VERFAHREN ZUR ERMITTLUNG EINER FEUERLEITLÖSUNG

Beschreibung

[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Feuerleitlösung bei Vorhandensein einer Relativbewegung zwischen einer ein Geschoss abschießenden Waffe, welche in Azimut und Elevation bewegbar ist, und einem zu treffenden Zielobjekt, mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Als Feuerleitlösung wird das Wertepaar von einzustellendem Azimutwinkel α und Elevationswinkel ε bezeichnet, mit denen der Geschoss-Auftreffpunkt nach der Geschoss-Flugzeit mit dem Ort des Zielobjekts zum gleichen Zeitpunkt hinreichend genau übereinstimmt.

[0003] Ausgangspunkt der Erfindung ist die Schwierigkeit, den Auftreffpunkt und die Flugzeit eines aus einer in Azimut und Elevation bewegbaren Waffe abgeschossenen Geschosses zu bestimmen, d.h. die sogenannten Bewegungsdifferentialgleichungen der Außenballistik zu lösen. Der Geschoss-Auftreffpunkt und die Geschoss-Flugzeit hängen hierbei nicht nur von dem eingestellten Azimutwinkel und Elevationswinkel, sondern auch von der verwendeten Munition und weiteren Einflüssen wie dem Wind oder der Temperatur ab. Auf Grund der Vielzahl und der Unbestimmtheit der Parameter ist es i.A. nicht möglich, den Geschoss-Auftreffpunkt und die Geschoss-Flugzeit zu berechnen. Es werden deswegen unterschiedliche Bewegungsdifferentialgleichungslösungs-Verfahren angewendet, wie beispielsweise die numerische Integration, die Verwendung von Schusstafeln oder Approximationen. Besonders hervorzuheben ist der NATO Armaments Ballistic Kernel (NABK), welcher unter Verwendung der Eingabeparameter wie Azimutwinkel, Elevationswinkel, Munition und Wetterdaten die Flugbahn des Geschosses als Funktion der Zeit [x(t), y(t), z(t)] ermittelt.

[0004] Die genannten Verfahren liefern gute Ergebnisse, aber nur für den Fall, dass sich sowohl die Waffe als auch das Zielobjekt nicht bewegen. Liegt eine Bewegung der Waffe vor, so wird die Geschossflugbahn von dieser Bewegung beeinflusst. Liegt eine Bewegung des Zielobjekts vor, so kann der Fall eintreten, dass sich das Zielobjekt nach der Geschoss-Flugzeit bereits nicht mehr am Geschoss-Auftreffpunkt befindet.

[0005] Bisher wird die Feuerleitlösung im indirekten oder direkten Richten bei Vorhandensein einer Relativbewegung zwischen der Waffe und dem Zielobjekt derart ermittelt, dass eine Vielzahl von Wertepaaren für Azimut und Elevation vorgegeben wird. Für diese werden dann die Bewegungsdifferentialgleichungen durch dem Stand der Technik entsprechende Verfahren solange gelöst, bis die Feuerleitlösung gefunden wurde. Der Nachteil an diesem Vorgehen ist, dass eine Vielzahl von Wertepaaren für Azimut und Elevation vorgegeben werden muss, bis eine Feuerleitlösung gefunden worden ist. Die somit erforderliche Rechenzeit für die oftmalige Lösung der Bewegungsdifferentialgleichungen erschwert eine praktische Anwendung des Schießens mit diesem Verfahren bei Vorhandensein einer beliebigen Relativbewegung zwischen der Waffe und dem Zielobjekt.

[0006] Aus der DE 34 07 035 C1 ist eine Schaltungsanordnung zur Vorhalterechnung aus den Zustandsgrößen bewegter Objekte bekannt.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, mit möglichst wenigen Lösungen der Bewegungsdifferentialgleichungen eine Feuerleitlösung im indirekten oder direkten Richten bei Vorhandensein einer beliebigen Relativbewegung zwischen der Waffe und dem Zielobjekt zu ermitteln.

