VERFAHREN ZUR OPTIMIERUNG EINES FEUERAUSLÖSENS EINER WAFFE ODER EINES GESCHÜTZES

Beschreibung

[0001] Bei der Bekämpfung von Zielen werden Feuerkommandos, d.h., der Abgangswinkel sowie das Moment der Schussabgabe mit der Absicht gewählt, eine möglichst hohe Trefferwahrscheinlichkeit zu erreichen. Die Genauigkeit der Einrichtung der Waffe, die Streuung der Munition und die atmosphärischen Einflüsse erschweren diese Aufgabe. Um diesen Störungen entgegenzuwirken, werden Maßnahmen ergriffen, wie beispielsweise das Eichen bei der Einrichtungsprozedur oder Messen von Luftdruck und Lufttemperatur und Wind. Hinzu kommt noch die Variabilität der Mündungsgeschwindigkeit, welche die Flugzeit des Projektils zum Ziel beeinflusst. In der Praxis wird daher oftmals die Mündungsgeschwindigkeit des Projektils gemessen und bei der Feuerleitung berücksichtigt. So ist aus der CH 691 143 A5 eine Vorrichtung zur Messung der Geschossgeschwindigkeit an der Mündung eines Waffenrohres bekannt. Diese umfasst zwei in einem Abstand voneinander an einem Tragrohr angeordnete, auf Veränderung eines magnetischen Flusses ansprechende Sensoren, die mit einer Auswerteelektronik in Verbindung stehen.

[0002] Zusätzliche Fehlerquellen sind insbesondere die unbekannten Zielbewegungen zwischen dem Zeitpunkt des Abfeuerns des Projektils und dessen Eintreffen im Ziel. So lässt sich besonders bei längeren Flugdistanzen des Projektils die voraussichtliche Position.des Zieles im Treffpunkt schwierig vorausbestimmen. Zur Reduktion dieser Fehler werden Modelle der Zielbewegung formuliert und mit Messdaten des Zieles angesteuert, um die Kinematik des Zieles zu identifizieren. Diese Daten werden dann in der Feuerleitung zur Voraussage der Zielposition nach der erwarteten Flugzeit eingesetzt, in der Regel extrapoliert.

[0003] Mit Ausnahme der radialen Geschwindigkeit sind die Messungen jedoch reine Positionsbestimmungen. Im Filter werden aus diesen die Zielgeschwindigkeit und eventuell Zielbeschleunigung abgeleitet und für die Extrapolation eingesetzt. Die Genauigkeit der extrapolierten Daten ist besonders von der Qualität der Beschleunigungsschätzung abhängig. Sobald das Ziel zudem manövriert und die Beschleunigungen deswegen groß sind, kann es passieren, dass die Feuerleitung die Feuerempfehlung verweigert. Die bekannten Residuen des Filters, d.h., die Differenz zwischen der Schätzung und der Messung, sind zu diesem Zweck daher weniger geeignet, weil sie nur die Lagefehler zum Ziel beinhalten. Bei einem Zielmanöver dauert es stets eine gewisse Zeit, bevor der Filter die generierten Resid>uen in Beschleunigung transformiert. Hierbei wird vom Einschwingen des Filters gesprochen.

[0004] Die gesamte Zeitverzögerung zwischen dem Zielmanöver und der Zeit des Eintreffens des Projektil, dessen Feuerelemente diese Manöver berücksichtigen, am Ziel setzt sich zusammen aus
Zeitverzögerung = Einschwingen des Filters + Flugzeit des Projektils + übrige Totzeiten.

[0005] Unter übrige Totzeiten werden dabei der Zeitaufwand für die Messung, für die Datenverarbeitung und -transmission verstanden.

[0006] Verbesserungen der Feuerleitung werden durch Testprojektile bzw. Probeschüsse vorgenommen, was als "closed- loop" bezeichnet werden kann. Um statistisch die Messresultate der Testprojektile zu verbessern, werden diese in einer begrenzten Zahl hintereinander abgefeuert. Ein Feuerstoß, dessen erste Schüsse im Ziel vermessen werden, muss dabei länger als die Geschossflugzeit sein, wenn seine letzten Schüsse von den entsprechenden Korrekturen profitieren sollen. Je nach Anwendung sind derartige Messanlagen kompliziert und zudem teuer.

