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Dokumentenidentifikation DE69823167T2 30.06.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000953140
Titel VORRICHTUNG ZUM BESTIMMEN DER RICHTUNG EINES ZIELES IN EINER VORBESTIMMTEN INDEXMARKIERUNG
Anmelder Sofresud, La Seyne sur Mer, FR
Erfinder ALHADEF, Bernard, F-83330 Le Castellet, FR;
PHILIBERT, Guy, F-83500 La Seyne sur Mer, FR
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 80336 München
DE-Aktenzeichen 69823167
Vertragsstaaten BE, DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 19.01.1998
EP-Aktenzeichen 989030804
WO-Anmeldetag 19.01.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/FR98/00086
WO-Veröffentlichungsnummer 0098031985
WO-Veröffentlichungsdatum 23.07.1998
EP-Offenlegungsdatum 03.11.1999
EP date of grant 14.04.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.06.2005
IPC-Hauptklasse G01C 21/16
IPC-Nebenklasse F41G 5/16   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Visier- oder Richtgeräte. Sie hat besonders zum Gegenstand eine Vorrichtung, welche die Richtung eines Ziels in einem im voraus bestimmten Bezugssystem bestimmen kann, und zwar eine Vorrichtung des Typs mit einem Zielmittel und einem Mittel zur Verarbeitung von vom Zielmittel abgegebenen Signalen, wobei dieses Verarbeitungsmittel in der Lage ist, die Richtung zwischen dem Zielmittel und dem Ziel zu bestimmen und sie zu einem Anzeigemittel oder externen Mittel zu übertragen.

Es gibt bereits zahlreiche Vorrichtungen, die geeignet sind, besonders den Höhenwinkel und den Azimut eines Ziels zu bestimmen.

In dieser Hinsicht kann man das Patent EP 5 575 591 erwähnen, welches eine Vorrichtung beschreibt, welche geeignet ist, die Orientierung eines Körpers bezüglich einer Bezugsorientierung zu bestimmen, und eine bewegliche Orientierungseinheit und eine Einheit von Meßfühlern von Bezugsgrößen aufweist, von denen jede eine Gyroskop-Einheit mit drei Achsen aufweist, wobei eine Recheneinheit die Meßwerte der erwähnten Einheiten empfängt und eine Ausgangseinheit vorgesehen ist.

Jedoch erfordert ein großer Teil dieser Vorrichtungen eine erhebliche Logistik. Unter bestimmten Umständen kann es aber notwendig oder sogar lebensnotwendig sein, eine leichte und handhabbare Vorrichtung zu verwenden, die von einem einzelnen Benutzer bedient werden kann.

Solche Vorrichtungen existieren und benutzen Meßfühler für das Magnetfeld.

Von diesen Vorrichtungen sind Ferngläser, die unter der Marke LEICA vertrieben werden, geeignet, den Höhenwinkel und den Azimut eines Ziels zu bestimmen und sind vollbefriedigend, wenn sie in freier Umgebung benutzt werden. Dagegen ist ihre Verwendung nicht möglich in einer Umgebung, welche magnetische Störungen aufweist.

Andere Vorrichtungen sehen vor, elektrostatische Felder, nämlich elektromagnetische Felder zu analysieren und durch Aufnahme ihrer Kartographie die Position und Richtung eines Ziels zu bestimmen.

Diese Vorrichtungen arbeiten befriedigend in vollkommen bekannten Umgebungen von kleinen Abmessungen. Sie sind jedoch schwer einzusetzen und vertragen keine Veränderung der elektrischen Umgebung.

Bekannt ist das Patent US 4 012 989, das einen Helikopter beschreibt, der eine Vorrichtung zur Bestimmung der Richtung eines Ziels aufweist, um ein bewegliches Waffensystem zu dirigieren. Die Vorrichtung zur Bestimmung der Richtung eines Ziels weist ein bewegliches Visierelement mit zwei integrierten Trägheitsgyroskopen, fest mit dem Helikopter verbundene, mit zwei Gyroskopen ausgestattete Nachstellmittel und Mittel zur Regelung der Richtung der Waffe in Abhängigkeit von den von den Gyroskopen gelieferten Informationen auf. Das Nachstellmittel dient dazu, die vier Gyroskope in einer ersten Bezugsposition zu blockieren, um einen Bezugswert zu definieren. Wenn das Visiermittel vom Nachstellmittel freigesetzt ist, sind die vier Gyroskope freigesetzt. Das mit dem Nachstellmittel integrierte Paar von Gyroskopen dreht sich dann in Abhängigkeit von den Bewegungen des Helikopters. Das Paar von mit dem Zielelement integrierten Gyroskopen dreht sich in Abhängigkeit von den Bewegungen des Helikopters und den Bewegungen des das Zielelement bedienenden Schützen. Die Waffe wird in Echtzeit in Richtung des Ziels in Abhängigkeit von der Differenz der Drehung zwischen den zwei Paaren von Gyroskopen dirigiert.

