NL8001201A - FIREPLANE DEVICE FOR AN AIRPLANE PROTECTION. - Google Patents

Description

10 28.374 ί ί10 28,374 ί ί

ι VHHHWIVHHHWI

Eorte aanduiding: Vuurleidinginrichting voor een vliegtuigafweer- stelsel.Eorte designation: Fire control system for an aircraft defense system.

De uitvinding heeft betrekking op een vuurleidinginrichting voor een vliegtuigafweerstelsel onder toepassing van een digitale rekeninrichting, waaraan door sensoren positie-informatie omtrent vliegende voorwerpen wordt toegevoerd.The invention relates to a fire control device for an aircraft defense system using a digital calculator, to which position information about flying objects is supplied by sensors.

5 In een vuurleidinginrichting voor vliegtuigafweerstelsels is de zogenaamde voorhoudrekeninrichting bijzonder belangrijk. Het probleem bij deze voorhoudrekeninrichting bestaat daarin, dat het wapen zodanig moet worden gericht, dat doel en projectiel op het-zelfde moment dezelfde plaats bereiken. Zoals uit figuur 1 blijkt, 10 aan de hand waarvan de berekening van de trefpunbsvektor wordt weergegeven, moet voor het bepalen van deze trefpuntsvektor r^ be-halve de doelinformatie, die door een sensor wordt geleverd, ook rekening worden gehouden met de ballistiek van het projectiel. Voor het rekenkundig vaststellen van de voorhoud kunnen de volgende twee 15 vergelijkingen worden opgesteld: 1 * + ^DOEB Tf ^1) 2* Tf = fBAL (¾) °f = fBAL ^f^ (2)In a fire control device for aircraft defense systems, the so-called performance calculator is particularly important. The problem with this holding calculator is that the weapon must be aimed in such a way that the target and the projectile reach the same place at the same time. As can be seen from Fig. 1, on the basis of which the calculation of the hit point vector is shown, in order to determine this hit point vector, in addition to the target information supplied by a sensor, the ballistics of the target must also be taken into account. projectile. For the arithmetic determination of the reserve, the following two equations can be drawn: 1 * + ^ DOEB Tf ^ 1) 2 * Tf = fBAL (¾) ° f = fBAL ^ f ^ (2)

In vergelijking 1 betekent = meetpuntsvektor; ^DOEL = ^ο®^11®!*1®^; 20 = vliegtijd van het projectiel (onbekend).In equation 1 = = measuring point vector; ^ PURPOSE = ^ ο® ^ 11®! * 1® ^; 20 = flight time of the projectile (unknown).

Vergelijking 2 stelt een empirisch gemiddelde, niet algebra-' ische functie voor. De oplossing van de vergelijkingen (1) en (2) kan derhalve mathematisch alleen door een iteratierekening geschie-den.Equation 2 represents an empirical mean, not algebraic function. The solution of equations (1) and (2) can therefore be done mathematically only by an iteration account.

25 In de voorhoudrekeninrichting kunnen voor het oplossen van de vergelijkingen 1 en 2 analoge en digitale rekeninrichtingen worden toegepast. Bij toepassing van een analoge rekeninrichting wordt in het algemeen een vergelijkingsschakeling met servostelsel toegepast. Daarbij bootst d£n as van de rekeninrichting de vliegtijd van het 50 projectiel na. Een signaal dat volgens vergelijking 1 wordt verkre-gen uit het verschil van de trefpuntsvektoren drijft deze as zolang aan, tot de juiste vliegtijd van het projectiel en daarmee het juiste trefpunt is vastgesteld.Analog and digital calculators can be used in the equation calculator to solve equations 1 and 2. When an analog computer is used, a comparison circuit with servo system is generally used. Thereby, the axis of the calculator mimics the flight time of the 50 missile. According to equation 1, a signal obtained from the difference of the impact vectors drives this axis until the correct flight time of the projectile and thus the correct impact point is determined.

. , 8001201. , 8001201

Until ♦ > '2f5i0Until ♦> '2f5i0

Bij toepassing van een digitale rekeninrichting vindt de oplos-sing meestal plaats volgens de iteratiemethode. Een moeilijkheid hierbij is echter de noodzakelijk korte rekentijd die ontstaat door de noodzakelijkheid van het zogenaamde real-tijdbedrijf.When using a digital calculator, the solution usually takes place according to the iteration method. However, a difficulty here is the necessarily short calculation time that arises from the necessity of the so-called real-time operation.