[0007] Aus der US 4,577 962 A (welche als Ausgangspunkt für den Anspruch 1 betrachtet werden kann) sind ein Verfahren und eine Anordnung zur Schuss-Steuerung ein reelles oder Echtziel mit reellen oder simulierten Projektilen bekannt. Im Rahmen insbesondere eines Schusssimulators kann ein Rechner in Echtzeit die Ableitung der theoretischen Flugbahn des Projektils bestimmen. Dies geschieht ausgehend von Richtelementen der Waffe, von der Ballistik etc. des Projektils, den Vergleich zu jedem Augenblick der Lage des Projektils gegenüber derjenigen eines bestimmten Punktes des Ziels. Die Zielinformationen werden nach der Ausrichtung des Laserstrahls und aus dem gemessenen Abstand ermittelt. Daraus wird dann das Schießergebnis abgeleitet. Zum Prüfen seines Schusses kann der Schütze bzw. das Geschütz zunächst einen fiktiven Schuss durchführen. Der Rechner verarbeitet die theoretische Lage des simulierten Projektils, wenn dessen Erreichen des Ziels erfasst ist und vergleicht diese mit der Lage des Ziels. Danach wird ein echter Schuss mit neuen Lagedaten des Ziels ausgelöst, wobei diese abhängig vom Ergebnis des simulierten Schusses korrigiert werden.

[0008] Die DE 11 65 459 B offenbart eine Einrichtung zur Vorausbestimmung des oder der Winkel, unter dem / denen zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Flugkörper seinen Startort verlassen haben muss, um mit einem vorausbestimmten Ziel zu kollidieren. Dazu wird eine Anlage eingebunden einschließlich des Ortungsgerätes für das Ziel und des Flugkörpers, die ein nach dem Abtastprinzip arbeitendes Regelsystem verwendet. Die Extrapolationseinheit der Einrichtung ermittelt dabei die wahrscheinliche Flugbahn des Ziels. Der die Flugbahn simulierende Simulator kann durch eine die tatsächlichen Koordinaten angebende Einrichtung ersetzt werden. Diese sind werden dann in Form von Lenkkommandos für den Flugkörper diesem nachgesendet. Aus dem zitierten Stand der Technik ist bekannt, die vorausberechneten Bahnkurven in verkleinertem Maßstabeinem Schützen visuell darzustellen.

[0009] Die US 4,308,015 A betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Training von Flugzeugrichtschützen und akkurate Bewerten. Dabei wird der komplette Kampf zwischen den Flugzeugen simuliert und aufgezeichnet.

[0010] Hier greift die Erfindung die Aufgabe auf, ein Verfahren anzugeben, welches einen Operateur bei der Wahl des günstigsten Feuerstoßes insbesondere bei Zielmanövern unterstützt.

[0011] Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

[0012] Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.

[0013] Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, zur Bestimmung des günstigsten Moments der Feuerauslösung auf sich bewegende Ziele einen bekannten Rechenalgorithmus eines realen Schießens zu verwenden, jedoch dabei den Feuerbefehl nicht wirklich auszulösen. Dieser läuft rein hypothetisch ab. Es werden dadurch Daten durch laufendes Berechnen und Sammeln der Feuerkommandos und der damit verbundenen voraussichtlichen Treffpunkte ermittelt und herangezogen.

[0014] Das Verfahren basiert also darauf, dass die Feuerkommandos und der erwartete Treffpunkt berechnet werden, ohne das Feuer jedoch real auszulösen. Das Ziel wird gesucht, der Algorithmus wird zugeschaltet und dieser berechnet alles Weitere hypothetisch. Im Algorithmus enthalten sein kann dabei auch das Steuern der Geschütze als Grundlage für den Feuerbefehl.

