[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
[0002] Ein derartiges Verfahren ist aus der WO 98/01719 bekannt. Es beruht darauf, mittels
einer Satelliten-Navigationseinrichtung an Bord des Projektils die aktuell geflogene
Bahnkurve zu bestimmen und aus einem Vergleich mit einer zieloptimierten Flugbahn
bei Erreichen eines aus dem Vergleich abgeleiteten Bahnpunktes aerodynamische Bremseinrichtungen
zur möglichst zielgenauen Korrektur der sich anschließenden Flugbahn freizugeben.
Für die praktische Realisierung problematisch ist jedoch, daß die zahlreichen externen
Einflußgrößen auf eine Bahnkurve auch nach Auslösen der Bremsmittel noch auf die Flugbahn
einwirken und deshalb die korrigierte Flugbahn dann doch nicht zur zielgenauen Ablieferung
des Wirkmechanismus im Projektil führt.
[0003] Aus der EP 0 138 942 B1 ist es bekannt, vom Geschütz aus etwa mittels Radars ein
Ziel zu lokalisieren und im Feuerleitrechner Elevation und Ladung für eine etwas über
das Ziel hinaus reichende ballistische Bahnkurve zu bestimmen, sodann die Abschußgeschwindigkeit
des Projektils aus dem Waffenrohr zu messen und kurz danach mittels Radars eine momentane
Position des Projektils relativ zum Geschütz zu ermitteln. Aus einem Vergleich dieser
Momentanposition mit der Sollposition aufgrund der berechneten ballistischen Bahnkurve
wird die tatsächlich zu erwartende Zielablage bestimmt, und daraus schließlich abgeleitet,
wann am Projektil aerodynamische Bremseffekte wie das Ausstellen von Bremsklappen
oder das Absprengen einer aerodynamischen Projektilspitze aktiviert werden sollten,
um die verbleibende Flugbahn aufgrund der neuen aerodynamischen Verhältnisse entsprechend
zu verkürzen und somit die Ablage vom Ziel zu verringern. Auch hier findet wieder
nur ein Vergleich einer realen mit einer vorgegebenen idealen Bahnkurve statt, um
das Erreichen eines Bremszeitpunktes zu bestimmen, so daß wiederum schon der Initialisierungszeitpunkt
für die Bremsmittel in Abhängigkeit von externen Einflüssen fehlerbelastet ist und
dann die danach auch noch auf die geänderte Flugbahn einwirkenden Störgrößen zwangsläufig
zu einer zusätzlichen Zielablage führen.
[0004] Eine solche Korrekturmaßnahme des gebremsten Überganges aus einer anfänglichen Bahnkurve
in eine nach deren Apogäum optimierte Flugbahn ist immerhin wesentlich preisgünstiger,
als der Einbau von Zielsensor, Stellsystem und Regelschleife für einen automatischen,
zielsuchenden Endanflug eines Projektils. Andererseits ist angesichts der insbesondere
anfänglich hohen Projektilgeschwindigkeit die Bestimmung der realen Bahnkurve aus
der Vermessung anfänglicher momentaner Bahnpunkte sehr ungenau. Die tatsächlich geflogene
Bahnkurve sollte aber sehr genau bekannt sein, um nach dem Apogäum das Bremsmanöver
zur Flugbahnverkürzung zwecks geringerer Streuung im Zielgebiet optimal terminieren
zu können. Problematisch bei einem bodengestützten Verfahren ist auch die Zuverlässigkeit
einer Nachrichtenverbindung für die Übermittlung des Bremsauslösezeitpunktes oder
direkt des Bremskommandos vom Feuerleitrechner aus zum Projektil, da dieses angesichts
seiner hohen Geschwindigkeit jedenfalls streckenweise in einer ionisierten, eine Funkverbindung
beeinträchtigenden atmosphärischen Hülle fliegen kann.
[0005] In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde,
das an sich erfolgversprechende, aber für die Belange der Praxis noch zu ungenaue
Verfahren gattungsgemäßer Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß sich über eine Flugbahnverkürzung
infolge Erhöhung des aerodynamischen Bremsmomentes eine wesentlich präzisere Zielakquisition
erreichen läßt. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die im Hauptanspruch
angegebenen wesentlichen Verfahrensschritte realisiert werden.