5 Door de steeds toenemende eisen die aan vuurleidinginrichtingen worden gesteld knnnen in het algemeen door electromechanische ana-loge rekeninrichtingen geen voldoende aanpassingsvermogen, nauw-keurigheid en betrouwbaarheid worden bereikt.Due to the ever increasing demands placed on fire control devices, in general, due to electromechanical analogue calculators, sufficient adaptability, accuracy and reliability cannot be achieved.

De onderhavige uitvinding beoogt thans voor een vuurleidingin-10 riehting van de in de aanhef genoemde soort een vereenvoudigde be-paling van de voorhoud onder vermijding van de iteratiemethode mo-gelijk te maken. Yolgens de uitvinding wordt dit aldus opgelost, dat voor de bepaling van de voorhoud voor het afweerwapen, uitgaan-de van informatie betreffende een vliegend voorwerp die door de 15 sensor wordt geleverd, de bepaling van een trefpuntsvektor ge- schiedt onder toepassing van een hypothetisch voorafbepaalde tref-tijdstip dat volgt uit de som van de vliegtijd van het projectiel en een wachttijd.The present invention now aims to make possible a simplified determination of the presence for a fire control device of the type mentioned in the opening paragraph, avoiding the iteration method. According to the invention, this is solved in such a way that, for determining the detent for the defense weapon, starting from information concerning a flying object supplied by the sensor, the determination of a target vector takes place using a hypothetical predetermined hit time that follows from the sum of the flight time of the projectile and a wait time.

Door de invoering van een wachttijd t kan een veel tijd in 20 beslagnemende oplossing van het bovengenoemde vergelijkingsstelsel 1 en 2 voor de berekening van de voorhoud met behulp van een digitale rekeninrichting worden omzeild. Voor de bepaling van de voorhoud kan thans een enkele vergelijking worden aangegeven, waarin met tQ het tijdstip van de doelmeting en met t^ het voorafbepaalde 25 trefmoment worden aangegeven.By introducing a waiting time t, a time-consuming solution of the above-mentioned comparison systems 1 and 2 for calculating the content using a digital calculator can be circumvented. A single equation can now be given for determining the content, in which tQ indicates the time of the target measurement and t en indicates the predetermined target moment.

rT(tl) = rM(tO) + ^DOEL (tO) * (t1 " VrT (tl) = rM (tO) + ^ TARGET (tO) * (t1 "V

Deze vergelijking kan direkt worden opgelost, omdat alle grootheden aan de rechterzijde bekend zijn. Hiertoe wordt bij het vangen van een vliegend voorwerp door de metende sensor bij een 50 uit de doelinformatie berekende benaderende projectieltijd een tijd ^ t van zodanige grootte opgeteld, dat de som van de benaderde vliegtijd van het projectiel en At gelijk aan of groter is dan de vliegtijd van het projectiel naar het trefpunt. Met de kennis van de trefpuntsvektor y die in de voorhoudrekeninrichting wordt 55 bepaald, kunnen de wapens worden gepositioneerd en kan de exacte vliegtijd van het projectiel naar het trefpunt en de wachttijd op eenvoudige wijze worden vastgesteld. De oplossing van het eerste schot moet naar de wachttijd t geschieden: = - V - Tf · -Ο) Λ Λ ,i .A fv 4This equation can be solved immediately, because all quantities on the right side are known. To this end, when a flying object is captured by the measuring sensor, an approximate projectile time calculated from the target information shall add a time ^ t of such magnitude that the sum of the approximate flight time of the projectile and At is equal to or greater than the flight time from the projectile to the point of impact. With the knowledge of the target vector y determined in the interpreter 55, the weapons can be positioned and the exact flight time from the projectile to the target and the waiting time can be easily determined. The first shot must be resolved to the waiting time t: = - V - Tf · -Ο) Λ Λ, i .A fv 4

