Verfahren zum Führen eines Flugkörpers auf ein Ziel bei Zielverlust

Abstract

 Wenn ein Flugkörper mit einem Suchkopf ein Ziel verliert, sei es durch Überschreiten eines zulässigen Maximalwertes des Schielwinkels, sei es durch Wegfall von Zielstrahlung etwa bei einem passiven Radar-Suchkopf nach Abschalten einer das Ziel bildenden Radarstellung, soll der Flugkörper trotzdem ins Ziel geführt werden. Das wird erreicht durch Speichern der Zielverlust-Position (14) und der Sichtlinie (σ

,20) und Führen des Flugkörpers (12) auf die von der gespeicherten Zielverlust-Position (14) ausgehende, gespeicherte Sichtlinie (σ

,20). Der Flugkörper wird auf diese Sichtlinie geführt durch Bestimmen der aktuellen Position (Δrⁿ) des Flugkörpers (12) relativ zu der Zielverlust-Position, Festlegung eines virtuellen Zieles (18) auf der von der Zielverlust-Position (14) ausgehenden, gespeicherten Sichtlinie (σ

,20) in einem vorgegebenen Abstand von der aktuellen Position des Flugkörpers (12), Berechnen eines virtuellen Sichtlinien-Vektors (σ

) von dem Flugkörper (12) zu dem virtuellen Ziel (18) und Führen des Flugkörpers (12) nach Maßgabe des virtuellen Sichtlinien-Vektors (σ

).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Führen eines mit zielerfassenden Mitteln versehenen Flugkörpers zu einem Ziel nach einem Verlust der Zielinformation.

[0002] Bei einem Flugkörper, der passiv ein feindliches Radar erfaßt und auf die Quelle der Radarstrahlung geführt wird, kann der Zielverlust z. B. dadurch entstehen, daß die Quelle der Radarstrahlung abgeschaltet wird.

[0003] Ein anderer Anwendungsfall besteht darin, daß die zielerfassenden Mittel das Ziel unter einem Schielwinkel relativ zu dem Flugkörper erfassen, der Schielwinkel auf einen Maximalwert begrenzt ist und bei Zielverlust durch Überschreiten des Maximalwertes des Schielwinkels in einer Zielverlust-Position des Flugkörpers unmittelbar vor dem Zielverlust eine Sichtlinie vom Flugkörper zu dem Ziel ermittelt wird. Die zielerfassenden Mittel erfassen das Ziel unter einem "Schielwinkel" zur Längsachse des Flugkörpers. Der Schielwinkel kann üblicherweise einen Maximalwert aus konstruktiven Gründen nicht überschreiten. Dieser Maximalwert bestimmt das Gesichtsfeld des Suchkopfes. Wenn das Ziel durch die Bewegung des Flugkörpers aus diesem Gesichtsfeld heraustritt, dann kann der Suchkopf das Ziel nicht mehr "sehen" und daher den Flugkörper nicht mehr zu dem Ziel führen.

[0004] Dieses Problem tritt insbesondere dann auf, wenn der Flugkörper von einem Träger zunächst nach oben abgefeuert wird, um ihm aus größerer Höhe einen besseren Überblick z.B. über ein Gefechtsfeld zu ermöglichen. Dann nimmt der Flugkörper u.U. im Steigflug eine Fluglage ein, in welcher der Maximalwert des Schielwinkels zum Ziel überschritten wird und ein Zielverlust eintritt.

[0005] Die Erfindung ist insbesondere anwendbar für die Bekämpfung stationärer Ziele wie Radarstellungen oder im Verhältnis zur Geschwindigkeit des Flugkörpers langsam beweglicher Ziele.

[0006] Die zielerfassenden Mittel können ein aktiver oder passiver Radarsuchkopf sein. Es kann sich auch um einen Suchkopf mit einem optischen Infrarot-Sucher handeln.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, in einem solchen Fall durch geeignete Führung des Flugkörpers ein Wiedererfassen des Ziels zu ermöglichen.

[0008] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst durch die Verfahrensschritte

(a) Speichern der Zielverlust-Position und der Sichtlinie und

(b) Führen des Flugkörpers auf die von der gespeicherten Zielverlust-Position ausgehende, gespeicherte Sichtlinie.

[0009] Das Führen des Flugkörpers auf die gespeicherte Sichtlinie erfolgt vorteilhafterweise durch die weiteren Verfahrensschritte:

(b) Bestimmen der aktuellen Position des Flugkörpers relativ zu der Zielverlust-Position,

(c) Festlegung eines virtuellen Zieles auf der von der Zielverlust-Position ausgehenden, gespeicherten Sichtlinie in einem vorgegebenen Abstand von der aktuellen Position des Flugkörpers,

(d) Berechnen eines virtuellen Sichtlinien-Vektors von dem Flugkörper zu dem virtuellen Ziel und

(e) Führen des Flugkörpers nach Maßgabe des virtuellen Sichtlinienvektors.

