[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Feuerleiteinrichtung für ein Flugabwehrsystem,
bei der mit den durch Sensoren (z.B. Radargerät) erhaltenen Flugzieldaten in einem
Rechner eine Zielortvorhersage und der Waffenvorhalt berechnet wird.
[0002] Die Abwehr von Flugzielen unter Verwendung einer Feuerleiteinrichtung ist auf die
laufende Verfolgung der Flugziele mit Hilfe geeigneter Sensoren z.B. mit Radargeräten
angewiesen. Die von. den Sensoren-erhaltenen Daten liefern nicht nur den aktuellen
Zielort, sondern sind auch zur Vorhersage des Zielortes für einen zukünftigen Zeitpunkt
erforderlich. Die Zielortvorhersage wiederum ist Voraussetzung für die Bestimmung
des Waffenvorhaltes, der in einem Vorhalterechner berechnet wird. Die Zielortvorhersage
ist prinzipiell fehlerbehaftet, so daß ein vorhergesagter Zielort und der nach Ablauf
der Vorhersagezeit tatsächlich vorliegende Zielort nicht übereinstimmen. Für eine
schnelle erfolgreiche Abwehr von Flugzielen ist die Verringerung des Vorhersagefehlers
ausschlaggebend.
[0003] Verfahren, die unter Verwendung einer bestimmten Anzahl zurückliegender Sensor-Meßdaten
versuchen, durch geeignete Mittelwertbildung oder durch Filterverfahren, z.B. Kalman-Filterung,
den wahrscheinlichsten Zustandsvektor des Zieles (Ort Geschwindigkeit, Beschleunigung)
über der Zeit t zu ermitteln, liefern nicht die gewünschte Genauigkeit, wenn das Ziel
Flugmanöver ausführt, die nur mit einer gewissen Zeitkonstante nachvollzogen werden
können. Selbst bei mathematisch optimalen und sehr rechenintensiven Verfahren mit
automatischer Zeitkonstantenanpassung an das Zielverhalten ist das Ergebnis bei Flugmanöve.rn
in der Praxis meistens unbefriedigend, da die-Zeitkonstantenanpassung zu langsam erfolgt.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit der Zielortvorhersage mit
vertretbarem Aufwand weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung
dadurch gelöst, daß die berechnete Vorhersage des Zielortes laufend mit dem bei Ablauf
der Vorhersagezeit durch Messung ermittelten tatsächlichen Zielort verglichen wird
und daß die durch den Vergleich ermittelte Abweichung (Fehler) zur Korrektur der jeweils
berechneten aktuellen Vorhersage des Zielortes verwendet wird.
[0005] Ist der Fehler größer als eine empirisch ermittelte, von der Güte des Radargerätes
abhängige maximale Fehleramplitude für geradlinige unbeschleunigte Zielbewegungen,
so wird auf ein Flugmanöver des Zieles geschlossen. Bei der Abgabe der aktuellen Zielortvorhersage
ist dann dem unkorrigierten Vorhersagewert der erkannte Fehler hinzuzuaddieren. Gemäß
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Korrektur des Zielortes einer
Vorhersage durch Mittelwertbildung aus mehreren errechneten Fehlern gebildet sein.
Ebenso kann es vorteilhaft sein, die durch Vergleich aufeinander folgender Fehler
erkennbare Tendenz einer Fehleränderung zur Korrektur der Vorhersage des Zielortes
heranzuziehen.
[0006] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Vorhersagedauer so
gewählt, daß die Wahrscheinlichkeit eines Flugmanövers innerhalb der Vorhersagedauer
gering ist.
[0007] Für die durch Vergleich ermittelte Abweichung läßt sich ein Korrekturwert wie folgt
errechnen.
[0008] Für die zum Zeitpunkt t abgegebene Zielortvorhersage für den Zeitpunkt (t + Tv (t))
gilt:

[0009] Darin bedeutet Tv (t) die Vorhersagedauer.
[0010] Der zum Zeitpunkt (t + Tv (t)) erhaltene Meßwert des Zielortes beträgt:

[0011] Der zum Zeitpunkt (t + Tv (t)) durch Vergleich erkannte Fehler zwischen Vorhersage
und Messung beträgt:

[0012] Nach der Entscheidung, ob der Fehler größer ist als eine maximal zulässige Fehleramplitude
bei geradlinigen unbeschleunigten Zielbewegungen, erfolgt gegebenenfalls eine additive
Korrektur der Vorhersage mit dem Fehler:

[0013] Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren näher
erläutert.
[0014] ,Es zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung für ein Flugabwehrsystem gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild-mit einer detaillierten Aufgliederung des Vorhaltekorrkturteils
aus Fig. 1,
Fig. 3 eine Darstellung eines Zeitdiagramms der Funktionen der Anordnung nach Fig.
