DE2648873C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Feuerleitsystem zum Rich­ ten einer Waffe, bei der eine Zieloptik ein die optische Zielachse einstellendes Zieleinstellorgan aufweist, ein ma­ nuell bedienbares Peil- bzw. Steuergerät eine Steuervorrich­ tung steuert, welche das Zieleinstellorgan und ein die Waffenposition einstellendes Waffeneinstellorgan steuert, und ein Signalgeber ein von der Position des Waffeneinstell­ organs abhängiges Steuersignal an die Steuervorrichtung ab­ gibt.

Ein Feuerleitsystem dieser Gattung ist bereits bekannt (DE-AS 22 16 734). Mit dessen Hilfe kann beispielsweise ein Flak-Geschütz auf ein sich bewegendes Objekt, beispielsweise ein Flugzeug, maschinell gelenkt gerichtet werden, unter Verwendung elektrischer und elektronischer Aggregate, welche auch die erwartete Flugbewegung berücksichtigen, so daß beim Abfeuern des Geschosses nicht nur die Flugzeit des Geschosses bis zum erwarteten Zielpunkt, sondern auch die erwartete Zeit und der erwartete Weg des zu treffenden Objektes genau be­ stimmt und der ermittelte Zielpunkt treffgenau erreicht wird. Auf der Grundlage von aufgegebenen Informationen aus bei­ spielsweise einem Folge- und Entfernungs-Meßradar, aus Krei­ selfühlern zur Feststellung des Zustands der Waffe, bei­ spielsweise des Geschützes, und des die Waffe tragenden Or­ gans, beispielsweise eines Schiffes oder Flugkörpers, findet eine solche Berechnung statt. Bei dem vorbekannten Feuer­ leitsystem steuert einerseits beispielsweise das Richtungs­ kreisel ein Summierglied, das seinerseits das als Servo­ motor ausgebildete Waffeneinstellorgan steuert. Anderer­ seits wird das ebenfalls als Servomotor ausgebildete Ziel­ einstellorgan über ein anderes Summierglied und dieses von dem genannten Richtungskreisel gesteuert. Es hat sich je­ doch gezeigt, daß die Genauigkeit des Feuerleitsystems bei sich sehr schnell bewegenden Objekten zu wünschen übrig läßt.

Darüber hinaus ist es bekannt (DE-AS 22 60 693), ein Summier­ glied zur Steuerung des Waffeneinstellorgans und ein weiteres Summierglied zur Steuerung des Zieleinstellorgans zu verwen­ den. Auch hier ist die Genauigkeit noch unbefriedigend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Anvisieren und Festhalten des Objekts bzw. Zieles selbst bei sich sehr schnell bewegenden Objekten bzw. Zielen innerhalb eines kurzen Zeitintervalls zu ermöglichen. Diese Aufgabe soll durch ein möglichst einfaches und daher auch störarmes System lösbar sein. Die Lösung dieser Aufgabe ermöglicht eine bessere Treffsicherheit.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet und in Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen und Verbesse­ rungen derselben beansprucht.

Bei der Erfindung ist nicht nur die Steuervorrichtung für sowohl das Zieleinstellorgan als auch das Waffeneinstellor­ gan als Summierglied ausgebildet, sondern dient das Ziel­ einstellorgan gleichzeitig als Steuermittel für das Waffen­ einstellorgan. Dadurch, daß der von der Position des Waffen­ einstellorgans abhängige Signalgeber ein Steuersignal er­ zeugt, das auch von der Position des Zieleinstellorgans ab­ hängt, wird die Aufgabe im Sinne einer Direktsteuerung ge­ löst. Selbst wenn für zusätzliche Aufgaben weitere Summier­ glieder verwendet werden, finden praktisch keine Zeitver­ zögerungen statt, sondern steht das Zieleinstellorgan, das insbesondere als Servomotor ausgebildet ist, praktisch un­ mittelbar mit dem Peil- bzw. Steuergerät in Verbindung. Un­ erwünschte, zu zeitlichen Verschiebungen beitragende Rück­ kopplungen mit zusätzlichen Störeffekten sind hierdurch vermeidbar.

Das erfindungsgemäße Feuerleitsystem ermöglicht daher das Anvisieren eines Ziels und Festhalten desselben im Strich­ kreuz innerhalb einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne, so daß infolge dieser Verkürzung der "Anpeilung" des Ziels beim Vorbeiflug desselben innerhalb der Reichweite der Waffe auch eine entsprechend längere Zeitdauer bis zum Treffen bzw. Abschießen des Zieles zur Verfügung steht.

So kann beispielsweise ein in einem ersten Regelkreis be­ findliches Steuergerät die das Suchgerät des Kanoniers kennzeichnende Ziellinie sowie die zugeordnete Folgeradar­ antenne auf den jeweils gegenwärtigen Ort des Zieles aus­ richten. Rechner erzeugen ein Signal für einen Vorhalte­ winkel, das mit dem die Ziellinie ablenkenden Servoregel­ kreis die Drehgeschwindigkeit der Geschützlafette steuert. Zwischen dem Ausgang der Steuereinrichtung des Kanoniers und dem Betätigungsorgan zum Verschwenken der Ziellinie bzw. der Zielachse des Zieleinstellorgans bzw. der Zieloptik können verschiedene Signale eingeschaltet sein, um die op­ tische Zielachse der Radarantenne auszurichten. Solche Si­ gnale stellen Vorausberechnungen der voraussichtlichen Ziel­ geschwindigkeit sowie der vom Radarempfänger entwickelten Radar-Zielachsen-Abweichungssignale dar. Unter der Annahme ausreichender Systemgenauigkeit bewirkt der Nettoeffekt solcher Signale, daß das Feuerleitsystem dem Ziel automa­ tisch folgt, sobald dieses im Fadenkreuz des Zielfernrohrs erfaßt ist. Korrekturen seitens des Kanoniers mit Hilfe seines Steuergeräts sind dann nur beim Auftreten etwaiger Ungenauigkeiten, beispielsweise bei Abweichungen des Ziels aus dem Fadenkreuz des Zielfernrohrs erforderlich.