[0006] Damit basiert die erfindungsgemäße Lösung darauf, wie als solches an sich bekannt
die gegenüber der Querstreuung sehr viel größere Längsstreuung eines ballistisch oder
quasi-ballistisch verbrachten Projektils dadurch zu reduzieren, daß der Haltepunkt
zunächst hinter die eingemessene Zielposition verlegt und dann diese Bahn abgekürzt
wird. Aber jene Verlegung erfolgt nun nur so weit, daß die Übergangsflugbahn das Projektil
nach seinem Abbremsen unter Berücksichtigung eines aktuellen Fehlerhaushalts auf theoretisch
kürzester Flugbahn gerade ins Ziel führt; wobei erfindungsgemäß dieser gegebene Fehlerhaushalt
möglichst lange längs der Bahnkurve bis zum Bremsmoment aus einem Vergleich mit der
für bestimmte Fehlervorgaben theoretisch vorhergesagten Bahnkurve bestimmt wird.
[0007] Bei dem Projektil kann es sich z.B. um ein antriebsloses, aus einem Mörser oder aus
einer Haubitze verbrachtes Geschoß handeln, aber auch etwa um eine Artillerierakete
mit ihrem zur Steigerung der Reichweite anfänglich längs quasi-ballistischer Flugbahn
wirkenden Raketenmotor. Die reale Übergangsflugbahn, in die das Projektil dann aus
seiner anfänglichen Bahnkurve mittels des aerodynamischen Bremseffektes eingeschwenkt
wird, liegt zwischen der flachesten oder kürzesten (minimalen) und der höchsten oder
längsten (maximalen) Flugbahn des aktuellen Streufächers und kann prinzipiell durch
das Abbremsen in die kürzeste, also in die gerade ins Ziel führende Flugbahn überführt
werden.
[0008] Für die Bestimmung der aktuellen Bahnkurve wird nicht auf die zwangsläufig recht
ungenaue und störbedingt technisch unzuverlässige Bahnbestimmung vom Geschütz her
zurückgegriffen. Vielmehr wird wie an sich bekannt der Initialisierungspunkt für das
Bremsmanöver an Bord des Projektils autark bestimmt, also ohne dafür auch auf eine
Datenverbindung zu einer Bodenstation angewiesen zu sein. Hierfür ist das Projektil
wieder mit einer Satellitenempfangseinrichtung zum Bestimmen der tatsächlichen anfänglichen
Bahnkurve ausgestattet. Abweichend vom gattungsbildenden Stand der Technik wird das
Bremsmanöver nun aber nicht schon bei Erreichen eines vorbestimmten Bahnpunktes ausgelöst,
sondern erfindungsgemäß wird die anfängliche Bahnkurve über eine möglichst lange Zeitspanne
hinweg für möglichst viele Bahnpunkte mit der theoretischen Abschußkurve verglichen.
Aus dem Aufbau der daraus ermittelten Bahnabweichungen, aus systembedingten Vorgaben
und vorzugsweise zusätzlich aus sensorischen Messungen etwa an Bord des Projektils
und / oder vom Boden aus wie insbesondere gemäß DE 4120367 A1. werden die aktuellen
Störeinflüsse parametrisch erfaßt. Die sind insbesondere Windrichtungen und -stärken
in unterschiedlichen Höhen, aber auch etwa der Fehlerhaushalt des Abschußgerätes (bekannte
Quer- und Höhen-Richtungenauigkeiten des Geschützes) und Einflüsse umweltabhängig
unterschiedlicher Intensität der Abschußladung. Mit solchen Erkenntnissen lassen sich
dann recht genaue Aussagen über die Störauswirkungen mittels der üblichen außenballistischen
Ansätze vorausberechnen, die auch nach Auslösen der Bremsmittel noch auf die anschließend
geflogene Übergangsflugbahn einwirkenden, um diese zu erwartenden Fehlereinflüsse
schon vorab durch eine Korrektur des Bremszeitpunktes möglichst zu kompensieren. Um
möglichst viele Informationen zur Bestimmung des aktuellen Fehlerhaushalts zu gewinnen,
liegt der Bremszeitpunkt möglichst spät. So ist er letztlich nicht in Abhängigkeit
vom Start des Projektils definiert, sondern in Abhängigkeit von der Restflugzeit bis
zum theoretischen Erreichen des Ziels. Er wird also zeitlich rückwärts bestimmt, gewissermaßen
gegenläufig zur zeitlichen Bewegung längs der Bahn.