[0008] Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

[0009] Zur Lösung der Aufgabe kann das Verfahren vorteilhafterweise folgende Merkmale umfassen:
In ausgezeichneten Punkten der Waffe und des Zielobjekts wird jeweils ein Koordinatensystem fixiert (KS_Waffe, KS_Ziel).

[0010] Wenn das Geschoss den Lauf verlässt, wird die Zeit t auf einen beliebigen aber fixen Wert t_fix gesetzt, beispielsweise t_fix = 0.

[0011] Wenn das Geschoss den Lauf verlässt, wird der Ortsvektor des Geschosses r_Geschoss auf einen beliebigen, aber fixen Wert r_fix gesetzt, beispielsweise r_fix = 0.

[0012] Das Koordinatensystem KS_Waffe wird zum raumfesten Initialsystem I* für die Ermittlung der Feuerleitlösung.

[0013] Dem Geschwindigkeitsvektor v₀ in Richtung der Waffen-Rohrseelenachse wird der Geschwindigkeitsvektor der Rohrmündung v_M zum Zeitpunkt t = t_fix hinzugefügt, wodurch sich die neue Anfangsgeschwindigkeit v₀* ergibt. Die Bewegung des Zielobjekts, repräsentiert durch KS_Ziel, wird relativ zu I* bestimmt, wodurch sich sowohl ein Ortsvektor der Relativbewegung r_rel als auch ein zeitabhängiger Vektor der Relativgeschwindigkeit v_rel bezüglich I* ergibt.

[0014] Der bezüglich I* ermittelte Vektor der absoluten Windgeschwindigkeit v_W erfährt mittels des bekannten Vektors der Relativbewegung v_rel zwischen Waffe und Zielobjekt für die ballistischen Berechnungen eine geeignete Korrektur, wodurch sich ein Vektor der korrigierten Windgeschwindigkeit v_Wkorr ergibt.

[0015] Es wird eine vom Azimutwinkel α und Elevationswinkel ε abhängige Funktion J(α,ε) konstruiert, welche einen ausgezeichneten Wert J*, z.B. ein Minimum, ein Maximum oder null, annimmt, wenn nach der Flugzeit t_flight die bezüglich I* ermittelten zeitabhängigen Ortsvektoren von Geschoss und Zielobjekt r_Geschoss und r_rel hinreichend genau übereinstimmen.

[0016] Durch geeignete mathematische Verfahren wird der ausgezeichnete Wert J* von J(α,ε) durch möglichst wenige Lösungen der Bewegungsdifferentialgleichungen der Außenballistik gefunden.

[0017] Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Waffensystems

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung einer Feuerleitlösung

[0018] Die Fig. 1 zeigt ein Waffensystem in einer schematischen Darstellung, wie es beispielweise auf einem Schiff zur Anwendung kommt. Neben der Waffe 1 weist es einen Elevations-Richtantrieb 2 und einen Azimut-Richtantrieb 3 sowie Mittel zur Waffenstabilisierung 4 auf. Ferner weist das Waffensystem einen Feuerleitrechner 5 auf, welcher Teile des Waffensystems steuert. Der Feuerleitrechner 5 hat u.a. die Aufgabe, die Feuerleitlösung zu ermitteln, d.h. die Werte für den Azimutwinkel und Elevationswinkel derart zu bestimmen, dass das Zielobjekt getroffen wird. Der Vorgang der Ermittlung der Feuerleitlösung wird in Fig. 2 beschrieben. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass der Feuerbefehl vom Verantwortlichen erteilt und die Waffe 1 geladen worden ist.
Die Mittel zur Waffenstabilisierung 4 haben die Aufgabe, die Einflüsse der durch geeignete Sensoren gemessenen Werte von Pitch, Roll und Yaw (Stampfen, Schlingern und Gieren) bedingt durch den Seegang bzw. die Eigenbewegung des Schiffes, zu kompensieren. Falls die Waffe 1 stabilisiert ist, wird ein Signal "STABIL" abgegeben und der Richtvorgang durch den Elevations-Richtantrieb 2 und den Azimut-Richtantrieb 3 kann beginnen. Wenn der Elevations-Richtantrieb 2 und der Azimut-Richtantrieb 3 die durch den Feuerleitrechner 5 vorgegebenen Werte für Elevation und Azimut erreicht haben, geben sie die Signale "FERTIG" an den Feuerleitrech-ner. Dieser gibt dann zum vorgewählten Zeitpunkt den Befehl "FEUER". Der vorgewählte Zeitpunkt ist zwar für die außenballistischen Berechnungen aus Gründen der Einfachheit der Wert t = 0, liegt aber zum Zeitpunkt der Erteilung des Feuerbefehls durch den Verantwortlichen soweit in der Zukunft, dass genügend Zeit für die Ermittlung der Werte für Azimut und Elevation, das Richten der Waffe 1 und ggf. für das Stabilisieren bleibt.