Diese Vorrichtung weist zahlreiche Nachteile auf. So muß der Schütze das Zielmittel dauernd in Richtung auf das Ziel halten und zwar bis zum Abschießen des Waffensystems, was die Schießkapazitäten begrenzt und den Helikopter verwundbar macht im Fall, daß mehrere Ziele vorhanden sind. Wegen der Vibrationen des Helikopters und der unkontrollierten Handgriffbewegungen liefern die zwei Gyroskope des Zielmittels dem Verarbeitungsmittel Folgen von Veränderungen der Signale, was eine Akkumulierung von Meßfehlern zur Folge hat, was die Präzision der Bestimmung der Richtung des Ziels beeinträchtigt. An Bord eines Schiffes ist im Fall eines stürmischen Meeres und damit starker Stampf- und Rollbewegungen die Ausrichtung des Waffensystems in Richtung des Ziels mit einer solchen Vorrichtung praktisch unmöglich.

Es ist eines der Ziele der Erfindung, eine leichte und handhabbare Vorrichtung vorzuschlagen, welche genau und rasch den Höhenwinkel und den Azimut eines Ziels bestimmen kann und in jeder Art von Umgebung verwendbar ist.

Als Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, welche die Richtung eines Ziels in einem vorbestimmten Bezugssystem bestimmen kann und von dem Typ ist, der Zielmittel mit einem Zielelement und Steuermittel sowie Mittel zum Nachstellen dieser Zielmittel und Mittel zur Verarbeitung von von den Zielmitteln abgegebenen Signalen aufweist, wobei diese Verarbeitungsmittel geeignet sind, die Richtung zwischen den Zielmitteln und dem Ziel zu bestimmen und sie zu Anzeigemitteln oder externen Mitteln zu übertragen, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zielmittel außerdem gemäß drei zueinander im wesentlichen senkrechten Achsen drei Gyrometer aufweisen und die Steuermittel die Übermittlung der für die Richtung zwischen den Zielmitteln und dem Ziel repräsentativen Werte zu den Anzeigemitteln oder den externen Mitteln steuern.

Gemäß einem besonders vorteilhaften Merkmal weist die Vorrichtung drei optische Gyrometer, beispielsweise mit Lichtleitfaser auf.

Gemäß einem Merkmal, welches die Gefahr der Beschädigung dieser Gyroskope begrenzt, ist nur ihre Spule an den Zielmitteln positioniert.

Gemäß einem besonderen Merkmal, das eine genaue Positionierung der Zielmittel in den Nachstellmitteln ermöglicht, weisen die Zielmittel Elemente auf, die mit Elementen der Nachstellmittel zusammenwirken können.

Gemäß einem zusätzlichen Merkmal bestehen die ersten Elemente aus drei Plättchen, von denen das eine konisch gelocht ist, das zweite eine Ebene aufweist, während die anderen Elemente aus konischen Keilen bestehen.

Gemäß einem Merkmal weisen die Verarbeitungsmittel eine Stromquelle zur elektrischen Versorgung und Mittel zur Berechnung und Verarbeitung von Information auf, die eine mehrere Funktionen realisierende Software benutzen.

Gemäß einem besonderen Merkmal verwirklicht die Software drei Hauptfunktionen:

  • – die Funktion der Angabe des Ziels, welche die Aufnahme der Daten des Zielinstruments und deren Behandlung besorgt, um den Höhenwinkel und den gewünschten Azimut zu erhalten,
  • – die Übertragungsfunktion, welche die Azimut/Höhenwinkeldaten zur Anzeige an die Anzeigemittel und/oder ein Waffensystem liefert,
  • – die Nachstellfunktion, welche es ermöglicht, regelmäßig die durch die Verwendung von Gyrometern verursachte Drift des Zielinstruments zu korrigieren.

Gemäß einem besonderen Merkmal realisiert die Software außerdem eine Funktion der sichtbaren Anzeige des Betriebszustands der erfindungsgemäßen Elemente.

