DK147326B - Ildstyreapparat - Google Patents

Description

147326 i

Opfindelsen angår et apparat til styring af en pjeces projektilbane, hvilket apparat omfatter et optisk sigte med sigte-liniebestemmelsesorganer, mekaniske/elektroniske indstillingsorganer til variabel indstilling af sigteliniebestemmelsesorganerne, en manuelt betjenelig kontrolenhed til styring af det optiske sigte, pjeceretteorganer til retning af pjecen og signalorganer til signalering af pjeceretteorga-nernes stilling.

Fra U.S.A. patentskrift nr. 3.575.085 kendes et ildstyreapparat til styring af en pjeces projektilbane. Dette apparat er forsynet med et optisk sigte og betjenes af en operatør, der kan dreje et pansertårn i retning af det ønskede mål, uanset om dette er et fly eller et missil. Når pansertårnet drejes under operatørens styring, aktiveres en tilbagekoblingssløjfe omfattende en datamat og en servostyring til bevægelse af den optiske sigtelinie i en retning modsat pansertårnets drejning. I en stabil tilstand vil operatøren holde målet fikseret i sigtet. Der er desuden en operatørkontrol, der direkte kontrollerer pjecen og pansertårnets drev. En tilbagekoblingssløjfe reagerer på et kredsløb, der aftaster differensen imellem pjecens vinkel og den ønskede vinkel.

Ovennævnte apparat har vist sig at være tilfredsstillende i forbindelse med hidtidige målhastigheder.Apparatet er imidlertid utilstrækkeligt i forbindelse med meget hurtige mål.' Problemet er, at tilbagekoblingssløjfen, der styrer spejlservostyringen, er gjort langsom i forhold til operatørens situationsfornemmelse; først og fremmest for at gøre det muligt for ham at skelne effekter på sigtelihiebilledet, der skyldes den drejning, han har forårsaget, og sigtelinievariationer, der skyldes tilbagekoblingen. Hatighedsreduktionen er selvsagt til skade for nøjagtigheden.

Et ildstyreapparat af den indledningsvist nævnte type er iføl- 2 147326 opfindelsen ejendommeligt ved, at indstillingsorganerne til indstilling af sigteliniebestemmelsesorganerne er forbundet med og påvirket direkte af udgangssignalet af den manuelt betjenelige kontrolenhed.

Den manuelle styring virker derved direkte ind på spejlservostyringen via summationsorganer, Som angiver fremtidige målpositioner. Spejlservostyringen og sigtelinien styres derved direkte af operatøren og er ikke resultatet af en tilbagekoblingsoperation, der nødvendiggør en hastighedsreduktion. Våbenindstillingsorganerne til indstilling af pjecen styrer nemlig spejlservostyringen. Operatøren påvirker således ikke pjeceservoen direkte således som i den kendte konstruktion. Spejlservostyringen er derimod direkte styret af operatøren og udgangshastigheden af pjecemonteringen, medens affutagen indirekte er styret af spejlpositionen.

Et apparat som angivet i krav 1 og med radar-sporfølgnings-organer omfattende en antenne og en antenne-indstillingsmotor kan være ejendommelig ved, at antenne-indstillingsorganerne er indrettet til at kunne styres af udgangssignalet af sigteliniebestemmelsesorganerne.

Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et diagram over et kendt apparat til styring af en pjece, fig. 2 en automatisk styret pjeces omgivelser, fig. 3 et diagram over et automatisk pjecestyreapparat ifølge opfindelsen, og fig. 4 en illustration af databehandlingen i det i fig.

3 viste apparat.