[0019] Die nach dem Erteilen des Feuerbefehls im Feuerleitrechner 5 ablaufenden Vorgänge sind in Fig. 2 dargestellt. Bevor begonnen wird, die Bewegungsdifferentialgleichungen der Außenballistik durch den NATO Armaments Ballistic Kernel (NABK) (Release 6.0) mittels numerischer Integration zu lösen, werden folgende Randbedingungen festgesetzt:

[0020] Als Bewegungsdifferentialgleichungen der Außenballistik werden die eines modifizierten Punktmassemodells verwendet (gemäß NATO STANAG 4355).

[0021] Der Ursprung des Koordinatensystems KS_Waffe wird im Mittelpunkt der Rohrmündung der Waffe fixiert.

[0022] Der Ursprung des Koordinatensystems KS_Ziel wird im gewünschten Treffpunkt fixiert.

[0023] Wenn das Geschoss den Lauf verlässt, wird die Zeit t auf den fixen Wert t_fix = 0 gesetzt.

[0024] Wenn das Geschoss den Lauf verlässt, wird der Ortsvektor des Geschosses auf den fixen Wert r_Geschoss = 0 gesetzt.

[0025] Dem Geschwindigkeitsvektor v₀ in Richtung der Waffen-Rohrseelenachse wird der Geschwindigkeitsvektor der Rohrmündung v_M zum Zeitpunkt t_fix = 0 hinzugefügt, wodurch sich die neue Anfangsgeschwindigkeit v₀* ergibt. Die Geschwindigkeiten v_M und v₀ werden hierbei durch geeignete technische Mittel bestimmt und sind als bekannt anzusehen.

[0026] Die Bewegung des Zielobjekts, repräsentiert durch KS_Ziel, wird relativ zu I* bestimmt, wodurch sich sowohl ein Ortsvektor der Relativbewegung r_rel als auch ein zeitabhängiger Vektor der Relativgeschwindigkeit v_rel bezüglich I* ergibt. Der Anfangspunkt von r_rel liegt im Ursprung von I*, also im Mittelpunkt der Rohrmündung zum Zeitpunkt t_fix = 0.

[0027] Dem Geschwindigkeitsvektor der Windgeschwindigkeit v_W wird der Geschwindigkeitsvektor der Relativbewegung v_rel zum Zeitpunkt t_fix = 0 hinzugefügt, wodurch sich die korrigierte Windgeschwindigkeit V_Wkorr ergibt. Die Ermittlung der Geschwindigkeit v_rel kann durch ein Dopplerradar oder optronische Sensoren erfolgen. Die Ermittlung der Geschwindigkeit v_W kann durch geeignete Wetter-Sensoren erfolgen.

[0028] Weil I* ein kartesisches Koordinatensystem mit den Achsen (x, y, z) darstellt und nach der Geschoss-Flugzeit t_flight die Vektoren r_Geschoss und r_rel innerhalb des System I* gleich sind, ergibt sich:

[0029] Weil nur die beiden Variablen Azimut α und Elevation ε zur Verfügung stehen, wird eine dritte Variable, nämlich die Geschoss-Flugzeit t_flight, benötigt, um die obigen Gleichungen lösen zu können. Die Lösung der Bewegungsdifferentialgleichungen wird also solange fortgesetzt, bis Z_Geschoss (t_flight) = z_rel (t_flight), oder bis mit hinreichender Genauigkeit gilt:


wobei β ein kleiner positiver Wert (Höhentoleranz) ist.