Anhand der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele für die Er­ findung schematisch darstellt, ist die Erfindung auch im Vergleich mit dem Stand der Technik im folgenden näher er­ läutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Schaltschema eines bekannten Feuerleitsystems;

Fig. 2 eine verallgemeinerte schematische Darstellung eines automatischen Feuerleitsystems in seiner Um­ gebung, wie es sowohl nach dem Stand der Technik als auch bei der Erfindung Anwendung finden kann;

Fig. 3 ein Schaltschema des erfindungsgemäßen Feuerleit­ systems und

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Daten­ verarbeitung für das in Fig. 3 gezeigte erfindungs­ gemäße Feuerleitsystem.

Fig. 1 zeigt schematisch ein in der Technik bekanntes Feuer­ leitsystem für Geschütze, bei dem ein Lafettenservomotor als Waffeneinstellorgan 22 verwendet wird. Dieses wird gesteuert von dem vom Kanonier betätigten Peil- bzw. Steuergerät 105 (Fig. 2), und zwar von elektrischen Signalen. Es läuft mit einer Geschwindigkeit und in einer Richtung um, die von den Ausgangssignalen des Steuergeräts 105 abhängt. Während der Servomotor 22 eine Horizontal- oder Azimutdrehung der ge­ steuerten Feuerwaffe(n) 10 bewirkt, wird die Winkelgeschwin­ digkeit der Drehung der Geschützbatterie und der Lafette durch einen Winkelgeschwindigkeitssensor 27, z. B. einen winkelgeschwindigkeitsabhängigen Servomotor, dem Digital­ computer 68 gemeldet. Der Computer 68 führt in Abhängigkeit von der Zielentfernungsmeldung des Radargerätes und ent­ sprechend der Geschwindigkeit der vom Kanonier herbeigeführ­ ten Schwenkbewegung der Lafette 102 (Fig. 2) eine Vorhaltwin­ kelberechnung in Rechner 30 für die Entwicklung des richti­ gen Vorhaltwinkels λ _R in Azimutrichtung durch. Dieser Vor­ haltwinkel λ _R wird von einem Servomotor als dem Zielein­ stellorgan 24 vorgegeben, der die optische Achse (Ziellinie oder Zielachse 104 a) des Zielsuchers bzw. der Zieloptik 104 gegenüber einer mit dem Geschütz (der Geschützbatterie) ge­ meinsamen Bezugsrichtung ausrichtet - was typischerweise durch einfache Drehung eines die Zielachse 104 a bestimmen­ den Spiegels im Zielfernrohr 104 geschieht. Wenn also die Bedienungsperson das Steuergerät 105 veranlaßt, als Aus­ gangssignal einen Drehgeschwindigkeitsbefehl zu erteilen, verdreht der Servomotor 22 die gesamte Geschützplattform 102 mit allen darauf montierten Teilen einschließlich des Gehäuses 104 des Zielfernrohres und der Radarantenne 106 in eine Stellung, in der die Waffen 100 gegen den voraus­ sichtlichen Schnittpunkt 112 b des Zieles und des Geschosses ausgerichtet sind. Der Servomotor 24 führt dann zu einer weiteren Drehung in bezug auf die Geschützbatterie oder die Lafettenplattform, um die optische Zielachse 104 a des Ziel­ fernrohres 104 zu ändern. Mit dem Vorhaltwinkel λ _R -Ausgang des Computers 68 ist außerdem ein Servomotor 25 für die Radarantenne verbunden, so daß diese mit der optischen Ziel­ achse 104 a ausgerichtet gehalten wird. Von dieser wird an­ genommen, daß sie gegen den gleichzeitigen Ort des Zieles 112 a ausgerichtet ist. In der vorliegenden Beschreibung ist unter einem "Servomotor" jedes beliebige Einstellorgan oder Betätigungsmittel zu verstehen, das in Abhängigkeit von einem elektrischen Befehlssignal eine mechanische Bewegung bewirkt.

Wenn das Ziel 112 ein in der Darstellung in Fig. 2 von links nach rechts fliegendes Flugzeug ist, eilt der Azimut der Feuerlinie der Waffen 100, die gegen den künftigen Ort 112 b des Zieles ausgerichtet ist, der momentanen Ziellinie des Zielfernrohres 104 und der Ausrichtung der Antenne 106, die auf den gegenwärtigen Ort 112 a des Zieles ausgerichtet sind, vor.

Für einen angenommenen theoretischen Fall eines Flugzeuges, das mit konstanter Geschwindigkeit in einem Kreis mit kon­ stantem Radius und konstanter Höhe um die Lafette kreist, würden die oben angenommenen Ausrichtungen der Antenne 106 der optischen Zielachse 104 a und der Geschütze bzw. Waffen 100 relativ zueinander unverändert bleiben; die ganze Platt­ form oder Lafette 102 würde einfach (mit konstanter Ge­ schwindigkeit) umlaufen. Für typische Flugbahnen wird der Vorhaltwinkel λ _R durch das Zusammenwirken des Steuer­ gerätes 105 des Richtkanoniers und des Computers 68 be­ stimmt; er wird im Sinne des Bestrebens, der tatsächlichen Flugbahn des Flugzeuges zu folgen, dauernd auf den letzten Stand gebracht.