[0009] Um möglichst wenig Flugzeit für das Kontaktieren der Navigationssatelliten vom Projektil
aus zu benötigen, insbesondere die Bestimmung der reale Bahnkurve möglichst bald nach
dem Start des Projektils einsetzen zu lassen, wird dem Projektil eine Information
über die für momentan schon bekannten Fehlerhaushalt rechnerische, also aktuell ideale
Bahnkurve mitgegeben, sowie über die hieraus zu erwartenden Satellitenkontakte. Dadurch
kann von Bord des Projektils aus sehr schnell auf wenigstens einige der über dem Horizont
stehenden Navigationssatelliten zugegriffen und rasch eine zuverlässige Information
über die tatsächliche (reale) Bahnkurve, also auch über deren Abweichung von der rechnerisch
vorgegeben gewonnen werden, um daraus auf die tatsächlichen aktuellen Fehlereinflüsse
zu schließen.
[0010] Je mehr aktuelle Bahnpunkte an Bord des Projektils mittels der Satellitennavigation
ausgemessen werden können, desto genauer ist die Bahnkurve bs zum Einsetzen des Bremsmanövers
jenseits des Apogäums bestimmt, desto genauer ist also auch die aus dieser heraus
zu erwartende Ablage vom konventionell eingemessenen und beim Start ins Projektil
übermittelten Zielpunkt an Bord bestimmbar. Damit läßt sich der ideale Initialisierungspunkt
für das Einleiten des Bremsvorganges, also für den Eintritt in die durch die neuen
aerodynamischen Verhältnisse bestimmte Übergangsflugbahn aus der zu weit vorgegebenen
realen Flugbahn in die minimale, zielgenaue Flugbahn in Abhängigkeit von der Restflugzeit
ins Zielgebiet entsprechend genau vorherbestimmen. Weil andererseits dieser möglichst
spät liegende Bremszeitpunkt genau bestimmt werden kann, kann die Satellitenpeilung
zur Aktualisierung der Erkenntnisse über die reale Flugbahn bis in die unmittelbare
zeitliche Nähe des Aktivierungspunktes für das Bremsmanöver, also entsprechend lang
auch noch über das Apogäum hinaus fortgeführt werden, was zu einer weiteren Verbesserung
der Bestimmung der extern beeinflußten realen Flugbahn bis in möglichst dichte Annäherung
an das Ziel und damit zu Erkenntnissen über die Störeinflüsse bis dicht vor dem Ziel
führt. Wenn dann auf der so durch fortlaufende Aktualisierung sehr genau bestimmten
realen Flugbahn für die aktuell gegebenen Fehlereinflüsse der letztmögliche Initialisierungspunkt
für den Eintritt in die abgebremste Übergangsflugbahn zur Annäherung an die minimale
Flugbahn unmittelbar bevorsteht, wird das konstruktiv vorgegebene Bremsmanöver etwa
durch Ausstellen von Bremselementen oder Absprengen der aerodynamischen Projektilspitze
ausgelöst und deshalb mit großer Zuverlässigkeit im Endanflug die Zielakquisition
auf der minimalen, jedenfalls auf einer sehr dicht ans Ziel heranführenden Flugbahn
erreicht.
