Verfahren zum Verbessern der Treffergenauigkeit eines gesteuerten Flugkörpers

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Im Regelfalle wird man einen Flugkörper, der ein bestimmtes Ziel anfliegen soll, mit einem Suchkopf ausrüsten, der in der Lage ist, das Ziel selbst zu identifizieren und nach der Zielauffassung Führungssignale zur Verfolgung dieses Zieles zu generieren, wie etwa in der DE-A1-33 03 763, in der DE-A1-15 78 299 oder in der DE-A1-28 30 502 beschrieben. Das hat den Vorteil, über eine geschlossene Lenkschleife den Flugkörper unter Ausregelung der Einflüsse von Bahnstörungen wie insbesondere von quer zur Flugbahn wirkenden Luftströmungen in die Sollposition des Zielpunktes nachzuführen, selbst dann, wenn das Ziel Ausweichmanöver vollführt. Dabei kann, wie in der DE-C1-18 15 727 näher dargestellt, zum Erreichen einer günstigeren Trefferlage in Abhängigkeit von der sensorisch ermittelten Annäherung an das Zielobjekt eine im Steuerungsprogramm vorgegebene Bahnvorverlegung durch Schielwinkel-Umschaltung während der Restlaufzeit der Zielannäherung vorgesehen werden.

[0003] In anderen Fällen, wie bei der Leitstrahl-Lenkung gemäß DE-A1-29 51 941, erfolgt die Zielpunktbestimmung durch außerhalb des Flugkörpers angeordnete Aufklärungsmittel unter Übermittlung von Ziel- und/oder Korrekturinformationen an das bereits im Zielanflug befindliche Projektil. Auch können fest vorgegebene Bahndaten zu stationären Zielen in Abhängigkeit von störungsbedingten Bahnabweichungen des Flugkörpers korrigiert werden. Ein Solcher autonomer Flugkörper mit nichtzielsuchender Steuerung längs einer vorprogrammierten oder extern vorgegebenen Flugbahn ist für die Navigation mit Inertialsystemen oder entsprechenden Sensoren ausgestattet, die die aktuelle Ist-Position und somit die Abweichung von der bekannten Sollflugbahn liefern, um den Autopiloten des Flugkörpers mit dieser Fehlerinformation zu speisen. Der bewirkt dadurch über das Flugkörper-Stellsystem, trotz quer zur Flugbahn wirkender Störungen (wie insbesondere Luftströmungen) eine reale Flugbahn zum vorgegebenen Zielpunkt.

[0004] Zur Verbesserung der Munitionswirkung im Ziel infolge erhöhter Auftreffgeschwindigkeit wird beispielsweise erst kurz vor dem Zielaufschlag ein in Längsrichtung wirkendes Zusatz-Triebwerk gezündet oder aufgesteuert.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem eine Zielansteuerung eines ortsfesten oder eines beweglichen Zieles mit hoher Treffgenauigkeit möglich ist, ohne daß der Flugkörper mit einem Suchkopf ausgerüstet ist, wobei eine hohe Treffgenauigkeit auch dann erzielt wird, wenn auf den programmiert fliegenden Flugkörper Bahnstörungen wie z.B. starke Bodenwinde einwirken.

[0006] Das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 löst diese Aufgabe.

[0007] Der nach dieser Lösung vorgesehene Endphasen-Bahnvorhalt ist also anderer Natur, als die vorbekannte Schielwinkel-Änderung zum Erzielen einer günstigeren Trefferlage, gesteuert aus der sensorisch ermittelten Zielannäherung. Vielmehr geht es bei vorliegender Lösung darum, die auf die Flugbahn einwirkenden Querkräfte, die an Bord des Flugkörpers über die Regelabweichung der Sollflugbahn ermittelbar sind, in ihrem Einfluß auf die geänderte Längsgeschwindigkeit des Flugkörpers dadurch zu kompensieren, daß schon vor oder jedenfalls bei Endphasen-Beschleunigung des Flugkörpers eine Bahnänderung entgegen der an sich resultierenden Bahnverlagerung erzwungen wird.

