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(11) | EP 0 218 743 A1 |
(12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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(54) | Verfahren und Vorrichtung zum kipp- und kantwinkelfreien Richten von indirekt richtbaren Waffen |
(57) Bei dem Verfahren und der zu seiner Durchführung bestimmten Vorrichtung zum kipp-und
kantwinkelfreien Richten von indirekt zu richtenden Waffen wird die Lage der zu richtenden
Waffe im dreidimensionalen Raum bezüglich eines erdfesten Koordinatensystems von einem
Lagereferenzsystem (SD = Strapdown-System)(1) geliefert. Die Winkelwerte vom SD-System
1 sowie die aus einer Ballistikrechnung (2) vorgegebenen Sollwerte werden getrennt
in ein körperfestes Koordinatensystem (b-System) umgerechnet und einer Differenzbildung
(5) zugeführt. Damit ist ein kipp-und kantwinketfreier Richtvorgang so ermöglicht,
daß unabhängig von einer Schrägstellung des Richtmechanismus der Waffe ein die Ist-Position
angebendes Fadenkreuz sich nur in der Seite bewegt, wenn allein die Waffe geschwenkt
wird und sich nur in der Höhe bewegt, wenn allein die Waffe erhöht oder gesenkt wird.
Seiten-und Höhenbewegung der Waffe bei der Anzeige sind entkoppelt, so daß sich die
korrekte Position in beiden Bewegungsachsen direkt und unabhängig voneinander seitenrichtig
einstellen läßt. |
-Vorgabe und Speicherung des Seiten-und des Elevationswinkels der Soll-Position der Waffe, bezogen auf ein erdfestes Navigations-Koordinatensystem,
-Ermittlung und Speicherung des Seiten-und des Elevationswinkels der Ist-Position der Waffe im erdfesten Navigations-Koordinatensystem,
-Bestimmung und Speicherung des Kant-, Kipp-und des Seitenwinkels in einem trägerfesten Koordinatensystem gegenüber dem erdfesten Navigations-Koordinatensystem,
-laufende Berechnung der Seiten-und Elevationswinkel der Waffe jeweils für die Ist-und die Soll-Position im trägerfesten Koordinatensystem,
-laufende getrennte Bestimmung der Differenzen zwischen der Soll-und Ist-Position der Seitenwinkel einerseits und der Elevationswinkel andererseits,
-unterschiedliche Sichtdarstellung der Soll-und Ist-Position der Waffe auf einem Sichtanzeigeschirm sowie
-Ausgabe der Winkeldifferenzwerte zur Steuerung von Richtantrieben der Waffe.
Fig. 1 den Systemaufbau gemäß der Erfindung, mit dem sich das erwünschte kipp-und kantwinkelfreie Richten einer Waffe durchführen läßt;
Fig. 2 ein Beispiel für eine Sichtdarstellung des Richtvorgangs auf einem Bildschirm und
Fig. 3 verschiedene Zeigerdiagramme zur Erläuterung der Transformationen bei der laufenden Berechnung der Seiten-und Elevationswinkel der Waffe im Verlauf eines Richtvorgangs.
Ein üblicherweise verwendetes erdfestes Navigations-Koordinatensystem (n-System) zeigt mit der xn-Achse nach Norden (Gitter-Nord), mit der y n-Achse nach Osten und demgemäß mit der zn-Achse nach unten. Die Lage des körperfesten Koordinatensystems (b-System, "body-system") ist so gewählt, daß die xbyb-Ebene dieses Koordinatensystems senkrecht zur Drehachse für den Seitenrichtantrieb verläuft. Die Lage des xb Systems in dieser Ebene ist im Prinzip frei wählbar, muß aber im Einklang mit dem Lagereferenzsystem getroffen werden. Ist die xb-Achse festgelegt, dann zeigt die yb-Achse in der xbYb-Ebene bezüglich der xb -Achse nach rechts, und die zb-Achse fällt mit der Drehachse des Seitenrichtantriebs zusammen, so daß ein Rechtssystem entsteht (zb-Achse nach "unten").
a) Durch Vorgabe aus der Feuerleitrechnung sind bekannt
β2 Teilring (Seitenwinkel der Soll-Position im n-System)
a2 Erhöhung (Elevationswinkel der Soll-Position im n-System)
b) Das SD-System liefert:
β1 Teilring (Seitenwinkel Ist-Position im n-System)
α1 Erhöhung (Elevationswinkel Ist-Position im n-System)
φ Kantwinkel der Waffe (körperfestes Koordinatensystem, b-System gegenüber dem n-System)
6 Kippwinkel des b-Systems gegenüber dem n-System
Ψ Seitenwinkel des b-Systems gegenüber dem n-System
β'1, β'2 Seitenwinkel der Waffe jeweils für Ist-und Soll-Position im b-System
α'1, a' Erhöhung der Waffe jeweils für Ist-und Soll-Position im b-System.