Es ist auch bekannt, daß die von Gyroskopen abgegebenen Werte besonders im Verlauf der Zeit und der Temperatur driften und daß ihre statische und dynamische Kalibrierung notwendig ist.

Die Patente EP 717 264 und EP 496 172 beschreiben Verfahren zur Korrektur von geometrischer Drift sowie Mittel zu deren Durchführung.

Das erste betrifft die Korrektur von gyrometrischen Drifts an einem Luftfahrzeug und das zweite an einem Fahrzeug. In beiden Fällen erfolgt die gyroskopische Kalibrierung, wenn das Luftfahrzeug oder Fahrzeug stillsteht.

Um jedoch eine gute Präzision zu erhalten, ist es erforderlich, die gyroskopische Drift zu jedem Zeitpunkt und nicht nur in Ruhestellung zu kompensieren.

Es ist auch bekannt, daß eine komplexe Modellierung der Trajektorie der gyroskopischen Daten notwendig ist, um gute Integrationsergebnisse zu erhalten. Zu diesem Zweck werden leistungsfähige und voluminöse und daher nicht transportable Signalverarbeitungsmittel verwendet.

Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verarbeitung von von Gyroskopen gelieferten Signalen vorzuschlagen, das gute Ergebnisse liefert und keine besonders leistungsfähigen Signalverarbeitungsmittel erfordert.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Integration von gyroskopischen Daten anzugeben, das darin besteht, ausgehend von den zwischen einer Zeit t0 und einer Zeit t1 erhaltenen gyroskopischen Werten, erste Berechnungen mit einer komplexen Modellierung durchzuführen, die unter Berücksichtigung der Verarbeitungskapazität der Verarbeitungsmittel nicht in Echtzeit arbeiten kann, jedoch genaue Ergebnisse liefern, und dann ausgehend von den zwischen der Zeit t1 und einer Zeit t2 erhaltenen gyroskopischen Werten zweite Berechnungen mit einer vereinfachten und in Echtzeit durchführbaren Modellierung durchzuführen.

Gemäß einem andern Merkmal weist die Software außerdem eine Funktion für die Korrektur der Drift der Gyrometer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nachstellungen auf.

Gemäß einem zusätzlichen Merkmal weisen die Zielmittel einen Temperatursensor auf.

Die Erfindung wird mit weiteren Vorteilen und Eigenschaften erläutert durch die folgende Beschreibung einer besonderen Ausführungsform im Rahmen einer Anwendung an Bord eines Schiffes und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, worin:

1 zeigt ein Schema der allgemeinen Mittel der Erfindung;

2 zeigt erfindungsgemäße Zielmittel;

3 zeigt erfindungsgemäße Nachstellmittel.

Die in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Mittel umfassen Zielmittel 10, Nachstellmittel 20, Signalverarbeitungsmittel 30, Anzeigemittel 40, externe Mittel 50, 60.

Wie 2 zeigt weisen die Zielmittel 10 Mittel 11 in Form einer Pistole auf. Der Lauf 12 derselben ist ein Präzisionsträger aus leichtem Material, beispielsweise maschinell bearbeitetem Aluminium, auf dem einerseits ein Zielelement 13 und andererseits gemäß drei im wesentlichen zueinander senkrechten Achsen drei optische Gyroskope 141, 142, 143 positioniert sind. Vorzugsweise sind diese Gyroskope Lichtleitfaser-Gyrometer. Sie ermöglichen Messungen mit hoher Genauigkeit, zeigen eine geringe Drift, ertragen rasche Bewegungen und können in jeder Umgebung benutzt werden.

Diese Gyrometer liefern die Drehgeschwindigkeit um ihre Achse und ermöglichen durch schrittweise Integration im Verlauf der Zeit die Bestimmung der Position der Mittel 11.

Das Zielelement 13 besteht aus einer Visiervorrichtung der Marke C-More, die ein Fadenkreuz ins Unendliche projiziert, wodurch ohne Parallaxen-Fehler visiert werden kann.

Auf der rechten Wange der Pistole sind drei abnehmbare Plättchen aus Stahl angeordnet, die zur Positionierung der Pistole in den Nachstellmitteln dienen. Das erste am Kopfende (Mündung) der Kanone angeordnete Plättchen 151 ist mit einer kegelförmigen Höhlung ausgebildet; das zweite 152 befindet sich oberhalb des Knaufs (der Traverse) und weist eine Nut auf; das dritte 153 ist unten am Knauf angeordnet und weist eine Ebene auf.