[0011] Um den Rechenaufwand für die Bestimmung des optimalen (spätestmöglichen) Bremsauslösezeitpunktes
an Bord des Projektils zu minimieren, werden zweckmäβigerweise Bahnkoordinaten eines
Fächers von zu erwartenden, auch etwa unter Windeinflüssen oder anderen Störeinflüssen
aus der reinen Wurfparabel verschobenen, realen Flugbahnen zwischen der maximalen
und der minimalen Flugbahn als z.B. Look-up-tables etwa aus dem Feuerleitrechner in
den Prozessor an Bord des Projektils eingespeichert; sowie außerdem als Auslösekurve
die Folge der idealen, also spätest-möglichen Initialisierungspunkte über der Restlaufzeit
der jeweiligen Flugbahn dieses Fächers. Für die dann aktuell aus der Satellitennavigation
sehr genau bestimmte aktuelle, reale Flugbahn innerhalb dieses Fächers braucht nun
nur noch der unmittelbar bevorstehende Schnittpunkt der aktuell geflogenen, realen
Flugbahn mit jener Auslösekurve prädiziert zu werden, um dann die Bremsauslösung für
den Übergang in die zielgenaue minimale Flugbahn freizugeben.
[0012] Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile
der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und aus nachstehender Beschreibung
eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche nicht maßstabsgerecht
und stark abstrahiert skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zum Ausüben des
erfindungsgemäßen Verfahrens. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt im Längsschnitt
das Prinzip der Verbringung eines ballistisch gestarteten Projektils aus einem Geschütz
in ein Ziel längs einer im Endanflug aus der realen in die minimale, also zieloptimiert
abgebremsten Flugbahn; mit Bestimmung des Initialisierungspunktes für die Übergangsflugbahn
aus einer fortlaufenden satellitengestützten Bahnbestimmung an Bord des Projektils.
[0013] Je nach der voraufgeklärten Richtung und Entfernung 11 von einem Geschütz 12 zu einem
Ziel 13 werden in einem Feuerleitrechner 14 Azimutausrichtung, Elevation 15 und Treibladungsleistung
(d.h. die theoretische Abgangsgeschwindigkeit 16) für die ballistische Bahnkurve 18
eines Projektils 17 ins Zielgebiet bestimmt. Diese berechnete Abgangs-Bahnkurve 18
geht nach dem Apogäum in eine Flugbahn 20 über, die zwischen einer minimalen Flugbahn
21 und einer maximalen Flugbahn 22 für einen bestimmten Fehlerhaushalt in der Umgebung
des tatsächlich zu akquirierenden Zieles 13 liegt, also innerhalb einer gewissen Längsstreuung
23 der möglichen Auftreffpunkte im Zielgebiet. Aufgrund systematischer und einsatzbedingter
Fehlereinflüsse wie ungenauer Elevation 15, tatsächlich von der Vorgabe abweichender
Abgangsgeschwindigkeit 16 und beispielsweise höhenabhängig nach Stärke und Richtung
unterschiedlicher Windeinflüssen 19 stimmt die reale Flugbahn 20 tatsächlich nicht
mit der überein, die aus der berechneten Wurfparabel für die Bahnkurve 18 folgt, sondern
sie weicht zunehmend mehr oder weniger davon ab. Weil eine Flugbahn 20 nicht gestreckt,
nur durch aerodynamische Bremseinflüsse verkürzt werden kann, ist das Projektil 17
mit einer aerodynamischen Bremseinrichtung ausgestattet, bei der es sich in als solcher
bekannter Weise etwa um ausklappbare Bremsflächen oder um eine freigebbare abgeplattete
Projektilfront handeln kann, vgl. auch das radiale aufspannbare Bremssegel zur Flugbahnverkürzung
gemäß DE 3 608 109 A1.