[0008] Dabei kann der vorausliegende Flugweg in einem an Bord des Flugkörpers betriebenen Bahnextrapolationsmodell nach Maßgabe der jeweiligen idealen Sollposition und der aktuellen Ist-Position des Flugkörpers, unter Berücksichtigung auch der Einflüsse weiterer Flugzustandsgrößen, vorausberechnet werden. Aus dem daraus resultierenden Trefferfehler wird dann die Sollbahn-Korrektur im Sinne einer Verringerung dieses Fehlers abgeleitet. Zum Minimieren des verbleibenden Trefferfehlers kann eine solche Bahnextrapolation zweckmäßigerweise in mehreren Iterationen wiederholt werden. Hierbei, d. h. bei der in mehreren Iterationen durchgeführten Bahnextrapolation wird vorzugsweise das künftige Beschleunigungsprofil des Flugkörpers berücksichtigt, so daß sich unter Einschluß künftiger Flugbahnstörungen und unter Beachtung aktueller externer Flugbahnstörungen eine Sollflugbahn mit minimalem Treffehler ergibt. Die auf diese Weise optimierte Sollbahn dient einem Autopiloten des Flugkörpers als Referenz bzw. Sollvorgabe.

[0009] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig.1

eine Blockschaltung zur Verdeutlichung des Verfahrens zur Verbesserung der Treffgenauigkeit eines programmiert fliegenden Flugkörpers, und

Fig.2

eine grafische Darstellung des Einflusses einer Bahnstörung auf die Flugbahn des programmiert fliegenden Flugkörpers bzw. auf seine Treffgenauigkeit.

[0010] Verfügt ein Flugkörper nicht über einen Suchkopf, weil dieser bspw. aus Kostengründen eingespart werden soll, oder weil der Suchkopf nicht geeignet wäre, das zu bekämpfende Ziel zu erkennen, oder weil die geodätische Lage des zu bekämpfenden Zieles durch vorherige Aufklärung bekannt ist, was insbesondere bei stationären Zielen wie Brücken, Gebäuden o.dgl. der Fall ist, so kann sich der Flugkörper nur auf einer programmierten Flugbahn zum zu bekämpfenden Ziel bewegen. Dabei wird angenommen, daß der programmiert fliegende Flugkörper sowohl seine ideale Sollbahn, die ihn zum zu bekämpfenden Ziel führt, aus vorprogrammierten Daten oder durch Übermittlung über einen sogen. Data-link kennt, als auch über Sensoren und/oder über eine inertiale Navigationseinheit verfügt, die dem Flugkörper jeweils seine Istposition liefert. Dieser Sachverhalt ist in Fig.1 in einer Blockdarstellung schematisch gezeichnet. Ein Bahnextrapolationsmodell 10 ist mit einer Regeleinheit 12 zu einem in sich geschlossenen System verbunden, was durch die beiden Pfeile 14 und 16 angedeutet ist. Das Bahnextrapolationsmodell 10 weist zwei Eingänge 18 und 20 sowie einen Ausgang 22 auf. Der Eingang 18 ist mit dem Ausgang 24 einer Referenzeinheit 26 verbunden, was durch den Pfeil 28 angedeutet ist. Die Referenzeinheit 26 besitzt einen Eingang 30, durch den in die Referenzeinheit 26 vorprogrammierte Daten eingegeben werden.

[0011] Der Ausgang 22 des Bahnextrapolationsmodelles 10 ist mit einem Eingang 32 eines Autopiloten 34 verbunden, was durch die Verbindungslinie 36 verdeutlicht ist. Der Autopilot 34 weist einen zweiten Eingang 38 und einen Ausgang 40 auf, wobei der Ausgang 40 des Autopiloten 34 mit einem Stellsystem 42 verbunden ist. Das Stellsystem 42 ist mit der durch den Block 44 verdeutlichten Flugkörperdynamik verbunden. Der Ausgang 46 der Flugkörperdynamik 44 stellt die Flugbahn des Flugkörpers dar. Diese Flugbahn wird durch die durch den Pfeil 48 angedeuteten Flugbahn-Störungen, bei denen es sich bspw. um Windböen, Bodenwind o.dgl. handelt, beeinflußt. Sensoren 50 dienen zum Detektieren der Flugbahn bzw. der Flugbahnstörungen, wobei der Ausgang 52 der Sensoren 50 mit dem zweiten Eingang 38 des Autopiloten 34 verbunden ist. Außerdem ist der Ausgang 52 der Sensoren 50 mit einer inertialen Navigationseinheit 54 verbunden, an deren Ausgang 56 die jeweilige Istposition des Flugkörpers gegeben ist. Durch den Eingang 20 des Bahnextrapolationsmodelles 10 wird also die Istposition des Flugkörpers und durch den Eingang 18 des Bahnextrapolationsmodells 10 wird die ideale Sollbahn des Flugkörpers eingegeben. Der Ausgang 22 des Bahnextrapolationsmodelles 10 stellt die Sollbahn des Flugkörpers dar, während der Pfeil 14 zwischen dem Bahnextrapolationsmodell 10 und der Regeleinheit 12 den Treffehler darstellt.