In die Pistole sind Öffnungen eingearbeitet, um dort die elektrische Systeme und die drei Meß-Gyrometer unterzubringen. Die Ebenen, auf denen sie sich abstützen und welche ihre Drehachse bestimmen, sind maschinell bearbeitet, so daß ihre perfekte senkrechte Ausrichtung gewährleistet ist.

Diese Zielmittel weisen außerdem Mittel zur Steuerung der Übertragung auf, die aus einem Schalter 16 bestehen, der die Form eines Abzugshebels der Pistole hat.

Die in 3 gezeigten Nachstellmittel 20 sind am Schiff befestigt und bestehen aus einem Schiff in Form eines quaderförmigen Kastens 21 mit einem um eine Achse 23 schwenkbaren Deckel 22. Dieser Kasten umschließt eine Aufnahme 24, welche der Form der Visiermittel 10 angepaßt ist. Die Innenfläche der Seite 22 weist drei feste konische Keile 251, 252, 253 auf, die so angeordnet sind, daß jeder von ihnen mit einer der drei an den Visiermitteln befestigten abnehmbaren Plättchen zusammenwirkt, um eine sehr genaue Positionierung der letzteren in den Nachstellmitteln zu gewährleisten, wobei die Präzision von der Größenordnung von Hundertstel Grad oder sogar besser sein kann.

Diese Nachstellmittel weisen außerdem einen Schalter 26 auf, der anzeigt, ob die Visiermittel 10 im Kasten 21 vorhanden sind oder nicht.

Die Verarbeitungsmittel 30 sind tragbar und weisen eine stabilisierte Stromquelle und Mittel zur Berechnung und Verarbeitung von Informationen auf, welche eine mehrere Funktionen erfüllende Software benutzen.

Die externen Mittel weisen einerseits Mittel 50 zur Messung der Schiffsbewegung (Kurs, Schlingern, Stampfen), im vorliegenden Fall eine Navigationszentrale, und deren Breitengrad auf der Erdoberfläche auf. In diesem Ausführungsbeispiel werden diese Informationen durch die Navigationsmittel des Schiffs den erfindungsgemäßen Mitteln in Form von Daten übermittelt, die von den Rechenmittel direkt nutzbar sind, wobei eine Transferfunktion eingesetzt wird, um die Positionierung der Navigationszentrale bezüglich der Nachstellmittel zu berücksichtigen.

Sie umfassen andererseits ein System von Waffen 60, deren Zielen gesteuert wird ausgehend von Höhenwinkel- und Azimutdaten, die von den erfindungsgemäßen Mitteln bestimmt sind, und Daten, die zum Waffensystem selbst und zu seiner Aufstellung auf dem Schiff gehören.

Im Rahmen der Erfindung genügt es, um das Ziel und damit die Richtung Visiervorrichtung-Ziel zu bestimmen, die Lage des Visierinstruments zu bestimmen.

Diese Lage kann in verschiedenen Bezugssystemen ausgedrückt werden, entsprechend den Anforderungen des Systems, welches die Visierinformation umsetzt.

Es kann sich besonders um ein absolutes Bezugssystem handeln, dessen Achsen der geographische Osten, der geographische Norden und die Senkrechte des Orts sind, oder um ein mit dem Schiff verbundenes Bezugssystem.

Die Berechnung der Lage setzt sich auf folgende Weise zusammen.

Wenn die Visiermittel 10 im Nachstellhalter 20 positioniert sind, ist ihre Position vollkommen bekannt in einem absoluten Bezugssystem, das einerseits die Position des Nachstellhalters auf dem Schiff kennt (6 Freiheitsgrade) und andererseits die Position des Schiffes in dem mit seinem Ruhepunkt (Kurs, Rollen, Stampfen und Breite) verbundenen geographischen Bezugssystem. Diese Informationen werden durch die Navigationszentrale des Schiffes an die Verarbeitungsmittel 30 übertragen.

Der Befehl der Freigabe der Visiermittel in ihrem Nachstellhalter 20 löst die Integration der drei Inkrementwinkel aus, gemäß jeder der drei mit den Visiermitteln 10 verbundenen Achsen.

Diese Integration erfolgt in einem galileischen Bezugssystem, das mit dem Nachstellhalter 20 verbunden ist, in der Position, wo er sich zum Zeitpunkt der Herausnahme der Visiermittel 10 befand. Die Lage der Vorrichtung ist daher zu jedem Zeitpunkt mit Bezug auf dieses galileische Bezugssystem bekannt.