[0014] Einer realen Flugbahn 20 ist für das konkret vorhandene Bremssystem 26 und für bestimmte
Störeinflüsse ein in Bezug auf die Restflugzeit ins Ziel 13 idealer Initialisierungszeitpunkt
24 zugeordnet, ab dem sich aus der realen Flugbahn 20 gerade in eine solche Übergangsflugbahn
25 umschwenken läßt, daß diese sich zunehmend der minimalen Flugbahn 21 anschmiegt
und jedenfalls theoretisch letztlich genau ins Ziel 13 führt. Dieser Initialisierungspunkt
24 liegt desto früher auf der realen Flugbahn 20, je weiter sie ohne den bremsenden
Korrektureingriff in der Zielgebietsebene vom Ziel 13 abliegen würde, je höher die
Flugbahn 20 also verläuft. Das bedeutet, daß sich für einen Fächer möglicher realer
Flugbahnen 20 eine Folge der idealen Initialisierungspunkte 24 als eine Auslösekurve
28 darstellbar ist, die (wie aus der Zeichnung ersichtlich) etwas gegenüber einer
Kurvenschar realer Flugbahnen 20 verschwenkt ist, die also die Gesamtheit der realen
Flugbahnen 20 zwischen minimaler und maximaler Flugbahn 21 - 22 je einmal schneidet.
Die verschiedenen Störeinflüsse (wie die Winddaten 19) lassen sich durch eine Schar
unterschiedlich geneigter Fächer von Flugbahnen 20 und / oder durch eine Schar unterschiedlich
verlaufender Auslösekurven 28 parametrieren.
[0015] Damit kann das unmittelbar bevorstehende Erreichen des unter den aktuellen Störbedingungen
für eine bestimmte Start-Bahnkurve 18 idealen Initialisierungspunktes 24 recht genau
vorhergesagt werden, weil die gestörte reale Flugbahn 20 recht genau bekannt ist.
[0016] Die Bestimmung der aktuell realen Flugbahn 20 (und daraus dann die Feststellung des
Erreichens des Initialisierungspunktes 24) erfolgt an Bord des Projektils 17 selbst
über eine möglichst lange Flugstrecke, um die realen Auswirkung möglichst vieler Fehlereinflüsse
auf die Bahnkurve 18 bis in die Flugbahn 20 hinein mit zu erfassen. Die Bahnbestimmung
wird satellitengestützt durchgeführt, also über Empfang der Positionsinformationen
von aktuell an Bord des Projektils 17 erfaßten Navigationssatelliten 27 aufgrund deren
bekannten Bahndaten, wie aus der Satellitennavigation mittels unterschiedlicher Systeme
von Ortungssatelliten als solches allgemein bekannt. Dafür ist das drallstabilisierte
Projektil 17 vorzugsweise mit einer gegen den Drall rotierenden Abtastung von das
Projektil 17 auf seiner Mantelfläche umgebenden Antennenelementen ausgestattet, um
einen störungsfreien Direktempfang zu ermöglichen, also störende Bodenreflexionen
der Satellitenabstrahlung auszublenden, wie in der EP 0 840 393 A2 näher erläutert.
[0017] Um möglichst rasch auf die Satelliten 27 aufschalten zu können, also eine möglichst
früh einsetzende dichte Folge von realen Bahnkoordinaten zur Bestimmung der tatsächlichen
Bahnkurve 18 und der daraus hervorgehenden Flugbahn 20 zu erhalten, werden dem Projektil
17 aus dem Feuerleitrechner 14 beim Start für die rechnerisch vorherbestimmte Abschußbahn
18 Erwartungswerte hinsichtlich der Positionen voraussichtlich empfangbarer Satelliten
27 mitgegeben, worauf dann nach dem Start an Bord mit fortlaufender Aktualisierung
aufgebaut wird. Außerdem sind zur Prädiktion des Initialisierungspunktes 24 im Prozessor
an Bord des Projektils 17 Folgen von Initialisierungspunkten 24 für gestörte Fächer
möglicher realer Bahnkurven 20 als störabhängige Schar von Auslösekurven 28 abgespeichert.
[0018] Wenn nun unter Berücksichtigung der aktuellen Störeinflüsse auf der mittels der Satelittennavigation
recht genau bestimmten realen Flugbahn 20 der abgespeicherte ideale Initialisierungspunkt
24 erreicht ist, wird die Bremseinrichtung 26 aktiviert und die bisherige reale Flugbahn
20 mit Einschwenken in die Übergangsbahn 25 ins Ziel 13 hinein verlassen.