[0015] Nach der so berechneten Flugzeit des hypothetischen Geschosses wird die wirkliche Ziellage ermittelt und der Fehlerabstand zwischen dem Ziel und dem vorgerechneten Treffpunkt berechnet. Dieser gibt eine Aussage darüber wie genau geschossen worden wäre. Zwar ist diese Information um die Flugzeit veraltert, kann aber laufend generiert und wichtige Hinweise über den Verlauf der zu erwartenden Treffwahrscheinlichkeit liefern.

[0016] Der Fehler im Ziel kann beispielsweise als ein minimaler Abstand zwischen den Trajektorien des Geschosses und des Zieles sein. Wenn auch der Zeitpunkt im Ziel eine Rolle spielt, wie beispielsweise bei sich zerlegenden Geschossen oder Granaten mit einem Zeitzünder, ist der Abstand der beiden zum Zerlegungszeitpunkt maßgebend. Alternativ können Winkelfehler in Betracht gezogen werden. Auch eine geeignete Kombination verschiedener Fehlerdefinitionen ist denkbar, das Resultat wird aber vorteilhaft mit einer skalierbaren Größe beschrieben.

[0017] Bevorzugt werden Darstellungen mit sichtbarer Entwicklung der Fehler, beispielsweise graphische Kurven über die Zeit, die der Korrelationszeit des Verhaltens entspricht, da die Daten Auskunft nicht nur über den momentanen Fehler liefern sollten, sondern hauptsächlich eine Abschätzung deren Verhalten in der nahen Zukunft erlauben sollen. Dazu werden dem Bediener neben den hypothetischen Daten aktuelle bzw. quasi aktuelle Zusatzdaten vorzugsweise eben via Anzeige zur Verfügung gestellt. Bei einer Automatisierung des Verfahrens ist eine softwaremäßige Berücksichtigung im Algorithmus vorzusehen, wobei die graphische Darstellung beibehalten werden kann.

[0018] Mit Hilfe des Verfahrens ergibt sich also ein geeignetes Maß der Trefffehler, sobald sich das Ziel dem im Voraus berechneten Treffpunkt nähert. Das berechnete Maß der Trefffehler wird graphisch dargestellt, laufend aufdatiert und dem Operateur bzw. Algorithmus zusätzlich zur Verfügung gestellt. Es findet keine Korrektur der Feuerkommandos statt, vielmehr wird ohne eine aufwendige Messung im Zielgebiet dem Bediener ein Verfahren / eine Darstellung zur Verfügung gestellt, welche ihn bei der Wahl des günstigsten Moments der Feuerauslösung unterstützen.

[0019] Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1

in einer blockbildartigen Darstellung die für das Verfahren benötigten Mittel,

Fig. 2

eine graphische Darstellung eines Feuerstoßes,

Fig. 3

eine Darstellung der berechneten Zielablagen in einem Zeitfenster,

Fig. 4

die Darstellung aus Fig. 3 mit einer ersten Zusatzinformation ,

Fig. 5

die Darstellung aus Fig. 3 mit einer weiteren Zusatzinformation.

[0020] Fig. 1 zeigt ein mit 1 gekennzeichnetes richtbares Geschütz, welches von einem Rechner 3 mit Daten versorgt ein Ziel 2 bekämpft. Der Rechner 3 ist mit dem Geschütz 1 elektrisch als auch mit einem Anzeigegerät 4 für einen Bediener 5 verbunden. Im Rechner 3, der in der Regel der Feuerleitrechner ist, sind üblicherweise die Zielmessungen mit dem Grundtakt der Feuerleitung synchronisiert, sodass sie nicht mit den vorhersagbaren Trefferpunkten P1 - P3 zusammenfallen. In Fig. 2 ist ein Teil eines Feuerstoßes dargestellt. Ein selbst nicht näher dargestelltes Geschütz 1 feuert in regelmäßigen Abständen auf ein sich näherndes Ziel 2. Die Flugzeit zum Ziel 2 beträgt im dargestellten Beispiel zwei bis drei Feuerzyklen. Bevor die Zielablagen berechnet werden, werden die Daten durch eine geeignete Interpolation zeitlich vereinheitlicht. Die Geschützdaten werden mindestens für die Dauer der Projektilflugzeit aufbewahrt. Infolge der Zielbewegung kommt es zu einer gewissen Zeitausdehnung, sodass keine oder mehrere Zielmessungen zwischen zwei Schüssen anfallen, was bei der Datenverarbeitung berücksichtigt wird.