[0030] Somit ist die Geschoss-Flugzeit t_flight nicht Länger unbekannt, d.h. das System ist nicht mehr unterbestimmt.

[0031] Es wird eine vom Azimutwinkel α und Elevationswinkel ε abhängige Funktion J(α,ε) konstruiert, welche den ausgezeichneten Wert J* null, annimmt, wenn nach der Flugzeit t_flight die bezüglich I* ermittelten zeitabhängigen Ortsvektoren von Geschoss und Zielobjekt r_Geschoss und r_rel hinreichend genau übereinstimmen. Diese Funktion lautet:


mit

[0032] Die Werte (α*,ε*) führen zu einer Nullstelle der Funktion J(α,ε) und stellen somit eine Feuerleitlösung dar.

[0033] Durch geeignete mathematische Verfahren wird der ausgezeichnete Wert J* von J(α,ε) durch möglichst wenige Lösungen der Bewegungsdifferentialgleichungen der Außenballistik gefunden. Als mathematisches Verfahren für die Nultstellenbestimmung wird das Newton-Raphson Verfahren angewendet. Hierzu werden folgenden Gleichungen verwendet:

[0034] Die Fig. 2 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung einer Feuerleitlösung nachdem der Feuerbefehl [I] erteilt wurde. Zuerst werden die Bewegungsdifferentialgleichungen der Außenballistik mit Initialwerten α₀ für den Azimutwinkel und ε₀ für den Elevationswinkel durch den NABK gelöst [II]. Der Initialwert α₀ ergibt sich aus der Lage von Waffe und Zielobjekt, der Initialwert ε₀ ergibt sich aus der verwendeten Munition und der Entfernung zwischen Waffe und Zielobjekt. Die ermittelten Werte des Geschoss-Auftreffpunkts und der Geschoss-Flugzeit werden gespeichert. Danach wird eine weitere Integration der Bewegungsdifferentialgleichungen mittels des NABK durchgeführt, wobei allerdings der Wert von α um einen kleinen Wert δα verändert wird [III]. Die ermittelten Werte des Geschoss-Auftreffpunkts und der Geschoss-Flugzeit werden ebenfalls gespeichert. Anschließend wird eine weitere Integration der Bewegungsdifferentialgleichungen mittels des NABK durchgeführt, wobei allerdings der Wert von ε um einen kleinen Wert δε verändert wird [IV]. Die ermittelten Werte des Geschoss-Auftreffpunkts und der Geschoss-Flugzeit werden ebenfalls gespeichert. Aus den gespeicherten Berechnungsergebnissen lassen sich die partiellen Ableitungen der Zielkoordinaten xSchlange und ySchlange nach Azimut und Elevation mittels einer Differenzenformel erster Ordnung abschätzen, welche die Jacobi-Matrix des Problems bilden [V]. Nach der Berechnung der Inversen der Jacobimatrix wird der Newton-Raphson-Schritt gemäß der angegebenen Gleichung ausgeführt [VI]. Mit den sich ergebenden neuen Werten für den Azimutwinkel α und für den Elevationswinkel ε werden die Bewegungsdifferentialgleichungen erneut durch den NABK gelöst [VII]. Der nunmehr ermittelte Geschoss-Auftreffpunkt kann in die Funktion J eingesetzt werden, um zu überprüfen, ob eine Nullstelle oder zumindest eine hinreichende Näherung gefunden wurde [VIII]. Ist der Wert des Zielfunktionals J also kleiner als ein vorgegebener Wert, wie beispielsweise 10 Meter, für jede Koordinate xSchlange und ySchlange, dann ist eine Feuerleitlösung gefunden [IX]. Ist der Wert aber größer als der vorgegebene Wert für eine Koordinate xSchlange oder ySchlange, dann wird eine weitere Iteration durchgeführt [III] - [VIII] solange, bis eine Feuerleitlösung gefunden wird. In der ersten Schleife müssen also die Bewegungsdifferentialgleichungen der Außenballistik viermal gelöst werden, bei jeder Iteration dann dreimal. Es kann angenommen werden, dass in der Regel höchstens vier Iterationen durchgeführt werden müssen, bis eine Feuerleitlösung gefunden wird, wodurch sich die Anzahl der Lösungen der Bewegungsdifferentialgleichungen insgesamt auf 16 aufsummiert. Hierfür benötigt ein moderner Feuerleitrechner allerdings nur eine kurze Rechenzeit, so dass durch die Anwendung des Verfahrens das Ermitteln einer Feuerleitlösung bei Vorhandensein einer Relativbewegung zwischen einer ein Geschoss abschießenden Waffe und einem zu treffenden Zielobjekt durchführbar ist.