3 147326 I fig. 3 er der vist et automatisk pjecestyreapparat ifølge opfindelsen. I dette apparat indgår der f.eks. en sporfølgende radar 106, 108, 110, et optisk sigte 104 og affyrbare våben 100 til ødelæggelse af flyvende luftfartøjer 112; Apparatet i fig. 3 anvender scm aktiveringsorgan en spejlservcmotor 24 til ændring af sigtelinien 104a for det optiske sigte 104 (scm ved spejldrejning) , et pjeceretteorgan 22 til styring af en bevægelig affutage 102's stilling i forhold til en fast reference og en antenne-servo 25 til indstilling af radarantennen 106. Den følgende beskrivelse vedrører indstillingen af én koordinat (azimut[Θ]). Det er dog underforstået, at-den anden våbenindstillingskoordinat (højden[φ]) anvender et tilsvarende apparat. Således kontrollerer pjeceretteorganet 22 f.eks. den vandrette indstilling af affutagen 22, medens en lignende servomotor anvendes på tilsvarende måde til at hæve eller sænke kanonrøret uafhængigt af sideretningen. Det apparat, der er anvendt i apparatet i fig. 3, er vist fuldt optrukket, medens den tænkte del af apparatet er vist stip let. Således viser fig. 3 f.eks. et summationsorgan 10, der udregner vinkelforskellen mellem affutagen og målet. Forskellen eller fejlen registreres af operatøren, selvom der ikke anvendes elektroniske apparater til frembringelse af elektriske signaler til afspejling af denne parameter.

Apparatet i fig. 3 vil nu blive beskrevet nærmere. Når en operatør ser et fjendtligt luftfartøj 112 langs sigteliniebestemmelsesorganerne 104's optiske akse 104a, aktiverer han en kontrolenhed 105 til at centrere luftfartøjet i trådkorset af sigtet. Kontrolenheden 105's elektriske udgangssignal føres gennem summationsorganer 52, 53, 57, der vil blive beskrevet i det følgende. Udgangssignalet af summationsorganet 57 aktiverer spejlservomotoren 24. Ved en sådan proces ændrer servomotoren 24 den optiske akse I04a (f.eks. ved at dreje et afbøjningsspejl) til en passende indstilling.

4 147326

Som vist i fig. 3 er servomotoren 24's udgangssignal (der bestemmer retningen af den optiske akse 104a) i det væsentlige styret af en tilbagekoblingssløjfe, der gør det muligt for operatøren at gribe ind. Udgangssignalet af et første summationsorgan 10 (der angiver sideretningen af målet i forhold til affutagen) tilføres således til et andet summationsorgan 12, hvis udgangssignal svarer til forskellen mellem udgangssignalet af summationsorganet 10 (der angiver den ønskede optiske aksiale stilling for de først opnåede relationer mellem affugtage og mål) og udgangssignalet af spejlservo-motoren 24 (den øjeblikkelige indstilling af aksen). En forskel imellem de to indgangssignaler til det første summationsorgan 10 observeres af operatøren, der konstaterer, at målet ikke længere er centreret i trådkorset og derfor betjener kontrolenheden 105 til at aktivere servomotoren i en retning til eliminering af forskellen.

Apparatet 55 anvendes til at afgive et signal til summationsorganet 57, hvis udgangssignal repræsenterer omdrejningshastigheden af affutagen (servomotor 22, spejl-servomotor 24 og platformbevægelse). Apparatet 55 indeholder eventuelt blot en simpel inertispejlhastighedsgyro, og udgangssignalet af gyroen tilføres til summationsorganet 57 i en vis forstand modsat udgangssignalet fra summationsorganet 53.

Formålet med hastighedsgyroen 55 vil fremgå af en ligevægtsanalyse i tilfælde af at et flyvende mål flyver i en cirkel omkring pjecestillingen, i en sådan ligevægtsstilling bliver den optiske akse 104a låst til målet og drejet med en vis konstant vinkelhastighed. På tilsvarende måde bliver affutageservoen 22 låst til den "fremtidige" målposition 147326 5 og drejet med en tilsvarende hastighed, men med en passende forvinkel, der afhænger af afstanden til målet og målets hastighed. Da det optiske sigte fastholdes til at kunne dreje sammen med pjecen kræves der i dette ligevægts tilfælde ingen yderligere drejning af spejlservomotoren. Gy-roen 55 anvendes således til at udbalancere signaler tilført til summationsorganet '57 ved hjælp af summationsorganet 53 fra en målhastighedsforudsigende udgang 70 af datamaten 68, der ellers ville give anledning til spejldrejning. Endvidere vil det ud fra en sådan ligevægtsanalyse være en fordel, hvis den krævede affutage 102's drejningshastighed Θ tilføres til servomotoren 22 via datamaten 68 (sammen med forvinkelsignalet).