[0019] Um also ohne den technologischen Aufwand für eine selbsttätige Zielsuchsteuerung
die unvermeidliche Bahnstreuung ballistisch ins Zielgebiet verbrachter Projektile
17 spürbar zu verringern und damit die Treffergenauigkeit wesentlich zu steigern,
wird die minimale Flugbahn 21 - unter Berücksichtigung des Fehlerhaushalts der Waffe
12 und der zu erwartenden externen Einflußgrößen wie höhenabhängigen Gegenwindes 19
auf eine reale Flugbahn 20 - durch die vorher aufgeklärte Zielposition 13 hindurch
verlegt, so daß alle realen Flugbahnen 20 bis zur maximalen Flugbahn 22 dieses Gesamtfehlerhaushalts
hinter der Zielposition 13 liegen. Dann wird der Abstieg des Projektils 17 ins Zielgebiet
aus der momentanen, realen Flugbahn 20 heraus zur minimalen Flugbahn 21 hin, also
zur Zielposition 13 hin durch Freigeben eines aerodynamischen Bremseffektes verkürzt.
Dafür wird auf der realen Flugbahn 20 das Erreichen des von der theoretischen Restflugzeit
abhängigen optimalen Initialisierungspunktes 24 für die aerodynamische Bremseinrichtung
am Projektil 17 bestimmt, indem erfindungsgemäß nun die reale Flugbahn 20 über eine
möglichst lange Strecke bis unmittelbar vor dem Schnittpunkt mit einer umweltabhängig
vorgegebenen Auslösekurve 28 - und deshalb bis zum Schluß unter Erfassen aller tatsächlichen
Fehlereinflüsse - im Wege der Satellitennavigation laufend vermessen wird. So wird
die tatsächliche Annäherung an den Schnittpunkt mit der Auslösekurve 28, also der
Folge optimaler Initialisierungspunkte 24-24 für den Fächer realer Flugbahnen 20 /
20, festgestellt, aus welchem heraus sich eine abgebremste Übergangsflugbahn 25 an
die minimale Flugbahn 21 durch die Zielposition 13 hindurch anschmiegt.
1. Verfahren zur nach Maßgabe einer zu erwartenden Zielablage erfolgenden Korrektur der
satellitengestützt an Bord vermessenen Bahnkurve eines ballistisch oder quasi-ballistisch
verbrachten Projektils durch Erhöhen seines aerodynamischen Widerstandsbeiwertes zum
Einschwenken aus der anfänglichen Bahnkurve in eine steilere Übergangsflugbahn zum
Ziel,
dadurch gekennzeichnet,
daß sensorisch und / oder aus der vermessenen im Vergleich zu einer rechnerisch bestimmten
Bahnkurve externe Störeinflüsse auf den Verlauf der Bahnkurve in einer prädiktiven
Bestimmung der bevorstehenden realen Flugbahn über das Ziel hinaus berücksichtigt
werden, und daß für die demnach zu erwartende reale Flugbahn unter Berücksichtigung
jener Einflüsse ein möglichst dicht vor dem Ziel gelegener Initialisierungszeitpunkt
für das Erhöhen des Widerstandsbeiwertes zum Eintritt in eine Übergangsflugbahn für
Einschwenken in die zielgenaue minimale Flugbahn bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß für einen fehlerabhängig vorhergesagten Fächer realer Flugbahnen zwischen der
minimalen Flugbahn ins Ziel und einer maximalen Flugbahn hinter das Ziel die Auslösekurve
einer Folge von Initialisierungspunkten ins Projektil eingespeichert und aus der laufenden
Satellitennavigation der bevorstehende Schnittpunkt der Auslösekurve mit der vermessenen
realen Flugbahn zur Auslösung der Bremseinrichtung bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß in das Projektil störabhängige Kurvenscharen für reale Flugbahnen und / oder für
Auslösekurven eingespeichert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Projektil beim Start in die zu erwartende reale Flugbahn Anfangspositionen
gemäß den für die Bahnvermessung zu erwartenden Kontakten zu Navigationssatelliten
vorgegeben werden.