Die besondere Art und Weise, in der der Computer 68 den Vor­ haltwinkel λ _R bestimmt, ist in der Technik bekannt und wird auch in Systemen des Typs gemäß Fig. 1 - beispielswei­ se in dem Bordflak-Feuerleitsystem M 86 - verwendet. Kurz ausgedrückt, erhält der Computer 68 als Eingangssignale u. a. die Ausgangssignale des Winkelgeschwindigkeitssensors 27 (die die augenblickliche Drehgeschwindigkeit der Lafette an­ geben) und (an einer Eingangsklemme 69) die in bekannter Weise von dem Radarempfänger 110 entwickelten Zielentfer­ nungssignale. Im Computer 68 ist das Software-Programm für die Bestimmung des Vorhaltwinkels λ _R aus diesen Eingangs­ größen gespeichert. Beispielsweise kann der Vorhaltwinkel- Rechner 30 hierfür eine Iterationsschleife, bestehend aus einem Zielflugmodell 32 und einem geschoßballistischen Flugbahnmodell 26, zur Bestimmung der Flugdauer (T _OF ) bis zum Schnittpunkt der Ziel- und der Geschoßflugbahn aufwei­ sen. Die Iterations- oder Kettenrechnung dauert an, bis der Ort eines abgefeuerten Geschosses im Raum nach Ablauf einer Zeitspanne T _OF nach dem Feuern innerhalb der gewünschten Genauigkeitsgrenzen mit dem Ort eines Flugzeugs im Raum in der durch das Radargerät ermittelten Entfernung überein­ stimmt.

Die oben beschriebene Vorrichtung richtet die Waffe hinsicht­ lich nur einer Korrdinate, nämlich der Azimutkoordinate, aus. Natürlich ist auch eine entsprechende weitere Schaltung zur Festlegung der Geschützhöhe erforderlich.

Diese bekannte Anordnung gemäß Fig. 1 ist aber im Hinblick auf die hohen und immer noch ansteigenden Geschwindigkkeiten von z. B. Kampfflugzeugen keineswegs voll zufriedenstellend. So ist es für den Richtkanonier mitunter schwierig, im Falle eines mit hoher Geschwindigkeit bewegten Zieles die optische Zielachse 104 a auf das Ziel eingestellt zu halten, sobald dieses erfaßt ist. Der Kanonier wird nämlich zum Zentrieren des Zieles an der optischen Zielachse 104 a seines Zielfernrohres 104 zunächst durch Betätigung des Steuergerätes 105 die Lafette 102 schnell in Drehung versetzen. Diese Drehung der Lafette 102 wird von dem Sensor 27 dem Computer 68 gemeldet. Dieser wird sie jedoch als die als Winkelgeschwindigkeit gemessene Geschwindigkeit des Flugzeugs beim Vorbeifliegen deuten. Dementsprechend wird der Computer 68 ein Vorhaltwinkelsignal erzeugen, wodurch über den Servomotor 24 der die Zielachse 104 a bestimmende Spiegel schnell verstellt wird (im Fall der Fig. 2 wird dabei die Zielachse 104 a schnell im Gegenuhrzeigersinn verschoben). Der Nettoeffekt dieser Drehbewegungen macht es für den Richtkanonier aber äußerst schwierig, das Flugzeug im Strichkreuz seines Zielfernrohres festzuhalten bzw. die Lafette mit der erforderlichen Drehgeschwindigkeit zu drehen, um das Flugzeug im Strichkreuz zu halten, was beides erforderlich ist, bevor mit dem genauen Feuern begonnen werden kann. Bei solchen bekannten Systemen hat es sich daher als schwierig erwiesen, den gewünschten Prozentsatz an Treffern mit dem Feuerleitsystem zu erzielen, wenn es sich um mit hoher Geschwindigkeit bewegte Ziele handelt.

Ein solches typisches Feuerleitsystem, das zum Betrieb sowohl nach den Grundsätzen des Standes der Technik als auch nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist in Fig. 2 dargestellt. Ein oder mehrere Geschütze 100 sind auf der Drehgeschützlafette 102, beispielsweise in einer Flakstation, befestigt. Die Folgeantenne 106 dient zum Verfolgen des Zieles 112, das in einer gegenwärtigen Stellung 112 a dargestellt ist. Die Antenne wird vom Sender 108 betrieben und führt die empfangenen reflektierten Si­ gnale dem Folgeradarempfänger 110 zu, der die Entfernungs­ angaben o. dgl. dem Computer 68 zuliefert. Die Antenne 106 wird ihrerseits, beispielsweise mittels einer Datenverar­ beitungsanlage, dem Computer 68 derart ausgerichtet, daß sie dem Flugzeug 112 a folgt.

Der mit den Waffen 100 betraute Richtkanonier blickt durch den optischen Sucher der Zieloptik bzw. das Zielfernrohr 104 entlang der optischen Blicklinie der Zielachse 104 a; er versucht, das Flugzeug 112 a in die Mitte, hier in das Fadenkreuz des Zielfernrohres 104, zu bekommen. Er tut dies dadurch, daß er elektrische Befehlssignale dem Steuergerät 105 (z. B. an einem mehrachsigen "Steuerknüppel") aufgibt. Durch im folgenden zu beschreibende Vorgänge bewirken sol­ che vom Steuergerät 105 ausgehende elektrische Signale

• (a) die Entwicklung eines Vorhaltwinkels 114 zwischen der optischen Zielachse 104 a der Zieloptik 104 und dem tatsächlichen Azimut der Ausrichtung der Waffen 100 und
• (b) eine Drehung der Lafette 102 der Waffen 100 gegen­ über einer festen Bezugslinie (z. B. der Schiffs­ achse) in solcher Weise, daß das Ziel im Faden­ kreuz der Zieloptik 104 bleibt.