Jedoch muß der Ausdruck dieser Lage der Visiermittel konform sein mit den Bedürfnissen der externen Mittel 60.

In dieser Ausführungsform erfordert diese Herstellung der Konformität zwei Stufen. Die erste Stufe besteht darin, die Lage der Visiermittel in einem auf dem Nachstellhalter 20 zentrierten geographischen Bezugssystem zum Zeitpunkt der Informationsverwendung zu berechnen. Diese Berechnung berücksichtigt die Erddrehung und die seit dem letzten Nachstellen verlaufene Zeit.

Die zweite Stufe besteht darin, die Lage im Anwendungs-Bezugssystem, im vorliegenden Fall dem Bezugssystem des Waffensystems auszudrücken.

Dieses Bezugssystem kann sich in einer Entfernung von mehreren Dutzend Metern vom Nachstellhalter befinden und aus diesem Grund kann der Parallaxenfehler nicht zu vernachlässigen sein, besonders wenn die anvisierten Objekte nahe sind, wobei diese Objekte Schwimmer oder leichte Boote sein können.

In Kenntnis der Einsatzbedingungen trennt man das Visierfeld in zwei Bereiche. Einerseits betrachtet man den Bereich von positiven (oder schwach negativen) Höhenwinkeln, welche keine schwimmenden Ziele sein können. Für diese Ziele wird eine Pauschalentfernung von etwa 4000 Metern verwendet, um die Parallaxe zu korrigieren. Andererseits betrachtet man den Bereich von negativen Höhenwinkeln, von denen angenommen wird, daß sie schwimmende Ziele sind. In Kenntnis der Höhe der Vorrichtung mit Bezug auf das Meer und in Kenntnis des von der Vorrichtung gemessenen Visier-Höhenwinkels ermöglicht eine einfache trigonometrische Berechnung die Abschätzung der Entfernung des Ziels, und es ist diese Entfernung, die als Basis für die Berechnung der Parallaxe dient.

Im übrigen kann es vorkommen, daß die Bewegungen des Visierens in Folge von Zitterbewegungen der Bedienungsperson in einer zugleich streßerzeugenden und durch die Bewegungen des Schiffs gestörten Umgebung ein Rauschen in der Visierinformation erzeugen, das die Auswertung erschwert oder sogar unmöglich macht.

Um diesen Nachteil zu beheben, ist eine Software mit Rauschfilterungsfunktion der Daten integriert, um das Ausgangssignal zu stabilisieren. Diese Filterung kann vom Typ Tiefpaß oder ein Filter vom Typ KALMANN sein, um die Entwicklungen der Ziele in einem gegebenen Rahmen ohne Schleppe zu berücksichtigen.

Die Bewegung kann ziemlich schnell sein, und die vom Meßsystem gemessenen Inkrementwinkel können ziemlich groß sein, wobei eine angemessene Modellierung es ermöglicht, sich wieder in die vorangehenden Bedingungen zu bringen.

Die Anfangslage wird mechanisch bestimmt. Vor jeder Zielbestimmung ruht das Visierinstrument in den Nachstellvorrichtungen, damit seine Position bekannt und reproduzierbar ist. Die Präzision dieser Position wird durch drei feste Positionierungskeile 251, 252, 253 in diesem Halter erhalten, die sich nacheinander in eine der Plättchen eindrücken, die an den Visiervorrichtungen angeordnet sind. Die sechs Freiheitsgrade sind so mit großer Präzision bestimmt und die Anfangslage des Visierinstruments ist vollkommen bekannt.

Es sei bemerkt, daß die Positionierung der Visiervorrichtungen in den Nachstellvorrichtungen in zwei Stufen erfolgt. Die erste Stufe besteht darin, die Visiervorrichtungen in der Aufnahme 24 zu positionieren: Sie bildet eine Positionierung, die man als grob bezeichnen kann, während die zweite Stufe darin besteht, die Visiermittel nacheinander durch Einschieben eines der drei Keile in eines der drei Plättchen zu positionieren: die Positionierung wird so mit fast Hundertstel Grad erhalten. Unter Berücksichtigung der Position der Keile 251, 252, 253 am Deckel 22 folgt die genaue Positionierung der Visiermittel automatisch, wenn der Deckel 22 des Gehäuses 21 geschlossen wird.