·· ; . 3 t-· -J··; . 3 t -J

v y,;· ··* -Tv y,; · ·· * -T

_ ✓ * --'·* λι*»·*»**^'***»*·^-' -»-rf»i'Wrii r ii> emmets*»***'^ -3- : i_ ✓ * - '· * λι * »· *» ** ^' *** »* · ^ - '-» - rf »i'Wrii r ii> emmets *» ***' ^ -3-: i

Bij alle volgende rekenstappen wordt de telkens in de vooraf-gaande stap berekende exacte vliegtijd van het projectiel als be-naderingswaarde van deze vliegtijd toegepast. Hierdoor kanAt en daarmee de wachttijd t sterk worden gereduceerd.For all subsequent calculation steps the exact flight time of the projectile calculated in the previous step is used as the approximation value of this flight time. As a result, At and thus the waiting time t can be greatly reduced.

5 Be keuze van het treftijdstip moet aan de volgende kriteria voldoen: 1. Be tijd - tQ tussen het treftijdstip en het meettijdstip moet groter zijn dan de vliegtijd van het projectiel tot het trefpunt.5 The choice of hit time must meet the following criteria: 1. The time - tQ between the hit time and the measuring time must be greater than the flight time from the projectile to the point of impact.

10 2. Het tijdverschil tussen twee op elkaar volgende treftijdstippen moet klein zijn; dit betekent dat de afstand tussen twee opel-kaar volgende trefpunten klein wordt .10 2. The time difference between two successive hit times must be small; this means that the distance between two consecutive meeting points becomes small.

Het verschil met de tot nu toe toegepaste voorhoudmethoden ligt daarin, dat geen continue trefpuntsbaan zoals bij analoge rekenin-15 richtingen ( respetievelijk een quasicontinue trefpuntsbaan bij digitale rekeninrichtingen volgens de iteratiemethode) wordt opge-wekt, maar een aftasting van de trefpuntsbaan plaatsvindt.The difference with the retention methods hitherto used lies in that a continuous point of impact path, such as in analog computing devices (or a quasi-continuous point of impact in digital computing devices according to the iteration method, respectively) is not generated, but a scanning of the point of impact path takes place.

Naast het voordeel van de vereenvoudigde voorhoud berekening ontstaat ook een gunstiger regelalgoritme voor de projectielbestu-20 ring:In addition to the advantage of the simplified hold calculation, a more favorable control algorithm for projectile control is also created:

Het resultaat bij een iteratiemethode is de gewenste positie van het projectiel op het momentele tijdstip. Bij de baanaftast-methode wordt volgens de uitvinding de gewenste positie geleverd voor een tijdstip dat nog in de toekomst ligt, zodat principieel 25 een nasturing zonder regelafwijking mogelijk is. Be tijdspeelruimte volgt dan uit het verschil tussen de tijdvoorsprong (t^ - tg) en de vliegtijd van het projectiel (orde van grootte ms).The result of an iteration method is the desired position of the projectile at the current time. In the web scanning method, according to the invention, the desired position is provided for a time that is still in the future, so that in principle a post-control without control deviation is possible. The time latitude then follows from the difference between the time advance (t ^ - tg) and the flight time of the projectile (order of magnitude ms).

Be uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de figuren 2 tot en met 4· JO Piguur 2 toont een vereenvoudigd vektordiagram voor het vast- stellen van de voorhoud bij invoering van een wachttijd;The invention will now be further elucidated with reference to Figures 2 to 4 · JO Pigure 2 shows a simplified vector diagram for determining the stock when a waiting period is introduced;

Biguur 3 toont een schakelschema voor een vuurleidingrekenin-richting die volgens het principe van de wachttijd 35 werkt;Figure 3 shows a circuit diagram for a fire control calculator which operates on the principle of the waiting time 35;

Figuur 4 toont de nabootsing van de trefpuntsbaan samengesteld uit aftastpunten.Figure 4 shows the simulation of the point of impact runway composed of scan points.

Be sensor van een afweerinrichting A (fig. 2), bijvoorbeeld een gepantserd voertuig met een vliegtuigafweerkanon, stelt op het tijd- .The sensor of a defense device A (fig. 2), for example an armored vehicle with an aircraft anti-aircraft gun, sets the time.