Nach Herstellung des (offensichtlich von der vom zugeordne­ ten Radargerät gemeldeten Entfernung abhängigen) Vorhalt­ winkels und bei korrekter Stellung des Zieles innerhalb des Suchers der Zieloptik 104 kann gefeuert werden.

Die Hauptaufgabe des Kanoniers besteht darin, die elektrischen Signale aus dem Steuergerät 105 abzugeben, durch die das Flugzeug in seiner einwandfreien zentrierten Stellung im Fadenkreuz des Suchers gehalten wird. Während der Kanonier nichts weiter zu tun hat, werden die übrigen für das Feuern erforderlichen Funktionen durch Mitwirkung des Computers 68 und unter der Wirkung mannigfaltiger an­ derer Fühl- und Antriebselemente des Systems automatisch ausgeführt.

Fig. 3 veranschaulicht ein automatisiertes Feuerleitsystem für Geschütze entsprechend den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung wird im Zusammenhang mit der auto­ matisierten Geschützanlage der Fig. 2 mit selbsttätigem Folgeradar 106, 108, 110, einer Zielachse 104, einer oder mehreren Waffen 100 u. dgl. zum Treffen eines Luftfahrzeuges 112 verwendet. Die Anordnung gemäß Fig. 3 weist als Ziel­ einstellorgan 24 einen Spiegel-Servomotor zum Ändern der optischen Zielachse 104 a des Zielfernrohres 104 (z. B. durch Drehung eines Spiegels); einen Geschützlafetten-Servomotor als Waffeneinstellorgan 22 zum Steuern der Relativstellung einer beweglichen Geschützbatterie bzw. Lafette 102 in be­ zug auf einen festen Bezugsrahmen, z. B. auf Schiffsachsen; und einen Antennen-Servomotor 25 zum Richten der Antenne 106 auf. Wie oben wird auch hier eine Richtkoordinate (den Azimut R) Bezug genommen. Dabei ist darauf hinzuweisen, daß für die andere Richtkoordinate der Waffe (die Höhe ϕ) ähnliche Vorrichtungen und Schaltungen verwendet werden.

Beispielsweise steuert das Waffeneinstellorgan 22, nämlich der Servomotor, die seitliche Ausrichtung der Lafette 102 im Uhrzeigersinn bzw. Gegenuhrzeigersinn, während ein ähnli­ cher Servomotor dazu dient, den Geschützlauf unabhängig von der Azimutausrichtung zu heben bzw. zu senken.

Die physischen Geräte (Hardware) in der Anordnung gemäß Fig. 3 sind in voll ausgezogenen Linien dargestellt, während der Teil des Systems von begrifflicher Bedeutung durch ge­ strichelte Linien angedeutet ist. Beispielsweise zeigt Fig. 3 einen Summierknoten 10, der die Winkeldifferenz oder -abwei­ chung zwischen Ziel und Geschützbatterie berechnet. In der Tat wird diese Differenz oder dieser Fehler von dem Kanonier optisch erfaßt, obwohl keine elektronische Vorrichtung ver­ wendet wird, die tatsächlich ein elektrisches Signal zur Wie­ dergabe dieses Parameters erzeugt.

Die besondere Konstruktion und die Wirkungsweise der Erfindung werden nun anhand Fig. 3 besprochen.

Wenn ein Kanonier, der entlang der Zielachse 104 a eines Zielfernrohres oder Zieloptik 104 blickt, ein Flugzeug 112 erblickt, be­ tätigt er vor allem sein Steuergerät 105 in solcher Richtung, daß das Flugzeug 112 im Mittelpunkt des Fadenkreuzes des Ziel­ fernrohres erscheint. Das elektrische Ausgangssignal der Steuereinrichtung 105 durchläuft die unten noch beschriebenen Summierglieder 52, 53 und 57, und die Ausgangssignale des letz­ teren betätigen den Spiegelservomotor des Zieleinstellorgans 24. Infolge dieses Vor­ ganges verändert dieser Servomotor die Lage der optischen Ziel­ achse 104 a im Sinne des einwandfreien Erfassens des Zieles (Zentrierens des Zieles in der Zielachse, und zwar durch Drehung eines Ablenkspiegels).

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird das Ausrichtsignal aus dem Servo­ motor 24 des Zieleinstellorgans (das die Ausrichtung der Zielachse 104 a bestimmt) im wesentlichen durch einen Regelkreis gesteuert, der das Ein­ greifen des Richtkanoniers von Hand einschließt. Die Ausgangs­ signale eines gedachten Summierknotens 10 (die mechanische Azimutstellung des Zieles in bezug auf die Geschützbatterie) wird einem zweiten algebraischen Summierknoten 12 zugeführt, dessen Ausgangssignale der Differenz zwischen dem Ausgangs­ signal des Knotens 10 (der angestrebten Zielachsenausrich­ tung für die sich dann ergebende räumliche Beziehung zwichen Geschützlafette und Ziel) und den Ausgangssignalen des Zieleinstellorgans 24 (der tatsächlichen Zielachsenausrichtung) entsprechen. Ein etwaiger Unterschied zwischen den beiden Arten von Eingangssignalen des gedachten Summierknotens 10 wird von dem Kanonier physisch wahrgenommen, indem er eine Abweichung des Zieles vom Fadenkreuz des Zielfernrohres feststellt und daher sein Steuergerät 105 für den Betrieb des Servomotors im Sinne der Beseitigung der Abweichung betätigt.