Ansprüche

1. Verfahren zur Ermittlung einer Feuerleitlösung bei Vorhandensein einer Relativbewegung zwischen einer ein Geschoss abschießenden Waffe und einem zu treffenden Zielobjekt,

• wobei die Waffe im Azimutwinkel α und Elevationswinkel ε verstellbar ist,

• wobei durch ein Bewegungsdifferentialgleichungslösungs-Verfahren der Geschoss-Auftreffpunkt und die Geschoss-Flugzeit bei vorgegebenen Werten für den Azimutwinkel α und Elevationswinkel ε sowie bei vorgegebener Munition und unter Berücksichtigung von äußeren Einflüssen, insbesondere der Berücksichtigung von Wetterdaten, bestimmbar sind,

• wobei der Azimutwinkel α und Elevationswinkel ε als Eingabeparameter des Bewegungsdifferentialgleichungslösungs-Verfahrens so oft variiert werden, bis, unter Berücksichtung der Geschwindigkeit der Waffe und der Geschwindigkeit des Zielobjekts, eine Feuerleitlösung gefunden wird,

• wobei unter Verwendung einer Funktion J(α,ε), welche für den Fall, dass Azimutwinkel und Elevationswinkel eine Feuerleitlösung darstellen, einen ausgezeichneten Wert J*, insbesondere den Wert null, annimmt, und

• wobei der Azimutwinkel α und Elevationswinkel ε derart zielgerichtet unter Verwendung von mathematischen Verfahren, insbesondere durch Verfahren zur Nullstellensuche, iterativ variiert werden, dass der ausgezeichnete Wert J* gefunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion J(α,ε) folgende Gestalt hat:


wobei gilt:




mit

• x_Geschoss(t_flight), y_Geschoss(t_flight): x- und y-Koordinate des Geschosses zur Geschoss-Flugzeit t_flight

• x_rel(t_flight), y_rel(t_flight): x- und y-Koordinate des Zielobjekts zur Geschoss-Flugzeit t_flight

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als mathematisches Verfahren das iterative Newton-Raphson-Verfahren verwendet wird, wobei der Azimutwinkel α und der Elevationswinkel ε nach folgender Gleichung zielgerichtet variiert werden:


mit der Jakobimatrix


und

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

i. Die Bewegungsdifferentialgleichungen werden mittels des Bewegungsdifferentialgleichungslösungs-Verfahren für ein Initialwertepaar (α₀,ε₀) gelöst.

ii. Die Bewegungsdifferentialgleichungen werden mittels des Bewegungsdifferentialgleichungslösungs-Verfahren für ein Wertepaar (α',ε), mit α' = α + δα, also mit einem gegenüber dem vorherigen Schritt veränderten, insbesondere geringfügig veränderten, Azimutwinkel gelöst.

iii. Die Bewegungsdifferentialgleichungen werden mittels des Bewegungsdifferentialgleichungslösungs-Verfahren für ein Wertepaar (α,ε'), mit ε' = ε + δε, also mit einem gegenüber dem vorherigen Schritt veränderten, insbesondere geringfügig veränderten, Elevationswinkel gelöst.

iv. Die Jakobimatrix wird zumindest näherungsweise bestimmt.

v. Das Newton-Raphson-Verfahren wird angewendet, welches ein neues Wertepaar (α,ε) liefert.