[0010] Dabei ist es sinnvoll, wenn der vorgegebene Abstand kleiner als die Detektions-Reichweite der zielerfassenden Mittel ist.

[0011] Wenn der Flugkörper nach dem Zielverlust nur in eine Richtung gelenkt würde, die der Richtung der zuletzt erfaßten Sichtlinie entspricht, dann würde er durch seine Flugkörper- Dynamik auf eine Bahn einschwenken, die zwar die Richtung der zuletzt erfaßten Sichtlinie zum Ziel entspricht aber in u.U. erheblichem Abstand von der zum Ziel führenden Verbindungslinie zwischen Zielverlust-Position und Ziel verläuft. Dann gelangt u.U. das Ziel überhaupt nicht mehr in das Gesichtsfeld der zielerfassenden Mittel. Wenn das Ziel irgendwann doch wieder erfaßt wird, dann sind meist Lenkmanöver mit unerwünscht starken Bahnkrümmungen erforderlich. Deshalb wird nicht nur die zuletzt vor dem Zielverlust beobachtete Sichtlinie zum Ziel gespeichert sondern auch die Zielverlust-Position. Letzteres kann dadurch geschehen, daß z.B. eine Trägheitsnavigations-Einheit "auf null gesetzt" wird, so daß die Position des Flugkörpers relativ zu der Zielverlust-Position bestimmt wird. Es ist dann eine Linie von der Zielverlust-Position zum Ziel definiert. Der Flugkörper wird nun so geführt, daß er auf diese Linie einschwenkt. Das kann "sanft" erfolgen, da der Flugkörper dabei das Ziel noch nicht sofort zu "sehen" braucht. Dann wird er ggf. mit den zielerfassenden Mitteln irgendwann auch das Ziel wieder erfassen, auch wenn dieses durch Navigations- oder Meßfehler nicht genau auf der besagten Linie liegt. Der Flugkörper kann dann in üblicher Weise zu dem Ziel geführt werden.

[0012] Bei der bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein virtuelles Ziel definiert. Dieses virtuelle Ziel liegt auf der Linie zwischen Zielverlust-Position und Ziel und in einem vorgegebenen Abstand von dem Flugkörper. Durch diese Bedingungen ist das virtuelle Ziel eindeutig definiert. Es kann ein virtueller Sichtlinienvektor von dem Suchkopf des Flugkörpers zu dem virtuellen Ziel berechnet werden. Mit diesem berechneten, virtuellen Sichtlinienvektor wird der Flugkörper gelenkt. Da das virtuelle Ziel immer auf der Linie zwischen Zielverlust-Position und Ziel liegt, wird die Bahn des Flugkörpers auf diese Linie hingelenkt und schwenkt schließlich in diese Linie ein.

[0013] Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig.1

zeigt die Flugbahn und Sichtlinie bei Zielverlust vereinfacht in der vertikalen Ebene.

Fig.2

veranschaulicht in der vertikalen Ebene die Bestimmung des virtuellen Sichtlinienvektors.

Fig.3

zeigt schematisch, wieder in einer vertikalen Ebene, die Flugbahn des Flugkörpers bei Lenkung nach dem virtuellen Sichtlinienvektor.

[0014] Fig.1 zeigt in einer Ebene die Flugbahn 10 eines Flugkörpers 12. Die Abszisse xⁿ ist die horizontale Entfernung. Die Ordinate ist die Flughöhe. Der Flugkörper 12 wird so gelenkt, daß er zunächst von einer relativ niedrigen Position steil auf größere Flughöhe steigt, um von oben einen guten Überblick über ein Gefechtsfeld mit einem Ziel oder mehreren Zielen zu bekommen. Der Flugkörper 12 weist eine Trägheitsnavigations-Einheit auf. Allerdings sind die Anfangskoordinaten und die Zielkoordinaten in der Regel nicht bekannt, so daß der Flugkörper nicht allein durch Trägheitsnavigation auf das Ziel geführt werden kann. Der Flugkörper 12 weist zielerfassende Mittel, z.B. ein aktives oder passives Radar oder einen passiven Infrarot-Suchkopf auf. Die zielerfassenden Mittel "sehen" das stationäre oder sich im Vergleich zu der Geschwindigkeit des Flugkörpers 12 langsam bewegende Ziel unter einem "Schielwinkel" zur Achse des Flugkörpers.