Die Vorrichtung 55 wird dazu verwendet, dem Verknüpfungsglied bzw. dem Summierglied 57 den Ausgangssignalzustand (Drehgeschwindigkeit) für die Ge­ schützlafette (Servomotor 22, Spiegelservomotor 24 und Platt­ formbewegung) zu signalisieren. Der Signalgeber 55 kann also ein einfacher Spiegelgeschwindigkeits-Trägheitskreisel sein, und die Ausgangssignale dieses Kreisels werden dem Summierglied 57 in dem zu den Ausgangssignalen des Summiergliedes 53 ent­ gegengesetzten Sinn zugeführt. Der Sinn dieses Kreisels er­ gibt sich aus einer Analyse des Stetigzustandes für den Fall, eines in einem Kreis um die Geschützstellung herum fliegenden Flugzeuges. Für einen solchen Stetigzustand ist die Zielachse 104 a an das Ziel geheftet und wird mit einer gewissen konstan­ ten Winkelgeschwindigkeit gedreht. In ähnlicher Weise ist der Geschützlafettenmotor bzw. das Waffeneinstellorgan 22 an den voraussichtlichen Zielpunkt geheftet; er läuftmit gleicher Winkelgeschwindigkeit um, eilt jedoch dem Ziel mit einem entsprechenden Vorhalt vor, der von der Entfernung und der Geschwindigkeit des Zieles abhängt. Da für den angenommenen Fall der optische Sucher oder das Zielfernrohr selbst drehfest mit der Geschützbatterie verbun­ den ist, bedarf es bei diesem Stetigzustand keiner weiteren Drehung des Spiegelservomotors. Der Kreisel bzw. Signalgeber 55 wird also dazu verwendet, dem Summierglied 57 von einem Zielgeschwindigkeits-Vor­ hersagesignalausgang 70 des Computers 68 über das Summierglied zugeführte Signale, die sonst eine Drehung des Spiegels verursachen würden, auf­ zuheben. In ähnlicher Weise geht aus einer Analyse des Ste­ tigzustandes hervor, daß die erforderliche Drehgeschwindig­ keit R der Lafette 102 dem Waffeneinstellorgan 22 über den Computer 68, (zusammen mit dem Vorhaltwinkelsignal) zugeliefert wird.

Es ist natürlich erwünscht, daß die Folgeradarantenne 106 in der mit der Zielachse 104 a betrachteten Azimut- oder R-Richtung ausgerichtet ist, so daß das Zielflugzeug im Radarsuchstrahl zentriert ist. Mit diesem Richtungsausgangssignal des Spiegelservo­ motors des Zieleinstellorgans 24 gekoppelt und diesem nachgeführt. Der Antennen-Servo­ motor 25 schließt aus noch zu besprechenden Gründen ein zusätz­ liches, alternatives "Elevationssignal" für den Betrieb im Be­ reich niedriger Elevationen bzw. Flughöhe ein.

Der Computer 68 führt mehrere Systemfunktionen aus. Im einzel­ nen ermittelt der Computer 68 unter Verwendung der oben erwähn­ ten Softwareprogramme 72, 67 der Modelle des Fluges des Zieles sowie der Ballistik des Geschosses den entsprechenden Vorhalt­ winkel 114. Der Computer 68 leitet von dem Vorhersageteilpro­ gramm 72 für den Flug des Zieles die projizierten Zielge­ schwindigkeiten R und ϕ ab. Wie in Fig. 3 veranschaulicht, wird das Geschwindigkeitsausgangssignal R (für die Azimutver­ arbeitung) dem Summierglied 53 zugeführt, während die λ _R -ε und R-Signale dem Summierglied 62 zugeführt werden. Die spezielle Datenverarbeitung für die Durchführung der genannten Funktionen des Computers 68 ist in Fig. 4 ver­ anschaulicht.

Das vom Ausgang des Summiergliedes 53 ankommende Eingangssi­ gnal der Winkelgeschwindigkeit der Elevationspeilung (ϕ) wird in einem Analog-Digital-Umsetzer 130 in die digitale Form um­ gesetzt und als digitales Eingangssignal dem Computer 68 zu­ geführt. Wenn als Eingangssignal eine Peilgeschwindigkeit verwendet wird, wird diese zur Erzielung des R-Wertes inte­ griert. Der Azimutpeilwinkel (R) wird zusammen mit dem Ele­ vationswinkel (ϕ) und der Zielentfernung (R) aus dem Radar­ empfänger 110 als Eingangssignal einem Koordinatenumwandler 132 für die Übersetzung von Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten zugeliefert. Das Software-Programm 132 wandelt die Polarkoordinaten, nämlich Azimut R, Elevation ϕ und Entfer­ nung (R) in die kartesischen Koordinatenwerte X, Y und Z um. Die Gleichungen für die Umwandlung von Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten, die den Algorithmus 132 für das Kodieren bilden, sind bekannt. Dann wird ein Kalman-Filter 71 verwendet, um die Datensignale zu "glätten" und die kartesischen Geschwindigkeitsvektoren X, Y und Z vorherzusagen und zu entwickeln (beispielsweise durch Messung der Koordinatenänderungen über bekannte, sehr kurze Zeitintervalle).