8001201 stip de plaats vast van een vliegend voorwerp M. De bijbehoren-de meetpuntsvektor is met r^ aangegeven. Gedurende de vliegtijd van een door de afweerinrichting A afgevuurd schot legt het vlie-gende voorwerp (doel) de weg af en bereikt het op het 5 tijdstip tQ + de doelplaats T. Door de invoering van een wacht-tijd t wordt een treftijdstip T. gegeven, dat met de trefpunts-8001201 mark the location of a flying object M. The associated measuring point vector is indicated by r ^. During the flight time of a shot fired by the defense device A, the flying object (target) travels the road and reaches the target location T at time tQ +. By introducing a waiting time t, a hit time T. given that with the meeting point

W IW I

vektor r^t^) wordt aangegeven.vector r ^ t ^) is indicated.

De principiSle werking van de vuurleidingrekeninrichting voor de bepaling van de voorhoud overeenkomstig het wachttijdprincipe zal aan de hand van figuur 3 nader worden toegelioht. Uitgaande van 10 de door de sensor geleverde doelinformatie r^, r^ op het tijdstip ΐφ wordt een treftijdstipbepaling t^ uitgevoerd. Dit treftijdstip moet zodanig worden gekozen, dat de tijd t^ steeds groter is dan de vliegtijd van het projectiel tot het trefpunt. De doelinformatie van de sensor bereikt de ingang van de vuurleidingrekenin-15 richting in een trap 1 voor de transformatie van de cobrdinaten en daarna voor de berekening van de snelheid en de versnelling, de voorhoudrekeninrichting 2 en een trap 3> waarin nit de doelinformatie een benaderde vliegtijd voor het projectiel wordt bere-kend. In een daaropvolgende trap 4 wordt bij de benaderde vliegtijd 20 Tf0 voor het projectiel ύέη tijd 4t worden opgeteld met zodanige grootte, dat voldaan wordt aan: (Tf0 +£t) = TfThe principle of operation of the fire control calculator for determining the holding according to the waiting time principle will be explained in more detail with reference to Figure 3. Based on the target information r ^, r ^ at the time ΐφ supplied by the sensor, a hit timing t ^ is performed. This hit time must be chosen so that the time t ^ is always greater than the flight time from the projectile to the point of impact. The target information from the sensor reaches the input of the fire control calculator in a stage 1 for the transformation of the coordinates and then for the calculation of the speed and acceleration, the detention calculator 2 and a stage 3 where nit approximated the target information. flight time for the projectile is calculated. In a subsequent stage 4, the approximate flight time 20 Tf0 for the projectile ύέη time 4t is added to a magnitude such that: (Tf0 + £ t) = Tf

Het in de uitgang van de trap 4 verkregen treftijdstip t^ bereikt dan de voorhoudrekeninrichting 2,die overeenkomstig vergelijking 25 (3) de trefpunts vektor r^t^) bepaald.The hit time t ^ obtained in the output of the stage 4 then reaches the holding calculator 2, which determines the point of impact vector (t) according to equation 25 (3).

In de trap 5 wordt vervolgens de afvuurhoek berekend en na een hernieuwde coSrdinatentransformatie in het richttoestel van het wapen doorgegeven. Tegelijkertijd wordt in de trappen 6 en 8 uit de trefpuntsvektor de vliegtijd van het projectiel en de wacht-30 tijd t bepaald.The firing angle is then calculated in stage 5 and transferred to the aiming device of the weapon after a new coordinate transformation. At the same time, the flight time of the projectile and the waiting time t are determined in steps 6 and 8 from the point of impact vector.

In de volgende rekencyclus wordt de in de uitgang van de reken-inrichting 6 voor de vliegtijd van het projectiel verkregen vliegtijd I3?£ als benaderingswaarde gebruikt voor een verbeterde tref-tijdstipsbepaling in de trap 7· Ua omsturing van een schakelaar S 35 ontvangt dan de voorhoudrekeninrichting 2 het treftijdstip van de uitgang van trap 7· Daardoor kan de tijd At, tot circa 0,01 seconde worden gereduceerd.In the next calculation cycle, the flight time I3? £ obtained at the output of the projectile flight time calculating device 6 is used as the approximation value for an improved hit time determination in the stage 7 · Ua. Control of a switch S 35 then receives the interrogation device 2, the hit time of the output of stage 7 · As a result, the time Δt can be reduced to about 0.01 second.