vi. Die Bewegungsdifferentialgleichungen werden mittels des Bewegungsdifferentialgleichungslösungs-Verfahren für das neue Wertepaar (α,ε) gelöst.

vii. Es wird geprüft, ob eine Feuerleitlösung gefunden wurde und für den Fall, dass keine Feuerleitlösung gefunden wurde, wird das Verfahren bei Schritt ii. dieses Anspruchs iterativ fortgesetzt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsdifferentialgleichungslösungs-Verfahren durch den NATO Armaments Ballistic Kernel unterstützt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in ausgezeichneten Punkten der Waffe und des Zielobjekts jeweils ein Koordinatensystem KS_Waffe und KS_Ziel fixiert wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenn das Geschoss den Waffenlauf verlässt, die Zeit t auf einen beliebigen aber fixen Wert t_fix, insbesondere t_fix = 0, gesetzt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenn das Geschoss den Waffenlauf verlässt, der Ortsvektor des Geschosses r_Geschoss auf einen beliebigen aber fixen Wert r_fix, insbesondere r_fix = 0, gesetzt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Koordinatensystem KS_Waffe zum raumfesten Initialsystem I* gesetzt wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Geschwindigkeitsvektor v₀ in Richtung der Waffen-Rohrseelenachse der Geschwindigkeitsvektor der Rohrmündung v_M zum Zeitpunkt t = t_fix hinzugefügt wird, wodurch sich die neue Anfangsgeschwindigkeit v₀* ergibt.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Zielobjekts, repräsentiert durch KS_Ziel, relativ zu I* bestimmt wird, wodurch sich sowohl ein Ortsvektor der Relativbewegung r_rel als auch ein zeitabhängiger Vektor der Relativgeschwindigkeit v_rel bezüglich I* ergibt.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der bezüglich I* ermittelte Vektor der absoluten Windgeschwindigkeit v_W mittels des bekannten Vektors der Relativbewegung v_rel zwischen Waffe und Zielobjekt für die ballistischen Berechnungen eine geeignete Korrektur erfährt, wodurch sich ein Vektor der korrigierten Windgeschwindigkeit V_Wkorr ergibt.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Feuerleitlösung mittels eines Feuerleitrechners durchgeführt wird.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuerleitrechner mittels der ermittelter Feuerleitlösung Steuersignale generiert, welche einem Azimut-Richtantrieb und einem Elevations-Richtantrieb zur Nachführung der Waffe in Azimut und Elevation zugeführt werden.

Claims

1. Method for determining a fire control solution in the presence of a relative movement between a weapon that fires a projectile and a target object that is to be hit,

• wherein the weapon is adjustable in azimuth angle α and elevation angle ε,

• wherein, by means of a movement differential equation solution method, the projectile point of impact and the projectile flight time can be determined at prescribed values for the azimuth angle α and the elevation angle ε, as well as with prescribed ammunition and taking into consideration external influences, especially weather data,

• wherein the azimuth angle α and the elevation angle ε, as input parameters of the movement differential equation solution method, are varied until a fire control solution is found, taking into consideration the speed of the weapon and the speed of the target object,

• wherein, using a function J(α,ε) that assumes a special value J*, especially zero, when the azimuth angle and the elevation angle represent a fire control solution, and

• wherein the azimuth angle α and the elevation angle ε are specifically iteratively varied using mathematical methods, especially zero-finding methods, in such a way that the special value J* is found.

2. Method according to Claim 1, characterised in that the function J(α,ε) has the following form:


in which:




where

• x_projectile (t_flight), y_projectile (t_flight) are x- and y-coordinates of the projectile at projectile flight time t_flight

• x_rel (t_flight), y_rel (t_flight) are x- and y-coordinates of the target object at projectile flight time t_flight

3. Method according to Claim 2, characterised in that the iterative Newton-Raphson method is used as the mathematical method, where the azimuth angle α and the elevation angle ε are specifically varied according to the following equation:


with the Jacobian matrix


and

4. Method according to one or more of Claims 1 to 3, characterised by the following method steps:

i. The movement differential equations are solved by means of the movement differential equation solution method for an initial value pair (α₀, ε₀).