Det er selvsagt ønskeligt, at den sporfølgende radarantenne 106's sideretning i den betragtede Θ-retning ligger på linie med den optiske akse 104a, således at det flyvende mål centreres i den efterfølgende radarstråle. Til dette formål er antenneservomotoren 25 forbundet med spejlservomotoren 24's indstillingsudgangssignal og styret deraf. Antenneservomotoren 25 medregner et yderligere højdesignal til drift i lav højde, hvilket vil blive forklaret i det følgende»

Datamaten 68 udfører flere funktioner. Eksempelvis anvender datamaten den ovenfor betragtede flyvende mål-ballistiske projektilmodel, i forbindelse med programmelrutiner 72, 67 til bestemmelse af den hensigtsmæssige affyringsforvinkel 114. Datamaten 68 udleder også af den målforudsigende • · rutine 72, de projekterede målhastigheder Θ og φ. Som vist i fig. 3 påtrykkes udgangssignalet Θ (for beregning af sideretning) summationsorganet 53, medens forvinkelen og Θ-signalerne påtrykkes summationsorganet 62.

Den specielle databehandling til udførelse af de ovennævnte datamatfunktioner illustreres i fig, 4. Retningsvinkelhas- 6 147326 tigheden φ indført fra udgangen af summationsorganet 53 omsættes til digital form af en A/D-omsætter 130 og tilføres som et digitalt indgangssignal til datamaten 68.

Hvis der anvendes et signal for vinkelhastigheden af retningen integreres dette til opnåelse af værdien af Θ. Sideretningen Θ sammen med højdevinklen φ og afstanden til målet R fra radarmotoren 110 tilføres som indgangssignal til en polært-til-kartesisk koordinat-omsætnings-om-former 132. omformeren 132 omsætter de polære koordinater, azimut Θ, højde φ og afstand R til kartesiske koordinater X, Y og Z. Ligningerne for omsætning af polære koordinater til kartesiske koordinater er kendte. Et Kalman-filter 71 anvendes til udglatning og forudsigelse og frembringelse » · · af kartesiske hastighedsvektorer X, Y og Z (ved at måle koordinatændringer over et bestemt tidsinterval).

De kartesiske hastighedskomponenter frembragt i filteret 71 omsættes til polær form i en om.former 134 for frembringelse • · · af de polære hastigheder Θ og φ. Hastigheden Θ tilføres som et azimuthastighedsudgangssignal fra datamaten 68 og overføres som det andet indgangssignal til summationsorganet 53 (fig. 3).

Udgangssignalet fra Kalman-filteret 71 tilføres til den mål-forudsigende rutine 72 og til progranmet 67 for den ballistiske projektilmodel og til en mellemliggende kartesisk-til-polær omformer 135 for ved iteration at frembringe et udgangssignal repræsenterende en passende forvinkel λg og vinkelhastigheden Xg af ændringen mellem pjecen og sigteliniens azimut, der i et summationsorgan 139 sammenlignes med målets vinkelhastighed. Udgangssignalet af summationsorganet 139 tilføres som indgangssignal til summationsorganet 62 - se fig. 3. De enkelte programdele, der er vist i fig. 4, er kendte og kræver ingen nærmere omtale -jf. f.eks. artiklen med titlen "Advance Concepts in Terminal Area Controller Systems", af H. McEvoy og H.C.