In figuur 4 wordt de werking van de wachttijdmethode voor de 8 0 C 1 2 0 1 -5- ; 1 vaststelling van aftastpunten van een trefpuntsbaan TB weergegeven. Op 4θ tijdstippen ^(2) ··· %et(i) > «*. ov.reenko- men met de baanpunten a, b, c van het vliegtraject F van het doel volgt op afstanden van bijvoorbeeld 20 milliseconde een doelinfor-5 matie invoer aan de voorhoudrekeninrichting. Het tijdstip vanaf de aanvang van de voorhoudrekeninrichting is aangegeven met ^ ^·In Figure 4 the operation of the waiting time method for the 8 0 C 1 2 0 1 -5-; 1 Determination of scanning points of a target path TB is shown. At 4 times ^ (2) ···% et (i)> «*. Coming with the trajectory points a, b, c of the flight path F of the target follows a target information input at the distance calculator at distances of, for example, 20 milliseconds. The time from the start of the disclosure calculator is indicated by ^ ^

Uitgaande van de eerste metingen van het doel op het tijdstip ^Meet(l) wor^ eers-fce trefpunt T^ op het tijdstip be- paald. Be wachttijd is voor dit eerste treftijdstip relatief groot 10 gekozen (circa 0,05 tot 0,5.seconde).Starting from the first measurements of the target at the time ^ Measure (1), the target point T ^ at the time is determined. The waiting time has been chosen relatively large for this first hit time (approximately 0.05 to 0.5 second).

Be tijdlijnen ZL van alle treftijdstippen worden voorgesteld door concentrische cirkelbogen om het baanpunt a bij de aanvang van de voorhoudberekening. Het eerste treftijdstip wor^ zolang aangehouden, tot de wachttijd t^ tot beneden een bepaalde 15 minimumwaarde daalt (bijvoorbeeld 0,05 seconde in figuur 4)·.·0ρ de eerste tijdlijn ZI, die overeenkomt met de trefti jdstippen tot ^rpre;f(f liggen de trefpunten T1 tot Ti. Ondanks het aan-houden van het treftijdstip verandert de afwijking van de trefpunten van het vliegtraject 3? gedurende deze tijd van T^ via Tg tot 20 IL vanwege de voortdurend veranderende ..doelmeetinformatie (bijvoorbeeld binnen kloksignalen die 20 milliseconde uit elkaar liggen).The timelines ZL of all hit times are represented by concentric circular arcs around the orbit point a at the start of the retention calculation. The first hit time is maintained until the waiting time t drops below a certain minimum value (for example, 0.05 second in Figure 4). 0ρ the first timeline Z1, which corresponds to the hit time to ^ rpre; f (f are the points of impact T1 to Ti. In spite of the hitting time being maintained, the deviation of the points of impact of the flight path 3? changes from T ^ through Tg to 20 IL during this time because of the constantly changing ... target measurement information (for example, within clock signals that are 20 milliseconds apart).

Pas na het dalen van de wachttijd t tot onder de minimumwaarde wordt het volgende treftijdstip ‘*'rpref ) uit en een tijddoorschakeling (bijvoorbeeld 0,02 seconde) vastgelegd. Baaruit 25 volgen aftastpunten van de trefpuntsbaan TB op afstanden van bijvoorbeeld 0,02 seconde, waaruit bij een doelsnelheid van 300 m/s trajectafstanden van 6 meter volgen. Be afwijkingen tussen de trefpunten T1 tot Ti van het baantraject F kenmerken het inslingerpro-ces bij de voorhoudberekening. In ingeslingerde toestand is de 30 trefpuntsbaan praktisch identiek aan het vliegtraject van het doel.Only after the waiting time t has fallen below the minimum value is the next hit time "*" rpref) off and a time switching (for example 0.02 seconds) determined. Scanning points of the target path TB follow at distances of, for example, 0.02 seconds, from which trajectory distances of 6 meters follow at a target speed of 300 m / s. The deviations between the points of impact T1 to Ti of the track section F characterize the slinging process in the retention calculation. When swung in, the impact runway is practically identical to the target flight path.