1 und.2.
[0015] Das Blockschaltbild nach Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines bekannten Vorhalterechners
VHR mit dem Schaltungsteil VK zur Korrektur des Vorhaltes gemäß der Erfindung. Der
Vorhalterechner VHR besteht aus einer Stufe KT zur Koordinatentransformation und Glättung
der Daten für den Zielort, einer Stufe BZ zur Berechnung der Zielgeschwindigkeit und
Beschleunigung und einer Stufe VO zur Vorhersage eines Ortswertes für den Zeitpunkt
(t + Tv). Dem Vorhalterech-, ner werden die polaren Radardaten zum Zeitpunkt T zugeführt.
Die Transformations- und Glättungsstufe KT liefert an ihrem Ausgang geglättete kartesische
Ortsdaten, die auf den Zeitpunkt t zurückgerechnet sind, sowohl an die nächste Stufe
BZ zur Berechnung der Zielgeschwindigkeit und Beschleunigung als auch an den Schaltungsteil
VK zur Korrektur des Vorhaltes. Der Ausgang der Stufe BZ liefert die ebenfalls auf
den Zeitpunkt t zurückgerechneten geglätteten Orts-und Geschwindigkeitsdaten für die
nachfolgende Stufe VO? in der die Vorhersage eines Ortswertes für den Zeitpunkt (t
+ Tv) berechnet wird. Das Ergebnis der Vorhalterechnung der Stufe VO wird einem zweiten
Eingang des Schaltungsteils VK zur Korrektur des Vorhaltes zugeführt. Der Vorhaltekorrekturteil
VK besteht aus dem Schaltungsteil SP zur Speicherung der Vorhersagewerte und aus einer
Vergleichsschaltung zum Vergleich der Vorhersagewerte mit dem tatsächlichen Zielort
nach der Vorhersagezeit. In einer weiteren Stufe FK des Vorhaltekorrekturteils VK
erfolgt in einem Additionsvorgang die Korrektur der Ortsvorhersagen mit den in der
Vergangenheit gemachten Fehlern. Im Vorhaltekorrekturteil VK wird somit der vom Vorhalterechner
VHR zum Zeitpunkt t ermittelte Treffpunkt für die Treffzeit (t + Tv) mit dem vermessenen
Zielort zur Zeit (t + Tv) verglichen und durch Addition des Korrekturwertes das Ergebnis
der Vorhalterechnung verbessert. Die Vorhaltewinkel der mit der Feuerleiteinrichtung
zu steuernden Waffen werden mit den Ausgangsdaten des Vorhaltekorrekturteils korrigiert.
[0016] Im Blockschaltbild nach Fig. 2 ist die Funktion des Speichers und der Vergleichsschaltung
SP des Vorhaltekorrekturteils VK weiter aufgeschlüsselt. Die Korrekturstufe FK des
Vorhaltekorrekturteils VK bedarf keiner weiteren Ausführungen, da sie aus einer bekannten
Additionsschaltung besteht.
[0017] Der zum Zeitpunkt t vom Vorhalterechner ermittelte Treffpunkt wird in einem Ortsspeicher
OSP und der zugehörige Treffzeitpunkt in einem Zeitspeicher ZSP abgespeichert. Der
Treffzeitpunkt ergibt sich bei-der Vorhalterechnung aus der Summe der Zeit t und der
Geschoßflugzeit, Bei den Speichern ZSP und OSP handelt es sich um bekannte Speicherschaltungen,
die Speicherplätze für 1 bis n Vorhersagezeitpunkte bzw. vorhergesagte Ortswerte aufweisen.
Mit Beginn der Einspeicherung wird ein bekannter Zeitgeber ZG gestartet, der eine
Zeitmessung bezüglich der Startzeit t durchführt.
[0018] Weitere Schaltungsteile der.Speicher- und Vergleichsschaltung SP sind ein Zeitkomparator
ZK und ein Ortskomparator OK. Eingangsseitig ist der Zeitkomparator ZK mit dem Zeitgeber
ZG,-der die aktuelle Zeit liefert und mit dem Ausgang des Zeitspeichers ZSP, der den
ersten Vorhersagezeitpunkt liefert, verbunden. Vom Zeitkomparator ZK gelangt ausgangsseitig
ein Signal an den Ortskomparator OK, das eine Vergleichserlaubnis für die Daten des
ersten gespeicherten Ortes und die Daten des vermessenen aktuellen Zielortes beinhaltet.
Der im Ortskomparator OK ermittelte Fehler der Zielortsvorhersage wird der K
qrrekturstufe FK zugeführt und zum Ergebnis der Vorhälterechnung hinzuaddiert.