7 147326

Rawicz, Proceedings, Aeronautical Technology Symposium;

Moscow, juli 1973, eller LEC Report nr. 23-2057-8600 med titlen "GFCS Mk86 Ballistics Improvement Study", final Report, 31. maj 1973, udarbejdet under Naval Ordinance System Command Contract nr. N00017-67-C-2309.

Idet der vendes tilbage til apparatet i fig. 3 bemærkes, at radarmodtageren 110 afgiver et fejlsignal, som det ene indgangssignal til summationsorganet 52, hvilket signal kan repræsentere enhver afvigelse af målet fra dets centrerede position i forhold til radarantennens retning. Således kan det sammensatte radarapparat 106, 108, 110 omfatte et spor følgende radarapparat, der undersøger, om reflekterede signaler er fordelt symmetrisk i forhold til antennens centrale akse. Hvis antennen er korrekt cen-, treret på luftfartøjet, er sådanne modtagne signalers fordeling i hovedsagen ens i amplitude. Hvis de to retursignalers amplituder ikke er lige store,er dette ensbetydende med at der er en uoverensstemmelse mellem antennen og målet, og der frembringes et signal til at indikere retningen og størrelsen af en sådan ubalance. Dette signal tilføres som det ene indgangssignal til summationsorganet 52.

Med ovennævnte beskrivelse i erindring vil virkemåden af det sammensatte affyringsstyreapparat i fig. 3 nu blive beskrevet. På den ovenfor beskrevne måde, og idet man et øjeblik ser bort fra udgangssignalet fra radarmodtagerdatamaten 110 og det datamatberegnede fremtidige målhastighedssignal, der påtrykkes summationsorganet 53, vil operatøren, når han ser et mål, aktivere kontrolenheden 105, således at sigtet 104a's optiske akse rettes mod den øjeblikkelige stilling af målet på den ovenfor beskrevne måde, dvs. ved hjælp af spejlservomotoren 24.

Medens spejlservomotoren 24 indstiller sigtet 104a's op- δ 147326 tiske akse, vil servomotoren 24's indstillingsudgangssignal sammen med forvinklen og hastighedsudgangssignalet påtrykt af datamaten på summationsorganet 62 tjene som et hastighedsindgangssignal til servomotoren 22, der bevæger affutagen 102. Medens operatøren betjener sin kontrolenhed 105 for at holde sigtelinien 104a på målet, vil den af radaren frembragte afstandsinformation og den af operatøren frembragte information om sideretningens eædringshastig-hed frembringe en passende forvinkelforudsigelse til indstilling af affutagen i forhold til sigtelinien. Stadig med udeladelse af funktionerne af summationsorganerne 52 og 53 fortsætter arrangementet med at fungere på den ovenfor beskrevne måde, ved at operatøren blot anvender sin kontrolenhed til at holde luftfartøjets øjeblikkelige position centreret i trådkorset, idet alle nødvendige justeringer udføres af servomotoren 24. Pjecen indstilles derved automatisk til den rette forvinkel og med den rette vinkeldrejning.

Til hjælp for operatøren tilføres datamatens hastigheds-udgangssignal 70 til summationsorganet 53 og derfra via summationsorganet 57 til servomotoren 24, der er datamatens forudsigelse af hastighedsændringen af målets sideretning. Hvis datamatens forudsigelse er korrekt og apparatet er nøjagtigt indstillet, vil datamatens hastighedsforudsigelse ved ligevægt nøjagtigt udbalanceres af gyroen 54's udgangssignal, således at affutagen drejes med den hastighed, der er nødvendig for at opretholde den nødvendige forvinkel. Sigtelinien 104a holdes således mod målet 112a i det optiske sigtes 104 trådkors uden at kontrolenheden 105 (eller operatøren) af den grund skal medvirke. Under antagelse af præcis drift vil pjecen 100 således automatisk følge sporet uden operatørindgreb. Hvis der udføres en ikke helt præcis sporfølgning, observerer operatøren blot retningen og hastigheden af målet ud af trådkorset og indfører via kontrolenheden 105 et signal, der igen bringer målet 147326 9 i passende sigteregistrering. Ved en sådan operation behøver operatøren et mere langsomt varierende fejlsignal end, hvis han var tvunget til at holde målet i trådkorset fuldstændigt ved egen hjælp. Den automatiske ild-styringsnøjagtighed er derfor forbedret.