Die in dem Datenverarbeitungsteil 71 entwickelten kartesi­ schen Komponenten der Geschwindigkeit des Zieles werden in einem Koordinatenumwandler 134 zur Umwandlung von kartesi­ schen in Polarkoordinaten (abermals unter Anwendung bekann­ ter Beziehungen) in Polarkoordinatenform gebracht und liefern die in Polarkoordinaten ausgedrückten Geschwindigkeiten R, ϕ. Die Azimutgeschwindigkeit R wird dann vom Computer 68 als Ausgangssignal geliefert und als zweites Eingangssignal dem Summierglied 53 (Fig. 3) zugeführt.

Die Ausgangssignale des Kalmanfilters 71 werden nun dem Mo­ dellprogramm 72 für den Flug des Zielkörpers und Programm 67 für die Ballistik des Geschosses sowie einem zwischengeschalteten Koordinatenumwandler 135 zum Umwandeln der kartesischen Ko­ ordinaten in Polarkoordinaten für die laufende (iterative) Verarbeitung zugeführt, wobei Ausgangssignale erhalten wer­ den, die den richtigen Vorhaltwinkel (λ _R ) 114, sowie eine Änderungsgeschwindigkeit des Vorhaltwinkels (λ _R ) zwischen den Azimutwinkeln des Geschützes und der Ziellinie angeben, die an einem Summierglied 139 mit der Peilwinkelgeschwindigkeit des Zieles kombiniert werden.Die Ausgangssignale des Sum­ miergliedes 139 werden dann als Eingangssignale dem Summierglied 62 (Fig. 3) zugeführt. Auch hier sind die einzelnen Softwareteile (Fig. 4) bekannt. ("Advance Concepts in Terminal Area Controller Systems", H. McEvoy an H. C. Rawicz, Proceedings, Aeronautical Technology Symposium; Moskau, July 1973).

Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 ist zu bemerken, daß der Radar­ empfänger 110 ein Fehlersignal liefert, das als eines von mehreren Eingangssignalen dem Summierglied 52 zugeführt wird und jede Abweichung des Zieles aus seiner zentrierten Stellung in bezug auf die Ausrichtung der Radarantenne angibt. Bei­ spielsweise kann also die mehrteilige Radaranlage 106, 108, 110 ein Folgeradarsystem sein, das an symmetrisch abseits der Zentralachse der Antenne in Abständen voneinander liegenden Bereichen reflektierte Radarsignalanteile prüft. Wenn die An­ tenne in bezug auf das Flugzeug einwandfrei zentriert ist, sind diese empfangenen Signalanteile im wesentlichen amplitu­ dengleich. Wenn die zwei Rücksignale von ungleicher Amplitude sind, was einen Ausrichtungsfehler der Antenne in bezug auf das Ziel andeutet, wird ein Signal generiert, das Richtung und Größe einer solchen Abweichung angibt. Dieses Signal wird ebenfalls als eines der Eingangssignale dem Summierknoten 52 zugeliefert.

Der Betrieb des in Fig. 3 dargestellten zusammengesetzten Feuerleitsystems gemäß obiger Beschreibung wird im folgenden kurz zusammengefaßt. Dabei werden zunächst die Ausgangssignale des Radarempfangs-Verarbeitungsteiles 110 und das dem Summierglied 53 zugelieferte Signal der projizierten Zielge­ schwindigkeit vernachlässigt. Wenn der Richtkanonier ein Ziel entdeckt, betätigt er einfach sein Steuergerät 105 in solcher Weise, daß über den Servomotor 24 die optische Zielachse 104 a auf den derzeitigen Zielort gerichtet wird. Während der Spie­ gel-Servomotor 24 die optische Zielachse 104 a ausrichtet, die­ nen das Richtausgangssignal des Servomotors 24 sowie die vom Computer 68 gelieferten Ausgangssignale für Vorhaltwinkel und Geschwindigkeit, die dem Summierglied 62 zugeliefert werden, als geschwindigkeitsbestimmende Eingangssignale für den die Geschützlafette 102 antreibenden Servomotor 21. Während also der Kanonier sein Steuergerät 105 in solcher Weise be­ tätigt, daß seine Zielachse 104 a auf das Ziel gerichtet bleibt, generieren die vom Radarteil gelieferte Entfernungs­ angabe sowie die vom Kanonier entwickelte Angabe über die Änderungsgeschwindigkeit des Azimutwinkels eine Vorhaltwinkel­ vorhersage in solcher Weise, daß die Lafette relativ zur Ziel­ linie entsprechend ausgerichtet wird. Läßt man nun zunächst die Funktion der Summierglieder 52, 53 noch außer acht, so arbeitet die Anordnung in der oben beschriebenen Weise noch weiter, während der Kanonier auch weiterhin sein Steuergerät 105 dazu benutzt, unter Ausführung aller erforderlichen Richt­ tätigkeiten durch den Servomotor 24 den jeweiligen Ort des Flugzeugs im Strichkreuz seines Zielfernrohres zu halten. Die­ se Tätigkeit bewirkt automatisch ein Ausrichten des Geschützes mit dem richtigen Vorhaltewinkel und mit der richtigen Dreh­ geschwindigkeit.