[0021] Fig. 3 zeigt eine mögliche Anwendung der berechneten Zielablagen in einem Zeitfenster der Breite T_w (T_w = Zeitfenster), die in der Anzeige 4 darstellbar sind. In dieser Implementierung werden die Daten graphisch als eine sich nach links bewegende Kurve 6 dargestellt. Das Alter der jüngsten Daten gleicht der Flugzeit und wird auf der rechten Seite des Fensters aufgetragen (f). Die älteren Daten mit Alter T_w + T_F (T_F= Geschossflugzeit) verschwinden aus dem Fenster auf dessen linken Rand (a). Je höher die Kurve 6 ist, desto größer wären die Trefferfehler zu jener Zeit, wenn geschossen worden wäre.

[0022] In dieser Darstellung läst sich erkennen, dass in (b) eine günstige aber kurze Gelegenheit verpasst wurde, während die Zeiten in (c) und (e) besonders ungünstig gewesen wären. Dafür hat sich der Fehler zur jetzigen Zeit (f) auf einen kleinen Wert beruhigt, sodass der Operateur 5 mit Vorteil das Feuer auslösen könnte und eine höhere Treffgenauigkeit erreicht.

[0023] Zur Verbesserung der veralterten Daten T_F werden bevorzugt Zusatzinformationen in das Verfahren eingebunden, welche dem Operateur 5 andere relevante Informationen jüngeren Ursprungs zur Verfügung stellen, damit der Bediener 5 feststellen kann, ob der Zeitpunkt auch unter dem Gesichtspunkt von T_F richtig gewählt worden wäre.

[0024] Dazu werden in einer ersten Variante dem Operateur 5 zusätzlich Daten mit T_F/2 als Teilkurve (g) graphisch zur Verfügung gestellt (Fig. 4). Die Teilkurve (g) gibt im gezeigten Beispiel an, dass das jetzige Moment nicht günstig ist, wie aufgrund der Fig. 3 angenommen wurde, da die Trefffehler wieder ansteigen.

[0025] Eine weitere, nicht näher dargestellte Quelle für Zusatzdaten können die geschätzten Beschleunigungen aus dem Filter sein. Diese werden laufend mit Hilfe der neuesten Zielmessung aufdatiert.

[0026] Alternativ biete sich die direkte Beobachtung des Zieles 2 an. Bevor ein Flugzeug 2 ein Manöver ausübt, muss es seine Lage relativ zur Flugrichtung ändern. In diesem Fall kann, wie in Fig. 5 dargestellt, ein Videobild des Zieles 2 in das Darstellungsdiagramm der Anzeige 4 eingeblendet werden. Dieses liefert gleichfalls aktuelle Daten bzw. Zusatzinformationen, die vom Bediener 5 berücksichtigt, ihn bei der Wahl des günstigsten Moments der Feuerauslösung unterstützen.

[0027] Die graphischen Darstellungen nach Fig. 3 bis 5 unterstützen also den Operateur 5, der diese angezeigten Daten so interpretiert, dass er aus der Tendenz der Abläufe auf die zukünftige Entwicklung der Trefffehler schließen kann.

[0028] Eine alternative Implementierung der Erfindung ist, das Verfahren durch einen geeigneten Algorithmus zu automatisieren, um das Resultat einfacher darzustellen, beispielsweise mit einer Lampe oder zur Selbstauslösung des Feuers durch ein entsprechendes Feuerkommando.