ii. The movement differential equations are solved by means of the movement differential equation solution method for a value pair (α',ε), where α' = α + δα, in other words with an azimuth angle that is altered relative to the previous step, especially slightly altered.

iii. The movement differential equations are solved by means of the movement differential equation solution method for a value pair (α,ε'), where ε' = ε + δε, in other words with an elevation angle that is varied relative to the previous step, especially slightly varied.

iv. The Jacobian matrix is at least approximately determined.

v. The Newton-Raphson method is used to deliver a new value pair (α,ε).

vi. The movement differential equations are solved by means of the movement differential equation solution method for the new value pair (α,ε).

vii. It is checked whether a fire control solution was found, and if no fire control solution was found, the method is iteratively continued with step ii. of this claim.

5. Method according to one or more of Claims 1 to 4, characterised in that the movement differential solution method is assisted by the NATO Armaments Ballistic Kernel.

6. Method according to one or more of Claims 1 to 5, characterised in that, at special points of the weapon and of the target object, a coordinate system CS_weapon and CS_target is respectively fixed.

7. Method according to one or more of Claims 1 to 6, characterised in that, when the projectile leaves the weapon barrel, the time t is set to an arbitrary et fixed value t_fix, especially t_fix = 0.

8. Method according to one or more of Claims 1 to 7, characterised in that, when the projectile leaves the weapon barrel, the position vector of the projectile r_projectile is set to an arbitrary yet fixed value r_fix, especially r_fix = 0.

9. Method according to one or more of Claims 1 to 8, characterised in that the coordinate system CS_weapon is set to the spatially fixed initial system I*.

10. Method according to one or more of Claims 1 to 9, characterised in that the speed vector of the muzzle v_M at the point in time t = t_fix is added to the speed vector v₀ in the direction of the weapon bore axis, ae a result of which the new initial speed v₀* is obtained.

11. Method according to one or more of Claims 1 to 10, characterised in that the movement of the target object, represented by CS_target, is determined relative to I*, as a result of which not only a position vector of the relative movement r_rel but also a time-dependent vector of the relative speed v_rel relative to I* is obtained.

12. Method according to one or more of Claims 1 to 11, characterised in that the vector of the absolute wind speed v_W determined relative to I* undergoes, by means of the known vector of the relative movement v_rel between weapon and target object for the ballistic calculations, a suitable correction, as a result f which a vector of the corrected wind speed V_Wcorr is obtained.

13. Method according to one or more of Claims 1 to 12 characterised in that the determination of the fire control solution is carried out by means of a fire control computer.

14. Method according to one or more of Claims 1 to 13, characterised in that the fire control computer generates, by means of the determined fire control solution, control signals that are supplied to an azimuth directional drive and an elevation directional drive for guidance of the weapon in azimuth and elevation.

Revendications

1. Procédé de détermination d'une solution de conduite de tir en présence d'un mouvement relatif entre une arme tirant un projectile et une cible à atteindre,

- dans lequel l'arme est réglable au niveau de l'angle azimutal α et de l'angle d'élévation ε,

- dans lequel un procédé de résolution d'équation différentielle de mouvement permet de déterminer le point d'impact de projectile et le temps de vol de projectile avec des valeurs prédéfinies pour l'angle azimutal α et l'angle d'élévation ε ainsi qu'avec des munitions prédéfinies et en tenant compte de facteurs externes, en particulier en tenant compte de données météorologiques,

- dans lequel l'angle azimutal α et l'angle d'élévation ε en tant que paramètres d'entrée du procédé de résolution d'équation différentielle de mouvement sont amenés à varier jusqu'à ce qu'une solution de conduite de tir soit trouvée, en tenant compte de la vitesse de l'arme et de la vitesse de la cible,

- dans lequel, en utilisant une fonction J(α,ε) qui adopte pour le cas où l'angle azimutal et l'angle d'élévation représentent une solution de guidage de tir, une valeur optimale J*, en particulier la valeur zéro, et