På lignende måde tjener indgangssignalet til summationsorganet 52 fra radarmodtagerens datamat 110 til at hjælpe operatøren ved at påtrykke et korrektionssignal for passende bevægelse af servomotoren 24, hvis radaren registrerer, at målet bevæger sig ud fra sin centrale stilling i forhold til antennen 106 på den ovenfor beskrevne måde.

Da antennens servomotor 25 holder antennen 106 på linie med sigtet 104a's optiske akse, vil enhver afvigelse fra antennens centrering også være ensbetydende med en tilsvarende afvigelse fra det optiske sigte 104. Summationsorganerne 52 og 53 tjener således til automatisk indstilling af spejlservoen 24 (og derved også af affutagen via datamaten 68 og servomotoren 22) og forenkler derved operatørens arbejde og muliggør således en pjecestyring uden manuel indgriben, når der først er låst til målet. Operatøren skal derefter blot foretage mindre korrektioner for at tilpasse antenneindstillingen eller den optiske akse for afhjælpning af eventuelle uoverensstemmelser eller utilstrækkelige forudsigelser af luftfartøjets hastighed.

Det skal understreges, at arrangementet i fig. 3 af principielle grunde kun beskæftiger sig med pjecestyring langs én af de to akser. Specielt har diskussionen drejet sig cm sideretningen eller Θ-styrekoordinaten. Som tidligere nævnt anvendes en lignende struktur i forbindelse med højden eller φ-koordinaten. Således vil f.eks. en servo, der arbejder i den vertikale retning indstille sigtets optiske akse ved at bevæge afbøjningsspejlet vertikalt. En servomotor, der kan sammenlignes med servomotoren 22 anvendes

Claims (2)

147326 ίο til at hæve eller sænke pjecen, og en servomotor, der kan sammenlignes med servomotoren 25 anvendes til at hæve eller sænke antennen. I forbindelse med sidstnævnte er det blevet konstateret, at man undertiden er interesseret i at sænke antennen til under et vist minimalt niveau. Eksempelvis er det i tilfælde af anvendelse af antiluftskyts på et skib, uhensigtsmæssigt at sænke radarantennen til et punkt, hvor betydelige vandoverfladereflektioner interfererer med målfrembringelsen og sporfølgningen i tilfælde af et lavtflyvende fjendtligt luftfartøj. For at tage højde for dette omfatter apparatet i fig. 3 en vertikal antennegyro 74, der via en terminal afgiver signaler om antennens vertikale φ højde til datamaten. Når den vertikale højde er lig med den minimale stilling, slår datamaten antennestyringen om til drift ved lav højde og forsyner den vertikale antenneservomotor svarende til motoren 25 med en minimal højdeværdi. Når denne drift ved lav højde indtræder (som signaleret af datamaten 68 på udgangsterminalen) arbejder korrektionskredsløbet 66 på at forebygge den bevidst forårsagede φ-uover-ensstemmelse mellem radarantennens akse og den optiske sigtelinie. Kredsløbet 66 skal blot indeholde en styret omskifter til afbrydelse af forbindelsen mellem elementerne 110 og 52 i tilfælde af, at datamaten 68 ved udgangsterminalen 80, signalerer at der er tale om drift ved lav højde. Patent krav.

1. Apparat til styring af en pjeces projektilbane, hvilket apparat omfatter et optisk sigte (104) med sigteliniebestemmelsesorganer (24), mekaniske/elektroniske indstil-