Ansprüche

1. Verfahren zur Bestimmung eines günstigen Moments der Feuerauslösung auf sich bewegende Ziele (2), wobei Feuerkommandos und zu erwartete Treffpunkte (P1 -P3) eines Geschosses mit dem Ziel (2) mit Hilfe eines Algorithmus berechnet werden, ohne einen Feuerstoß real auszulösen, wozu

• das Ziel (2) gesucht,

• der Algorithmus zugeschaltet und hypothetisch Daten ermittelt werden,

• nach der so berechneten Flugzeit des hypothetischen Geschosses die wirkliche Ziellage ermittelt und der Fehlerabstand zwischen dem Ziel (2) und dem vorgerechneten Treffpunkt (P1, P2, P3) berechnet wird,

• und daraus eine Aussage darüber getroffen wird, wie genau geschossen worden wäre.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten graphisch und in einer Anzeige (4) dargestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die graphische Darstellung mit sichtbarer Entwicklung der Fehler erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass graphische Kurven über die Zeit verwendet werden, die der Korrelationszeit des Verhaltens entspricht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass reale und aktuelle bzw. quasi aktuelle Zusatzinformationen hinzugezogen werden können.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Daten mit T_F/2 als Teilkurve (g) graphisch zur Verfügung gestellt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass geschätzte Beschleunigungen verwendet werden, welche laufend mit Hilfe der neuesten Zielmessung auf datiert werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Videobild des Zieles (2) in das Darstellungsdiagramm der Anzeige (4) eingeblendet wird.

Claims

1. Method for determining an advantageous moment for firing initiation at moving targets (2), wherein firing commands and hit points (P1 - P3) to be expected by a projectile with the target (2) are calculated by means of an algorithm without actually having to initiate a firing burst, for which purpose

• the target (2) is searched for,

• the algorithm is used, and data is determined hypothetically,

• the actual target position is determined on the basis of the flight time, calculated in this way, of the hypothetical projectile and the miss distance between the target (2) and the previously calculated hit point (P1, P2, P3) is calculated,

• and a statement is obtained therefrom as to how accurate the shot would have been.

2. Method according to Claim 1, characterized in that the data is displayed graphically and on a display (4).

3. Method according to Claim 2, characterized in that the graphics display is produced with visible development of the error.

4. Method according to Claim 2 or 3, characterized in that graphics curves are used over the time which corresponds to the correlation time of the response.

5. Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that real and current, or quasi-current, additional information can be used.

6. Method according to Claim 5, characterized in that data with T_F/2 is additionally made available graphically, as a curve element (g).

7. Method according to one of Claims 1 to 6, characterized in that estimated accelerations are used, and are continuously updated with the aid of the latest target measurement.

8. Method according to one of Claims 2 to 7, characterized in that a video image of the target (2) is overlaid on the display diagram on the display (4).

Revendications

1. Procédé de détermination d'un moment approprié du tir vers une cible mobile (2), les commandes de tir et les points d'impact (P1 - P3) attendus d'un projectile sur la cible (2) étant calculés à l'aide d'un algorithme, sans déclencher réellement le coup de feu, procédé selon lequel

* la cible (2) est recherchée,

* l'algorithme est mis en service et les données hypothétiques sont déterminées,

* la position réelle de la cible est déterminée d'après le temps de vol ainsi calculé du projectile hypothétique et l'écart d'erreur entre la cible (2) et le point d'impact (P1, P2, P3) préalablement calculé est calculé,

* et une affirmation concernant la précision du tir en est déduite.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les données sont représentées sous forme graphique et sur un afficheur (4).

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la représentation graphique s'effectue avec une évolution visible de l'erreur.

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par l'utilisation de courbes graphiques en fonction du temps qui correspond au temps de corrélation du comportement.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que des informations supplémentaires actuelles ou quasi-actuelles peuvent être utilisées.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que des données sont en plus mises à disposition sous forme graphique avec T_F/2 comme courbe partielle (g).

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que des accélérations estimées sont utilisées, lesquelles sont continuellement actualisées à l'aide de la mesure la plus récente de la cible.

8. Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'une image vidéo de la cible (2) est affichée par incrustation dans le diagramme de représentation de l'afficheur (4).

Zeichnung