[0012] Je nach der Genauigkeit der Sensoren 50 gelingt es mit Hilfe des Autopiloten 34 und mit Hilfe des Stellsystemes 42, die Flugkörperdynamik so zu beeinflussen, daß die reale Flugbahn des Flugkörpers trotz der äußeren Störungen - die durch den Pfeil 48 angedeutet sind - zum zu bekämpfenden Ziel führt.

[0013] Soll der Flugkörper zur Erhöhung der Auftreffgeschwindigkeit am zu bekämpfenden Ziel in der Endphase der Flugbahn zur Verbesserung der Wirksamkeit des Flugkörpers stark beschleunigt werden, so ergeben sich bei einem Flugkörper ohne Suchkopf die folgenden in Fig.2 verdeutlichten Probleme:

1. Bei der Bewegung des Flugkörpers in einem Windfeld ergibt sich ein resultierender inertialer Geschwindigkeitsvektor v als Überlagerung, d.h. als Vektorsumme des Geschwindigkeitsvektors v_a gegenüber ruhender Luft und des Windgeschwindigkeitsvektors v_w . In Fig.2 ist eine Vektordarstellung in einer Horizontalebene x-y gezeichnet, entsprechendes gilt selbstverständlich auch für die zu dieser Horizontalebene senkrechte Vertikalebene. Ergibt sich nun in einem stationären Zielanflug der inertiale Bahnwinkel b₁ als resultierende Flugrichtung zum Ziel mit der Geschwindigkeit v_a1 und der Windgeschwindigkeit v_w zur resultierenden Geschwindigkeit v₁, so ändert sich bei Schuberhöhung die Geschwindigkeit v_a1 zur Geschwindigkeit v_a2, wobei der Windgeschwindigkeitsvektor v_w gleich bleibt. Das bedeutet jedoch, daß die aus v_a2 und v_w resultierende Geschwindigkeit v₂ als neue inertiale Geschwindigkeit auftritt, die mit der x-Achse einen von b₁ abweichenden Winkel b₂ einschließt. Es ergibt sich also ein Winkelfehler Δb als Differenz zwischen den beiden genannten Winkeln b₁ und b₂ in der Zielpunktrichtung und folglich eine Verringerung der Treffgenauigkeit, da Bahnkorrekturen des beschleunigten Flugkörpers im Ergebnis zu großen Ablagen führen.

2. Ein zur Geschwindigkeitserhöhung dienendes Triebwerk des Flugkörpers wird typischerweise seine Schubkraft in Flugkörper-Längsrichtung, d.h. in Richtung des Vektors v_a entwickeln. Befindet sich der Flugkörper vor der Beschleunigungsphase im Schiebeflug, so bewegt er sich inertial in der in Fig.2 dargestellten Horizotalebene x-y nicht in der Flugkörper-Längsrichtung sondern in einer von der Windgeschwindigkeit v_w abhängigen resultierenden Bahnrichtung, die durch den Autopiloten 34 (s. Fig.1) in Zielpunktrichtung gedreht wird. Wird nun der Flugkörper beschleunigt, so wird er nicht in der inertialen Bahnrichtung zum Ziel sondern in seiner Flugkörper-Längsrichtung beschleunigt und kann nur unter unrealistischen Manövereingriffen des Autopiloten 34 zum zu bekämpfenden Ziel korrigiert werden, was ebenfalls zu einer Verringerung der Treffgenauigkeit führt. Entsprechendes gilt selbstverständlich auch für die Bewegung in der Vertikalebene.

[0014] Die beiden genannten Probleme, die zur Verschlechterung der Treffgenauigkeit führen, lassen sich lösen, wenn die Sollbahn des Flugkörpers, die durch die Verbindungslinie 36 zwischen dem Bahnextrapolationsmodell 10 und dem Autopiloten 34 in Fig.1 angedeutet ist, vor und während der Beschleunigung des Flugkörpers mit einem Bahnvorhalt versehen wird, der den in Fig.2 für die Horizontalebene skizzierten Fehler durch Flugbahn-Störungen (s. Pfeil 48 in Fig.1) kompensiert. Dazu wird im Bahnextrapolationsmodell 10 der vorausliegende Flugweg nach Maßgabe der idealen Sollposition ( Eingang 18 des Bahnextrapolationsmodelles 10 in Fig.1) und nach Maßgabe der aktuellen Istposition ( Eingang 20 des Bahnextrapolationsmodelles 10 in Fig.1), und nach Maßgabe weiterer Flugzustandsgrößen vorherberechnet. Aus dem sich ergebenden vorhergesagten Treffehler werden in der Bahnextrapolations-Einheit über die Regeleinheit 12 Bahnkorrekturen der Sollbahn ermittelt, die zu einer Verringerung des Treffehlers führen. Bei dieser vorzugsweise in mehreren Iterationen verlaufenden Bahnextrapolation wird das künftige Beschleunigungsprofil des Flugkörpers berücksichtigt, so daß eine Sollflugbahn entsteht, die unter Einschluß künftiger Bahnstörungen und unter Beachtung aktueller externer Flugbahnstörungen zu einer Minimierung des Treffehlers führt. Diese optimierte Sollbahn ( Verbindungslinie 36 in Fig.1) dient dem Autopiloten 34 als Referenz bzw. Sollvorgabe.