Q n · H A 1Q nH A 1

' ' 1 | KJT B1 | KJT B

•Ί, v * z£E3 -C- **• Ί, v * z £ E3 -C- **

Claims (6)

1. Vuurleidinginrichting voor een vliegafweerstelsel on&er toepassing van een digitale rekeninrichting, waaraan door sensoren positie-informatie van een vliegend voorwerp wordt toegevoerd, met het kenmerk, dat voor de bepaling van de voorhoud 5 voor het afweerwapen, uitgaande van de sensorvanginformatie van een vliegend voorwerp, de bepaling van een trefpuntsvektor r^(t^) onder toepassing van een hypothetisch voorafbepaald treftijdstip (t^) plaatsvindt, die wordt samengesteld uit de som van de vliegtijd (T-) van het projectiel en een wachttijd (t ). X w1. Fire control system for an anti-aircraft system using a digital calculator, to which position information of a flying object is supplied by sensors, characterized in that for determining the detent 5 for the anti-aircraft weapon, based on the sensor capture information of an flying object , the determination of a target vector r ^ (t ^) takes place using a hypothetical predetermined hit time (t ^), which is composed of the sum of the flight time (T-) of the projectile and a waiting time (t). X w 2. Yuurleidinginrichting volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat bij het vangen van een vliegend voorwerp door een sensor bij een uit de doelinformatie berekende benaderde vlieg-tijd (T^q) van het projectiel een tijd (At) met zulke grootte wordt opgeteld, dat de som uit de vliegtijd (T^q) van het projec- 15 tiel en de tijd ( Z^t) gelijk aan of groter is dan de vliegtijd (Tf) van het projectiel naar het trefpunt en dat na bepaling van de trefpuntsvektor (r^, (t^)) in de voorhoudrekeninrichting de vliegtijd (T^) van het projectiel, de wachttijd (t^) en de afvuur-hoek worden bepaald. 20A conduit system according to claim 1, characterized in that, when a flying object is captured by a sensor, an approximate flight time (T ^ q) of the projectile calculated from the target information adds a time (At) of such magnitude that the sum of the flight time (T ^ q) of the projectile and the time (Z ^ t) is equal to or greater than the flight time (Tf) of the projectile to the point of impact and that after determination of the point of impact vector (r ^, (t ^)) in the performance calculator, the flight time (T ^) of the projectile, the waiting time (t ^) and the firing angle are determined. 20 3· Vuurleidinginrichting volgens conclusie 1 of 2,met het kenmerk, dat de vliegtijd (T^) van het projectiel in de vol-gende rekencyclus als benaderingswaarde voor de bepaling van het trefpunt wordt gebruikt.Fire control device according to claim 1 or 2, characterized in that the flight time (T ^) of the projectile in the following calculation cycle is used as the approximate value for determining the point of impact. 4· Vuurleidinginrichting volgens 44n der voorgaande conclusies, 25 met het kenmerk, dat een nabootsing van een trefpunts-baan uit aftastpunten wordt gevormd.4. Fire-control device according to 44n of the preceding claims, characterized in that an imitation of a point of impact path is formed from scanning points. 5. Vuurleidinginrichting volgens ddn der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat aan de wapenbesturing een zodanige voorafinformatie wordt gegeven, dat de gewenste positie en het tijd- 30 stip waarop deze positie meet worden bereikt, vooraf wordt bepaald.5. Fire control device according to the preceding claims, characterized in that the weapon control is given such advance information that the desired position and the time at which this position measures are predetermined. 6. Vuurleidinginrichting volgens 44n der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de vrijgave van het eerste schot door een bedrijfprocesbesturingsinrichting wordt vertraagd met de wachttijd (t^) zodat het vliegend voorwerp en het projectiel op de 35 hypothetisch voorafbepaalde tijd dezelfde plaats bereiken. 8 0 § 1 2 0 1Fire control device according to 44n of the preceding claims, characterized in that the release of the first shot by an operating process controller is delayed by the waiting time (t ^) so that the flying object and the projectile reach the same place at the hypothetically predetermined time. 8 0 § 1 2 0 1