[0015] Die inertiale Linie zwischen Flugkörper 12 und Ziel stellt die Sichtlinie dar, die durch einen Vektor σ

dargestellt ist. Die Führung des Flugkörpers 12 erfolgt in Abhängigkeit von der inertialen Sichtlinien-Drehrate, derart, daß die Sichtlinien-Drehrate auf null geregelt wird. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann der Sichtlinien-Vektor Fehler aufweisen. Diese Fehler sind einmal bedingt durch Fehler der Trägheitsnavigation. Das ist durch den Vektor σ

angedeutet. Es kann aber auch ein Fehler bei der Messung der Sichtlinie auftreten. Das ist durch den Vektor σ

angedeutet, also die "wahre" Sichtlinie, die von der gemessenen Sichtlinie abweicht.

[0016] Wie in Fig.1 dargestellt ist, ergeben sich bei der steil ansteigenden Flugbahn des Flugkörpers 12 sehr große Schielwinkel. Bei Überschreiten eines Maximalwertes des Schielwinkels geht das Ziel verloren. Das Ziel gelangt aus dem Gesichtsfeld des Suchers des Flugkörpers 12 heraus. Ein anderer Grund für einen Zielverlust kann das Abschalten einer Quelle von Radarstrahlung sein, wenn das Ziel z.B. eine feindliche Radarstellung ist. Es sei angenommen, daß dieser Zielverlust in einer Zielverlust-Position 14 geschieht. Die letzte vor dem Zielverlust gemessene inertiale Sichtlinie σ

wird gespeichert. Ebenso wird die Zielverlust-Position 14 gespeichert. Das kann dadurch geschehen, daß die Trägheitsnavigations-Einheit des Flugkörpers 12 auf null gesetzt wird und so die Bewegungen des Flugkörpers 12 im Raum bezogen auf die Zielverlust-Position 14 mißt.

[0017] Wenn der Flugkörper 12 nach dem Zielverlust so geführt würde, daß er nur in die Richtung der letzten beobachteten Sichtlinie einschwenkt, dann ergibt sich nach der Flugkörper-Dynamik etwa eine Flugbahn 16, wie sie gestrichelt in Fig.1 dargestellt ist. Diese Flugbahn 16 verläuft im Abstand parallel zu der Linie zwischen Zielverlust-Position 14 und Ziel. Diese Flugbahn 16 führt nicht zum Ziel. Sie gewährleistet kein Wiedererfassen des Ziels. Eine Bahnänderung in Richtung auf das Ziel erfolgt jedenfalls nur und erst dann, wenn das Ziel wieder erfaßt ist. Dann werden in der Regel starke Bahnkrümmungen verlangt.

[0018] Fig.2 veranschaulicht die Geometrie der Berechnung eines virtuellen Zieles und eines virtuellen Schielwinkels zu diesem virtuellen Ziel.

[0019] Die Zielverlust-Position 14 ist durch einen Ortsvektor rⁿ(

) gekennzeichnet. Die Spitze dieses Ortsvektors ist der Startpunkt für den zuletzt gemessenen Sichtlinienvektor σ

. Bezogen auf diese Zielverlust-Position 14 ist die jeweils aktuelle Position des Flugkörpers 12 durch einen Ortsvektor Δrⁿ gekennzeichnet. Es wird jetzt ein virtuelles Ziel 18 definiert: Dieses virtuelle Ziel 18 soll auf der Linie 20 zwischen Zielverlust-Position 14 und dem Ziel liegen. Diese Linie 20 ist durch die gespeicherte Zielverlust-Position 14 und den letzten beobachteten Sichtlinien-Vektor σ

bestimmt. Weiterhin soll dieses virtuelle Ziel 18 in einem vorgegebenen Abstand vom Flugkörper 12 liegen. Dieser Abstand kann willkürlich gewählt werden und sollte kleiner als die Detektions-Reichweite der zielerfassenden Mittel, also etwa eines optischen Infrarot-Suchkopfes, des Flugkörpers 12 sein. Damit ist die Position des virtuellen Ziels 18 eindeutig festgelegt. Man kann diese Position konstruieren, indem man um die aktuelle Position des Flugkörpers 12 einen Kreis (bzw. eine Kugel) mit dem gewählten vorgegebenen Abstand schlägt. Der Schnittpunkt dieses Kreises oder dieser Kugel mit der raumfesten Linie 20 ist die Position des virtuellen Ziels 18. Dieses virtuelle Ziel liegt immer auf der Linie 20.