Ansprüche

1. Verfahren zum Verbessern der Treffergenauigkeit eines längs einer Sollflugbahn gesteuerten und in der Endphase des Zielanfluges nachbeschleunigenden, von externen strömungsbedingten Bahnstörungen beeinflußbaren, Flugkörpers ohne Suchkopf,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sollflugbahn des ohne Suchkopf gesteuerten Flugkörpers in Abhängigkeit von den gegebenen Bahnstörungen und von seinem Längsrichtungs-Beschleunigungsprofil mit einem Bahnvorhalt versehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der vorausliegende Flugweg in einem Bahnextrapolationsmodell nach Maßgabe der idealen Sollposition und der aktuellen Istposition und nach Maßgabe weiterer Flugzustandsgrößen vorherberechnet wird, wobei aus dem sich hierbei ergebenden vorhergesagten Treffehler in einer Bahnextrapolations-Einheit über eine Regeleinheit zur Verringerung des Treffehlers Bahnkorrekturen der Sollbahn ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bahnextrapolation in mehreren Iterationen durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der in mehreren Iterationen durchgeführten Bahnextrapolation das künftige Beschleunigungsprofil des Flugkörpers berücksichtigt wird, so daß sich unter Einschluß künftiger Bahnstörungen und unter Beachtung aktueller externer Flugbahnstörungen eine Sollflugbahn mit minimalem Treffehler ergibt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die optimierte Sollbahn einem Autopiloten des Flugkörpers als Referenz bzw. Sollvorgabe dient.

Claims

1. Method of improving the target accuracy of a missile without homing head, which may be controlled along a desired flight path, may be post-accelerated in the final phase of the target approach and may be influenced by external current-related disturbances in flight path, characterised in that the desired flight path of the controlled missile without homing head is provided with a path guidance dependent on the given path disturbances and on its longitudinal acceleration profile.

2. Method according to Claim 1, characterised in that the anticipated flight path is calculated beforehand in a path extrapolation model in accordance with the ideal desired position and the current actual position and in accordance with further flight variables, wherein path corrections to the desired path are determined from the forecast target errors resulting herein in a path extrapolation unit via a control unit to reduce the target error.

3. Method according to Claim 1 or 2, characterised in that the path extrapolation is carried out in several iterations.

4. Method according to Claim 3, characterised in that in the path extrapolation carried out in several iterations, the future acceleration profile of the missile is taken into account, thus resulting in a desired flight path with minimum target error to include future path disturbances and take into account current external flight path disturbances.

5. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the optimised desired path acts as a reference or desired preset value for an autopilot of the missile.

Revendications

1. ProcédQ310 pour améliorer la précision du tir d'un projectile sans tête chercheuse dirigé le long d'une trajectoire de consigne et à nouveau accéléré dans la phase finale de son vol vers la cible, pouvant être influencé par des perturbations de sa trajectoire dues à des courants externes caractérisé en ce que la trajectoire de consigne du missile dirigé sans tête chercheuse est dotée d'une dérivation en fonction des perturbations données de sa trajectoire et de son profil d'accélération en direction longitudinale.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la trajectoire de vol d'origine est calculée à l'avance en un modèle d'extrapolation de trajectoire tenant compte de la position de consigne idéale et de la position actuelle réelle et tenant compte d'autres grandeurs d' état de vol, les corrections de la trajectoire de consigne étant déterminées à partir de l'erreur de tir susdite ainsi obtenue dans une unité d'extrapolation de trajectoire par l'intermédiaire d'une unité de régulation pour limiter l'erreur de tir.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'extrapolation de la trajectoire est effectuée par plusieurs itérations.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le profil d'accélération futur du missile est pris en compte dans l'extrapolation de trajectoire effectuée par plusieurs itérations de manière à obtenir une trajectoire de consigne à erreur de tir minimale par incorporation de perturbations de trajectoire futures et en tenant compte de perturbations de trajectoire de vol externes actuelles.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la trajectoire de consigne optimisée sert de référence ou de donnée de consigne pour un dispositif de pilotage automatique du missile.

Zeichnung