtung des Waffen- Pods, wie sie teilweise bereits in der DE 10 2008 048 600.0 vorgeschlagen werden.
Die inertiale Spiegelstabilisierung und die Tracking- Regelung sind beide unabhängig von der Waffennachführung. Die LOS wird durch den Tracker auf dem Ziel gehalten. Aufgabe des Waffen- Nachführungsregelungskreises ist es, die Waffe auf die Spiegelposition zu führen. Dabei werden jedoch Aufsatz und Vorhaltewerte geeignet eingerechnet, sodass sich zwischen der idealen Flugrichtung und der Waffenposition eine entsprechende Differenz ergibt.
Kann die Waffe wegen ihres geringen Stellbereiches die gewünschte Position nicht (vollständig) erreichen, verharrt sie durch eine, in der Steuerung programmierte Begrenzung unmittelbar vor den mechanischen Anschlägen der Waffenplattform. Der Pilot erhält nun auf geeignete Weise eine Information darüber, welcher Positionsfehler (Fehler in der Flugrichtung) vorliegt. Seine Aufgabe besteht dann beispielsweise darin, das Flugzeug so zu manövrieren, dass es die gewünschte Flugrichtung beibehält. Automatismen zur Flugrichtungsregelung sind auch möglich. Sofern der Stellbereich der Waffenplattform ausreicht, wird eventuell gleichzeitig die Waffe aus den Endanschlägen gelöst. Ist die Waffe in ihren freien Stellbereich zurückgeführt, wird die Stabilisierung wirksam und das Ziel ist nunmehr bekämpfbar.
Alternativ zum Kippspiegel kann, wie bereits erwähnt, in einer weiteren Ausführung auch eine Optik gewählt werden, die hierbei jedoch beispielsweise ein erheblich größeres Sichtfenster aufweist. In diesem Fall können dann das Wärmebildgerät bzw. die Kamera starr eingesetzt werden. Die Zielpositionsbestimmung könnte hier dann mit Methoden der Bildverarbeitung im Bild erfolgen. Die beweglichen Anteile reduzieren sich dann auf eine reine Waffennachführung.
Mit diesem Verfahren wird die Präzision der Waffe auch bei geringen Richtbereichen im Einsatz erheblich gesteigert.
Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
O
Es zeigt:
Fig. 1 einen Adapter mit Waffen,
Fig. 2 eine Prinzipskizze der Sichterweiterung,
Fig. 3 ein Regelungs- und Feuerleitkonzept,
Fig. 4a, 4b die einzelnen Phasen eines Bekämpfungsvorgangs,
Fig. 5 eine Anzeige im Display.
Fig. 1 zeigt mit 30 einen Piloten eines Trägersystems 1 für eine Waffenanlage 2. Mit 3 ist eine Sensor-Einheit in einem Adapter 10 mit beispielsweise einem Wärmebildgerät 4 und / oder TV (nicht weiter dargestellt), Laserentfernungsmesser 5 und einer IMU (Inertial Measu- ring Units - nicht näher dargestellt) gekennzeichnet (Fig. 3). Diese Baugruppen sind wesentliche Bestandteile einer Feuerleitung.
Das Wärmebildgerät 4 oder TV dient zur Zielverfolgung, der Laserentfernungsmesser 5 oder dergleichen zur Zielabstandsmessung, der Videotracker 6 zur Zielverfolgung. Ein Waffenrechner 7 (z. B. Feuerleitrechner zur Feuerleitung) besitzt die Aufgabe der Initialisierung der Ausrichtung der Waffe bzw. der Waffenanlage 2 auf das Ziel 11. Diese Ausrichtung kann über Antriebe 8, 9 in Azimut- und Elevation ausgerichtet werden. Weitere für die Datenauswertung und Ansteuerung der Antriebe 8, 9 etc. benötigte Elektroniken 20 können sich gleichfalls im Adapter 10 befinden.