Als wesentliche Hilfe für den Kanonier liefert der Geschwin­ digkeitsausgang 70 des Computers dem Summierglied 53 und von dort über das Summierglied 57 dem Servomotor 24 die Vorhersage des Computers für die Geschwindigkeit der Azimut­ winkeländerung des Zieles zu. Wenn die Vorhersage des Com­ puters vollständig zutrifft und wenn eine einwandfreie System­ ausrichtung im Stetigzustand vorausgesetzt wird, wird die Geschwindigkeitsvorhersage des Computers durch das Ausgangs­ signal des Kreisels 54 genau ausgeglichen, was andeutet, daß die Geschützlafette mit der erforderlichen Geschwindigkeit umläuft, um den erforderlichen Vorhaltwinkel aufrechtzuerhal­ ten. Die Zielachse 104 a bleibt daher ohne Mitwirkung des Steuergerätes 105 (also ohne Eingreifen des Kanoniers) in solcher Weise ausgerichtet, daß das Ziel 112 a im Fadenkreuz des Zielfernrohres 104 bleibt. Wird also eine derart präzise Tätigkeit des Systems vorausgesetzt, so wird das Geschütz 100 dem Ziel ohne Mitwirken der Bedienungsperson automatisch folgen. Nur wenn diese Folgetätigkeit etwas weniger präzise wird, beobachtet der Kanonier einfach die Richtung und die Geschwindigkeit der Abweichbewegung des Zieles aus dem Fa­ denkreuz und gibt über das Steuergerät 105 ein Signal ein, um das Ziel wieder in die einwandfreie Ziellinienflucht zu brin­ gen. Bei dieser Funktionsweise braucht der Kanonier nur kleinere und langsamer veränderliche Fehlersignale zu korri­ gieren, als wenn er gezwungen wäre, ganz auf sich selbst ge­ stellt das Ziel im Strichkreuz zu halten. Genauigkeit und Wirksamkeit de automatischen Feuerleitung sind daher weit­ gehend verbessert.

In ähnlicher Weise dient auch das vom Radarempfangs- und Ver­ arbeitungsteil 110 dem Summierglied 52 zugeführte Eingangssi­ gnal dazu, den Kanonier zu unterstützen, indem ein Korrektur­ signal geliefert wird, das den Servomotor 24 in entsprechen­ der Weise steuert, wenn der Radarteil feststellt, daß das Ziel sich in bezug auf die Antenne 106 aus der zentrierten Stellung herausbewegt, wie oben beschrieben. Da der Antennenservomotor 25 die Antenne 106 mit der Zielachse 104 a gemeinsam ausgerich­ tet hält, deutet jede Abweichung des Zieles von der zentrier­ ten Lage in bezug auf die Antenne auch auf eine gleiche Ab­ weichung des Zieles in bezug auf die Zielachse 104 a an.

Die Summierglieder 52, 53 dienen also zum automatischen Ausrichten des Spiegel-Servomotors bzw. des Zieleinstellorgans 24 (und somit auch, über den Computer 68 und den anderen Servomotor d. h. das Waffeneinstellorgan 22, der Geschützlafette) und vermindern daher weitgehend die Inanspruchnahme des Kanoniers. Sie er­ möglichen sogar häufig eine vollautomatische Steuerung ohne jedes Eingreifen von Hand, sobald das Ziel im Fadenkreuz er­ faßt ist. Die Aufgabe des Kanoniers nach Erfassen des Zieles im Fadenkreuz besteht dann nunmehr darin, kleinere Korrektu­ ren vorzunehmen, um möglicherweise auftretende Ausrichtungs­ fehler der Antenne und der Ziellinie oder Mängel der Vorhersage der Flugzeuggeschwindigkeit zu korrigieren.

Es ist abermals zu betonen, daß die obige Besprechung und die Darstellung in Fig. 3 im Prinzip nur die Feuerleitung entlang einer der beiden erforderlichen Koordinaten betrifft. Der Be­ sprechung wurde nämlich die Azimut- oder R-Koordinate der Feuerleitung zugrundegelegt. Wie ebenfalls bereits erwähnt, wird für die Elevationskoordinate oder die Veränderliche ϕ eine ähnliche Konstruktion verwendet. So lenkt beispielsweise ein Servomotor für die Neigungswinkelverstellung die opt. Zielachse 104 a durch Verdrehen des Spiegels in vertikaler Rich­ tung ab; ein Servomotor, entsprechend dem Servomotor 22, wird dazu verwendet, die Elevation des Geschützes zu erhöhen oder zu vermindern; und ein Servomotor, entsprechend dem Servomotor 25, wird verwendet, um die Neigung der Antennenachse zu ver­ größern oder zu vermindern.

Dabei ist jedoch zu bemerken, daß es mit­ unter unerwünscht ist, die Elevation der Antenne unter einen gewissen Mindestwert zu senken. Beispielsweise ist es im Falle der Bordflak (Marineflugabwehr) unerwünscht, die Radar­ antenne so weit abwärts auszurichten, daß bedenkliche Reflek­ tionen am Wasserspiegel die Zielerfassung und Verfolgung im Falle eines in geringer Höhe fliegenden Flugzeuges stören könnten.

Für diesen Fall weist die zusammengesetzte Anordnung gemäß Fig. 3 einen vertikalen Antennenkreisel 74 auf, der dem Com­ puter über einen Anschluß 75 die Elevation (ϕ) der Antenne angibt. Wenn die Elevation dem gewünschten oder zugelassenen Minimalwinkel entspricht, schaltet der Computer 68 die Antennen­ steuerung auf "Betrieb bei niedriger Elevation" um, bei dem dem Antennenelevations-Servomotor, der dem Motor 25 entspricht, ein Minimalelevationswinkel zugeliefert wird. Wenn dieser Betriebszustand für niedrige Elevation herrscht (was vom Com­ puter 68 am Ausgangsknoten 80 signalisiert wird), tritt die Korrekturschaltung 66 in Tätigkeit und verhindert einen Ein­ fluß der vorsätzlich herbeigeführten Elevations- oder ϕ-Achsen­ abweichung zwischen der Radarantennenachse und der Ziellinie des Zielfernrohres. Die Schaltung 66 kann einfach aus einem gesteuerten Schalter zum Unterbrechen der Verbindung zwischen den Teilen 110 und 52 bestehen, der in Tätigkeit tritt, wenn vom zentralen Verarbeitungsteil 68 am Ausgangsknoten 80 der Eintritt in die Betriebsweise für niedrige Elevation gemeldet wird.