[0019] Von den nacheinander eintreffenden Zieldaten wird jeweils eine Vorhalteberechnung
durchgeführt und nacheinander Treffpunkt (Ort) und der zugehörige Treffzeitpunkt im
Ortsspeicher 0SP bzw. Zeitspeicher ZSP der Vorhaltekorrekturschaltung VK abgespeichert.
Diese Vorgänge wiederholen sich gemäß Fig. 3 in der angegebenen Reihenfolge solange,
bis der Zeitgeberstand größer oder gleich der ersten Treffzeit wird. Nach Erfüllung
dieser Bedingung schließen sich die folgenden beschriebenen Schritte an. Im Zeitkomparator
ZK wird festgestellt, ob die aktuelle Zeit -t + n . Takt des Zeitgebers und der erste
Vorhersagezeitpunkt Tv1 gleich groß sind. Ist dieser Fall eingetreten, gibt der Zeitkomparator
ZK eine Vergleichserlaubnis des vermessenen aktuellen Ortes mit dem vorhergesagten
ersten gespeicherten Treffpunktort im Ortskomparator OK. Mit der Differenz zwischen
dem Vorhersagewert (erster Treffpunkt) und dem Meßwert wird die Sollposition der zu
steuernden Waffe korrigiert. Danach werden der erste Treffpunkt im Ortsspeicher OSP
und die erste Treffzeit im Zeitspeicher ZSP durch einen vom Zeitkomparator ZK gelieferten
Speicherrücksetzbefehl gelöscht, so daß der zweite Treffpunkt (Ort) und der zweite
Treffzeitpunkt zum ersten und der dritte Treffpunkt (Ort) und der dritte Treffzeitpunkt
zum zweiten wird usw..
[0020] Der Zähltakt für den Zeitgebermechanismus ist in einem synchron getakteten System
gleich dem Zeittakt, mit der die Radardaten geliefert werden, während der Takt in
einem asynchron freilaufenden System nach der gewünschten Zeitauflösung gewählt wird.
[0021] Bei einem synchron getakteten System können mehrere aufeinander folgend abgespeicherte
Treffzeiten auf absolute Treffzeitpunkte führen, die zeitlich geringer auseinander
liegen als die Taktzeit. Entsprechendes gilt in einem asynchron freilaufenden System
für die größtmögliche Schrittweite des Zählers. Dieser Vorgang ist in Fig. 3 im zweiten
Vergleich dargestellt.. In diesem Falle ist nicht nur der erste Treffpunkt und Treffzeitpunkt
aus den Speichern zu eliminieren, sondern auch alle folgenden Treffpunkte und Treffzeitpunkte,
die zeitlich zu nah am ersten Treffpunkt liegen. Andernfalls würde der Zählvorgang
auf der linken Seite der Fig. 3 nicht mehr mit den Treffzeiten auf der rechten Seite
dieses Zeitdiagramms übereinstimmen.
[0022] Wird eine Anzahl von n Treffpunkten und Treffzeitpunkten gleichzeitig aus dem Speicher
eliminiert, so wird der (n + 1)te Treffpunkt und Treffzeitpunkt zum ersten Treffpunkt
und Treffzeitpunkt.
[0023] Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, ist eine völlige zeitliche Gleichheit zwischen Meßpunkten
und Treff- punkten nicht gegeben. Diese wird durch Interpolation der Treffpunktdaten
auf die Zeit der Meßpunktdaten korrigiert.
1. Feuerleiteinrichtung für ein Flugabwehrsystem, bei der mit den durch Sensoren (z.B.
Radargerät) erhaltenen Flugzieldaten in einem Rechner eine Zielortvorhersage und der
Waffenvorhalt berechnet wird, dadurch gekennzeichnet , daß die berechnete Vorhersage
des Zielortes laufend mit dem bei Ablauf der Vorhersagezeit durch Messung ermittelten
tatsächlichen Zielort verglichen wird und daß die durch den Vergleich ermittelte Abweichung
(Fehler) zur Korrektur der jeweils berechneten aktuellen Vorhersage des Zielortes
verwendet wird.
2. Feuerleiteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Korrektur
des Zielortes einer aktuellen Vorhersage durch Mittelwertbildung aus mehreren errechneten
Fehlern gebildet ist.
3. Feuerleiteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a - durch gekennzeichnet , daß die
durch Vergleich aufeinander folgender Fehler erkennbare Tendenz einer Fehleränderung
zur Korrektur der aktuellen Vorhersage des Zielortes herangezogen ist.
4. Feuerleiteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet
, daß die Vorhersagedauer so gewählt ist, daß die Wahrscheinlichkeit eines Flugmanövers
innerhalb der Vorhersagedauer gering ist.