[0020] Das virtuelle Ziel 18 definiert wieder einen virtuellen Sichtlinienvektor σ

von dem Flugkörper 12 zu dem virtuellen Ziel 18. Dieser virtuelle Sichtlinienvektor σ

bzw. die virtuelle Sichtlinien-Drehrate, also die Drehrate des virtuellen Sichtlinienvektors, kann berechnet und wie ein real gemessener Sichtlinienvektor zur Führung des Flugkörpers 12 zu dem virtuellen Ziel 18 benutzt werden. Da das virtuelle Ziel 18 stets auf der Linie 20 liegt, schwenkt der Flugkörper 12 dadurch "sanft" auf einer Bahn 22 mit optimalen Querbeschleunigungen in die Linie 20 der unmittelbar vor dem Zielverlust gemessenen Sichtlinie σ

ein. Diese gemessene Sichtlinie σ

kann, wie schon im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurde, durch Meßfehler von der "wahren" Sichtlinie σ

abweichen. Das ist auch in Fig.3 dargestellt. Spätestens nach dem Einschwenken des Flugkörpers 12 auf die Linie 20 wird aber das Ziel, das in der Richtung der wahren Sichtlinie σ

liegt, von den zielerfassenden Mitteln des Flugkörpers 12 wieder erfaßt. Die Lenkung erfolgt dann wieder in konventioneller Weise nach der von den zielerfassenden Mitteln gemessenen Sichtlinien-Drehrate.

[0021] Quantitativ ergibt sich folgendes:

[0022] Wie aus Fig.2 ersichtlich ist, ergibt sich die virtuelle Sichtlinie aus einem Vektor, dessen Länge mit k(t) bezeichnet werden soll, in Richtung der zuletzt gemessenen Sichtlinie σ

, also der Linie 20, und dem auf die Zielverlust-Position 14 bezogenen Ortsvektor Δrⁿ des Flugkörpers:

[0023] Die noch unbekannte Strecke k(t) kann durch die beiden Dreiecke zwischen den Vektoren Δrⁿ (t), yⁿ(t) und σ

nach dem Satz des Pythagoras berechnet werden:

[0024] Für eine vorgegebene Detektorreichweite r_dtct läßt sich die Gleichung auch schreiben als

[0025] Auf der rechten Seite dieser Gleichung muß der Vektor yⁿ noch durch die Projektion von Δrⁿ(t) auf den Sichtlinien-Einheitsvektor σ

berechnet werden:

[0026] Diese Gleichungen können für jeden Zeitpunkt ab dem Zielverlust in umgekehrter Richtung gelöst werden. Dadurch wird eine Sichtlinie zu dem virtuellen Ziel 18 rechnerisch bestimmt. Diese virtuelle Sichtlinie im inertialen Raum muß nun in das flugkörperfeste Koordinatensystem transformiert werden, um die virtuellen Schielwinkel zu bestimmen. Die Transformation der vituellen Sichtlinie aus dem inertialen Koordinatensystem "n" in ein flugkörperfestes Koordinatensystem "M" erfolgt auf Grund folgender Transformationsgleichung:

[0027] Die virtuellen Schielwinkel λ_yM und λ_zM um Nick- und Gierachse im flugkörperfesten System werden dann durch den Vergleich der Komponenten des Vektors σ

(t) mit denen der ersten Spalte der Matrix auf der rechten Seite der Gleichung gewonnen:

Ansprüche

1. Verfahren zum Führen eines mit zielerfassenden Mitteln versehenen Flugkörpers (12) zu einem Ziel nach einem Verlust der Zielinformation, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

(a) Speichern der Zielverlust-Position (14) und der Sichtlinie (σ

,20) und

(b) Fuhren des Flugkörpers (12) auf die von der gespeicherten Zielverlust-Position (14) ausgehende, gespeicherte Sichtlinie (σ

,20).

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die weiteren Verfahrensschritte:

(a) Bestimmen der aktuellen Position (Δrⁿ) des Flugkörpers (12) relativ zu der Zielverlust-Position,

(b) Festlegung eines virtuellen Zieles (18) auf der von der Zielverlust-Position (14) ausgehenden, gespeicherten Sichtlinie (σ

,20) in einem vorgegebenen Abstand von der aktuellen Position des Flugkörpers (12),

(c) Berechnen eines virtuellen Sichtlinien-Vektors (σ

) von dem Flugkörper (12) zu dem virtuellen Ziel (18) und

(d) Führen des Flugkörpers (12) nach Maßgabe des virtuellen Sichtlinien-Vektors (σ

).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Abstand kleiner als die Detektions-Reichweite (r_dtct) der zielerfassenden Mittel ist.

Zeichnung