In Fig. 3 wurde also ein automatisches Feuerleitsystem veran­ schaulicht, das in einfacher Weise gestattet, ein Ziel zu erfassen und zu verfolgen und eine Waffe darauf auszurichten, und das nur eines Minimums an Überwachung durch eine Bedie­ nungsperson bedarf, so daß deren Aufgabe ver­ einfacht und die Wirksamkeit eines Waffensystems erhöht wird.

Die geschwindigkeitsabhängigen Servomotor­ eingangssignale können auch durch zielortab­ hängige Eingangssignale ersetzt werden, wie dies in der Tech­ nik bekannt ist, wenn in den entsprechenden Sensoren geeignete Abänderungen vorgenommen werden, wobei sich eine entsprechend abgeänderte Ansprechcharakteristik er­ gibt. Beispielsweise kann ein zielortabhängiger Kreisel an­ statt eines geschwindigkeitsabhängigen Kreisels verwendet werden, und das Ausgangssignal des Kreisels 55 kann als Ziel­ ortsignal zusammen mit dem vom Steuergerät 105 ge­ lieferten Signal dem Spiegel-Servomotor 24 zugeliefert werden.

Ferner wird die Anordnung gemäß Fig. 3 typischerweise auch Einrichtungen aufweisen, die die Bewegungen der die Waffe(n) 100 der Zieloptik 104, die Antenne 106 u. dgl. tragenden Plattform (beispielsweise infolge Schlingerns und Rollens eines Schiffes) ausschaltet. Dies ist ohne weiteres zu errei­ chen, indem ein weiteres Summierglied mit den Knoten bzw. Summiergliedern in Reihe geschaltet oder einer der vorhandenen Knoten bzw. Summierglieder für mehrfache Summenbildung verwendet wird und diesem Glied als Eingangssignale die für die Plattformgeschwindig­ keit (Änderung der Stellung der Plattform) oder für die Stel­ lung der Plattform selbst typischen Signale zugeliefert wer­ den.

Claims (12)

1. Feuerleitsystem zum Richten einer Waffe (10), bei der eine Zieloptik (104) ein die optische Zielachse (104 a) einstellendes Zieleinstellorgan (24) aufweist, ein manu­ ell bedienbares Peil- bzw. Steuergerät (105) eine Steuer­ vorrichtung steuert, welche das Zieleinstellorgan (24) und ein die Waffenposition einstellendes Waffeneinstell­ organ (22) steuert, und ein Signalgeber (55) ein von der Position des Waffeneinstellorgans (22) abhängiges Steuer­ signal an die Steuervorrichtung abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung als Summierglied (57) ausge­ bildet ist, daß das Zieleinstellorgan (24) das Waffen­ einstellorgan (22) steuert und daß der Signalgeber (55) ein Steuersignal erzeugt, das auch von der Position des Zieleinstellorgans (24) abhängt.

2. Feuerleitsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zieleinstellorgan (24) und/oder das Waffenein­ stellorgan (22) als Servomotoren ausgebildet sind.

3. Feuerleitsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal des Signalgebers (55) dem Summier­ glied (57) entgegengesetzt zu dem vom Steuergerät (105) beaufschlagten Signal zugeführt ist.

4. Feuerleitsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folgeradareinrichtung mit einer Antenne und einem die Antenne ausrichtenden Servomotor so in das System integriert ist, daß die Ausgangssignale der die optische Zielachse (104 a) bestimmenden Einrichtung den Antennen-Servomotor steuern.

5. Feuerleitsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung den Vorhaltwinkel λ _R ermittelt und dem Waffeneinstellorgan (22) zur Steuerung zulie­ fert.

6. Feuerleitsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgeradareinrichtung ein Signal erzeugt in Abhängigkeit davon, ob die Radarantennenachse mit dem Ziel fluchtet oder nicht, und dieses Antennenachsen­ stellungssignal an das Zieleinstellorgan (24) liefert.

7. Feuerleitsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Datenverarbeitungseinrichtung ein Ausgangs­ signal der Vorhersage der Zielbewegungsgeschwindigkeit erzeugt und das die optische Zielachse (104 a) bestimmen­ de Zieleinstellorgane (24) steuert.

8. Feuerleitsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Ausrichten der Radarantenne in Abhängigkeit von der Ausrichtung der optischen Ziel­ achse (104 a).

9. Feuerleitsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meldeeinrichtung Fluchtungsfehlern der Radar­ antenne meldet und eine darauf ansprechende Steuerein­ richtung das Zieleinstellorgan (24) steuert.

10. Feuerleitsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgeradareinrichtung eine Antenne aufweist, welche mit der Zieloptik (104) und mit der vom waffen­ einstellorgan (22) gesteuerten Waffe (10) gemeinsam bewegbar ist.

11. Feuerleitsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 10, gekennzeichnet durch die Kombination mit einer Sperreinrichtung, die ver­ hindert, daß die Radareinrichtung eine Neigung der opti­ schen Zielachse (104 a) unterhalb einer vorherbestimmten unteren Elevationsschwelle einnimmt.

12. Feuerleitsystem nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine vom Kanonier zu betätigende Steuereinrichtung und eine Meldeeinrichtung zum Melden von Fluchtungsfehlern zwischen Antenne und Ziel, die das Zieleinstellorgan (24) in Abhängigkeit von Fluchtungsfehlern bei Neigungen der Antenne oberhalb der vorherbestimmten Elevations­ schwelle steuert.