- dans lequel l'angle azimutal α et l'angle d'élévation ε sont modifiés par itérations en utilisant des procédés mathématiques, en particulier des procédés de recherche de point zéro, d'une façon ciblée telle que la valeur optimale J* est trouvée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fonction J(α,ε) se présente sous la forme suivante :


où




avec

- x_Projectile(t_vol), y_Projectile(t_vol): coordonnées x et y du projectile au temps de vol de projectile t_vol

- x_rel(t_vol), y_rel(t_vol) : coordonnées x et y de la cible au temps de vol de projectile t_vol

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le procédé itératif de Newton Raphson est utilisé comme procédé mathématique, dans lequel l'angle azimutal α et l'angle d'élévation ε sont modifiés de façon ciblée selon l'équation suivante :


avec la matrice jacobienne


et

4. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 3, caractérisé par les étapes de procédé suivantes :

i. Les équations différentielles de mouvement sont résolues au moyen du procédé de résolution d'équation différentielle de mouvement pour une paire de valeurs initiales (α₀,ε₀).

ii. Les équations différentielles de mouvement sont résolues au moyen du procédé de résolution d'équation différentielle de mouvement pour une paire de valeurs (α',ε), avec α' = α + δα, donc avec un angle azimutal modifié, en particulier légèrement modifié, par rapport à l'étape précédente.

iii. Les équations différentielles de mouvement sont résolues au moyen du procédé de résolution d'équation différentielle de mouvement pour une paire de valeurs (α,ε'), avec ε' = ε + δε, donc avec un angle d'élévation modifié, en particulier légèrement modifié, par rapport à l'étape précédente.

iv. La matrice jacobienne est déterminée au moins approximativement.

v. On applique le procédé de Newton Raphson qui fournit une nouvelle paire de valeurs (α,ε).

vi. Les équations différentielles de mouvement sont résolues au moyen du procédé de résolution d'équation différentielle de mouvement pour la nouvelle paire de valeurs (α,ε).

vii. On vérifie si une solution de conduite de tir a été trouvée, et au cas où aucune solution de conduite de tir n'aurait été trouvée, le procédé continue par itération à l'étape ii de la présente revendication.

5. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le procédé de résolution d'équation différentielle de mouvement est assisté par le noyau balistique d'artillerie OTAN (NABK).

6. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 5, caractérisé en ce que dans des points optimaux de l'arme et de la cible, respectivement un système de coordonnées KS_Arme et KS_Cible est fixé.

7. Procédé selon une ou plusieurs des revendications à 6, caractérisé en ce que quand le projectile quitte le canon de l'arme, le temps t est réglé sur une valeur libre mais fixe t_fix, en particulier sur t_fix = 0.

8. Procédé selon une ou plusieurs des revendications à 7, caractérisé en ce que quand le projectile quitte le canon de l'arme, le vecteur local du projectile r_Projectile est réglé sur une valeur libre mais fixe r_fix, en particulier sur r_fix = 0.

9. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le système de coordonnées KS_Arme est réglé sur le système initial stabilisé I*.

10. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le vecteur de vitesse de la gueule de cylindre v_M à l'instant t = t_fix est ajouté au vecteur de vitesse v₀ en direction de la ligne de tir de l'arme, ce qui donne la nouvelle vitesse initiale v₀*.

11. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le mouvement de la cible, représentée par KS_Cible, par rapport I* est déterminé, de sorte qu'il en résulte aussi bien un vecteur local du mouvement relatif f_rel qu'un vecteur dépendant du temps de la vitesse relative v_rel par rapport à I*.

12. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le vecteur déterminé par rapport à I* de la vitesse absolue du vent v_W subit une correction adéquate au moyen du vecteur connu du mouvement relatif v_rel entre l'arme et la cible pour les calculs balistiques, de sorte qu'il en résulte un vecteur de la vitesse corrigée du vent V_Wkorr.

13. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la détermination de la solution de conduite de tir est réalisée au moyen d'un calculateur de conduite de tir.

14. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le calculateur de conduite de tir génère au moyen de la solution de conduite de tir déterminée des signaux de commande qui sont amenés à un entraînement orienté en azimut et à un entraînement orienté en élévation pour la poursuite de l'arme en azimut et en élévation.

Zeichnung