Zur Vergrößerung des Sichtbereiches wird eine Optik 21 eingebunden und so ausgelegt, dass die Visierlinie in einem deutlich größeren Sichtbereich 13 gegenüber dem Richtbereich der Waffe 2 geführt werden kann. In diesem vergrößerten Sichtbereich 13 erfolgt dann der eigentliche Bekämpfungsablauf bzw. Bekämpfungsvorgang, wie in den Fig. 4a und b gezeigt. In einer einfachen Ausführung handelt es sich bei der Optik 21 um einen Kippspiegel (Fig.2). Fig. 2 zeigt eine Prinzipskizze der beweglichen Anteile der Sichterweiterung mittels Kippspiegel 21 und seinen beweglichen Spiegeln 22, 23 für die Bewegung in der Elevation bzw. die Bewegung im Azimut. Der vergrößerte Sichtbereich 13 wird in einem Fenster 12 angezeigt, dieses durch Flugmanöver etc. eingenommen.
Der Bekämpfungsablauf erfolgt in der Regel mit einer Zielakquisition, die vorgenommen wird, der sich die Zielzuweisung (Markierung des Zieles) und Zielverfolgung (automatische Zielverfolgung durch ein Wärmebildgerät 4 und Tracker) anschließen. Hieraus werden Zieldaten generiert, die Aussagen bezüglich der Zielspur und der Zielentfernung treffen. Nach Berechnung erfolgt die Anzeige eines Schusssektors. Mit Kenntnis erfolgt ein Flugmanöver zur Einnahme des Schusssektor durch den Piloten 30 oder automatisch, beispielsweise durch Algorithmen und / oder hypothetische Daten (im System hinterlegt / gespeichert). Die Feuerleitung, beispielsweise im Feuerleitrechner 7, ermittelt dann durch Berechnung den Vorhalt und den Aufsatz. Danach wird der Schuss freigegeben, das Ziel 11 bekämpft.
Ein Anzeigevorschlag im Head-Up- Display des Piloten 30 ist in Fig. 5 aufgezeigt. Mit AAUF ist dabei der Aufsatz, mit SSθιι die Flugrichtung - Sollposition und l|St - die Flugrichtung - Istposition gekennzeichnet. Die Korrekturinformationen für den Piloten 30 bezüglich der Flugmanöver sind durch die Werte KKor dargestellt.
Claims
1. Vorrichtung zur Feuerleitung einer richtbaren Waffenanlage (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Richtbereich der Waffenanlage (2) vom Sichtbereich (13) einer Visiereinrichtung getrennt wird, wobei optische Mittel (21) an der Waffenanlage (2) eingebunden sind, sodass eine Visierlinie in einem deutlich größeren Sichtbereich (13) gegenüber dem Richtbereich der Waffenanlage (2) geführt werden kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Visierlinie eines Bedieners (30) ein Kippspiegel (21) mit Antrieb zur Ausrichtung der erweiterten Visierlinie eingebunden, wobei ein erster beweglicher Spiegel (22) die Bewegung in der Elevation und ein zweiter beweglicher Spiegel (23) die Bewegung im Azimut ermöglichen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Optik eingebunden ist, die ein erheblich größeres Sichtfenster als der Richtbereich der Waffenanlage (2) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerleitung zumindest aus einem Wärmebildgerät (4) oder TV zur Zielverfolgung, einem Laserentfernungsmesser (5) oder dergleichen zur Zielabstandsmessung, einem Videotra- cker (6) zur Zielverfolgung sowie einem Waffenrechner (7) zur Ausrichtung der Waffenanlage (2) auf das Ziel und Antrieben (8, 9) für Azimut- und Elevation zum Ausrichten der Waffenanlage (2) besteht.
5. Verfahren zur Feuerleitung einer richtbaren Waffenanlage (2) mit Richtbereichsbegren- zung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Visierlinie in einem deutlich größeren Sichtbereich (13) gegenüber dem Richtbereich der Waffenanlage (2) geführt wird, wobei der Sichtbereich (13) vom Richtbereich getrennt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem größeren Sichtbereich eine Zielauffassung mit anschließender Zielverfolgung erfolgt, wobei durch Auswerten der Zielspur und Berücksichtigung potentieller Flugmanöver und aufgrund der Aerodynamik des Trägersystems (1) durch die Piloten (30) in einem Fenster (12) angezeigt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen der optimalen Position die Feuerleitung autonom die Ausrichtung der Waffeanlage (2) auf das Ziel (11) mit anschließender Zielbekämpfung einleitet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ziel (11) während der Phase der Einblendung der Position im Head- Up- Display des Piloten (30) durch die Feuerleitung weiterverfolgt wird.
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