b = körperfestes System
n = Navigationssystem mit
e aktuelle Rohrrichtung (Ist)
e2: gewünschte Rohrrichtung (Soll)
c cos
s
sin
Die Ist-Position des Rohres, dargestellt durch Richtungswinkel β1 und Erhöhung a, im erdfesten Koordinatensystem (n-System) und die Lagewinkel φ, θ, ψ = β1 des körperfesten Koordinatensystems (b-System) werden von einer analytischen Plattform geliefert. Die Soll-Position des Rohres wird nun zum Beispiel in einem Feuerkommando durch Teilring β2 und Erhöhung α2 vorgegeben. Die entsprechenden Seitenwinkel β'1 und β'2 und die Erhöhungswinkel a', und α'2 im b-Koordinatensystem sind jetzt gemäß Gleichung (4), (5) und (6) laufend zu berechnen, da sich beim Schwenken des Turmes oder eines anderen relativ zum Chassis des Trägersystems bewegbaren Waffenhafters das b-Koordinatensystem gegen das erdfeste Koordinatensystem (n-System) bewegt. Nur die Winkel β2 und a2 bleiben während des gesamten Schwenkvorgangs ungeändert.
Das Lagereferenz system 1 (Strapdown-System) liefert die Ist-Werte für das erdfeste
Koordinatensystem (n-System), nämlich die Winkelwerte β1, a" e, 9 und ¢. Die Sollwerte für den Richtvorgang werden durch die Feuerleitrechnung
- (Ballistikrechnung) 2 vorgegeben als Seitenwinkel β2 im n-System und Elevationswinkel a2 im n-System. In zwei getrennten Transformationen 3, 4 werden für die Seitenwinkel
β1́, β 2́ der Waffe jeweils für die Ist-bzw. Soll-Position im b-System und der Elevationswinkel
α1́, α 2́ der Waffe ebenfalls jeweils für Ist-und Soll-Position im b-System gemäß den oben
angegebenen Gleichungen errechnet. Aus der Differenzbildung 5 erhält man dann die
gewünschten Differenzwinkel (β
- β1́) und (α2́ -α 1́), die einerseits auf dem Bildschirm 6 in der oben unter Bezug auf die Fig. 2 erläuterten
Weise angezeigt werden bzw. an Schnittstellen 7 für die Richtantriebe der Waffe gegeben
werden.
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
-Vorgabe und Speicherung des Seiten-und des Elevationswinkels (β2, a2) der Soll-Position der Waffe, bezogen auf ein erdfestes Navigations-Koordinatensystem (n-System);
-Ermittlung und Speicherung des Seiten-und des Elevationswinkels (β1,α1) der Ist-Position der Waffe im erdfesten Navigations-Koordinatensystem;
-Bestimmung und Speicherung des Kant-, Kipp-und des Seitenwinkels, (φ, 6, ψ) in einem trägerfesten Koordinatensystem (b-System)gegenüber dem erdfesten Navigations-Koordinatensystem;
-laufende Berechnung der Seiten-und Elevationswinkel (β'1, β'2 bzw. α'1, a',) der Waffe jeweils für die Ist-und die Soll-Position im trägerfesten Koordinatensystem (b-System); und
-laufende getrennte Bestimmung der Differenzen zwischen der Soll-und Ist-Position der Seitenwinkel (β'2 -ß',) einerseits und der Elevationswinkel (α'2 - α'1) andererseits;
-unterschiedliche Sichtdarstellung der Soll-und Ist-Position der Waffe auf einem Sichtanzeigeschirm - (6) sowie
-Ausgabe der Winkeldifferenzwerte zur Steuerung der Richtantriebe der Waffe.
-ein an einer höhenrichtbaren Masse der auf einem Trägergerät gelagerten Waffe befestigtes Lagereferenzsystem (1);
-ein mit Bildschirm (6) und einer Recheneinheit (3, 4, 5) versehenes und mit dem Lagereferenzsystem (1) verbundenes Kommunikationsgerät, das die von einem Feuerleitrechner gelieferten Werte der SollPositionen des Seiten-und des Elevationswinkels (β2, a2) der Waffe in einem erdfesten Koordinatensystem (n-System) speichert und mit Hilfe von fünf vom Lagereferenzsystem gelieferten, die Ist-Position der Waffe angebenden Größen, nämlich
-des Seitenwinkels (ß,) der Ist-Position der Waffe im n-System,
-des Elevationswinkels (a,) der Ist-Position der Waffe im n-System,
-des Kantwinkels (0) der Waffe in einem trägerseitigen Koordinatensystem (b-System) gegenüber dem erdfesten Koordinatensystem,
-des Kippwinkels (8) des b-Systems gegenüber dem n-System und
-des Seitenwinkels (ψ) des b-Systems gegenüber dem n-System
zwei den Richtvorgang bestimm ende, voneinander entkoppelte Winkeldifferenzwerte für die momentane Seitenwinkeldifferenz (β'2 -β'1) und die momentane Elevationswinkeldifferenz (α'2 -a',) zwischen Soll-und Ist-Position im trägerfesten Koordinatensystem liefert und durch
Mittel zur getrennten Sichtdarstellung der Ist-Position und der Soll-Position der Waffe auf dem Bildschirm (6) sowie mit
-Schnittstellen (7) zur Steuerung der Richtantriebe der Waffe.