Die von den Verarbeitungsmitteln 30 eingesetzte Software dient dazu, die vom Visierinstrument gelieferten Rohdaten zu verarbeiten, wobei die Vorrichtung dem Benutzer der erfindungsgemäßen Mittel ermöglicht, durch Anvisieren eines Ziels seinen Höhenwinkel und Azimut zu bestimmen.

Diese Software erfüllt die vier folgenden Funktionen:

  • – die Funktion der Ansprache des Ziels, welche die Daten des Visierinstruments erfaßt und sie verarbeitet, um den gewünschten Höhenwinkel und Azimut zu erhalten,
  • – die Funktion der Übermittlung, welche die Azimut-Höhenwinkel-Daten zur Anzeige an den Anzeigemitteln und/oder zur Steuerung des Waffensystems 60 übermittelt,
  • – die Nachstellfunktion, welche das regelmäßige Korrigieren der durch die Verwendung von Gyrometern verursachten Drift des Visierinstruments ermöglicht,
  • – die Funktion der Sichtbarmachung des Betriebszustands der erfindungsgemäßen Elemente.

Die Funktion der Zielansprache findet dauernd statt, wenn sich das Visierinstrument im Betriebszustand, d. h. außerhalb des Nachstellhalters befindet. Es ist erforderlich, daß die Verarbeitungszeit der gyroskopischen Daten minimal ist, beispielsweise in der Größenordnung von einigen Millisekunden, damit das Maximum der von den Gyrometern gelieferten Daten verarbeitet werden kann und so die Entwicklung der Winkelinkremente und der daraus abgeleiteten Winkel besser verfolgt wird, um den Fehler im Verlauf der Verarbeitung zu begrenzen. In Abhängigkeit von der Größe der von den Gyrometern gelieferten Winkelinkremente wird eine Modellierung vorgenommen, um sich soweit wie möglich von den Grenzen der Vertauschbarkeit von Drehungen im Raum zu befreien.

Die für diese Funktion erforderlichen Eingangswerte sind die folgenden:

  • – die von den Gyrometern gelieferten Winkelinkremente: dqx(t), dqy(t), dqz(t),
  • – u, v, w: Vektoren der Position des Visierinstruments zum Zeitpunkt t-dl im absoluten Bezugssystem des Nachstellhalters zum Zeitpunkt t0 (Zeitpunkt der letzten Nachstellung).

Die Ausgangswerte sind:

  • – u, v, w: Vektoren der Position des Visierinstruments zum Zeitpunkt t im absoluten Bezugssystem des Nachstellhalters bei t0,
  • – Höhenwinkel S und Azimut A im absoluten Referenz-System bei t.

Die Integration der gyrometrischen Daten erfolgt im absoluten Bezugssystem des Nachstellhalters bei t0. Zum Zeitpunkt des Visierens und des Drucks auf den Abzug beendet man die Verarbeitung, indem man die Erddrehung berücksichtigt, die außerdem vom Beginn der Verarbeitung an von den Gyrometern gemessen wurde. Dazu versetzt man sich in das absolute Bezugssystem des Nachstellhalters bei t, dem Augenblick des Visierens, und leitet daraus den absoluten Höhenwinkel und Azimut des Visierinstruments mit Bezug auf das Schiff ab.

Die Korrektur der gyrometrischen Daten wird wie folgt vorgenommen:

die drei Gyrometer liefern: Sdqx(t), Sdqy(t), Sdqz(t).

Man berechnet leicht dqx(t), dqy(t), dqz(t): dqx(t) = Sdqx(t) – Sdqx(t-dt).

Das gleiche gilt für dqy(t) und dqz(t).

Nach den in bekannter Weise auf diesem Niveau vorgenommenen mehrfachen Korrekturen, wie die Kompensation der Drift der Gyrometer in Abhängigkeit von der Zeit, der Temperatur, Rauschfilterung ... werden die gewonnenen Daten: dqu(t), dqv(t), dqw(t) nach der oben beschriebenen Methode integriert.

Die Übertragungsfunktion ist sehr einfach, da sie darin besteht, die im absoluten Bezugssystem des Schiffs berechneten Werte von Höhenwinkel und Azimut zum Zeitpunkt t einem Speicher und dem Waffensystem und/oder den Anzeigemitteln zur Anzeige zuzuleiten.

Diese Funktion wird ausgelöst, indem der Schalter 16 aus der Offenstellung in die geschlossene Stellung gelangt. Sie wird begleitet von der Aussendung eines Ton- und/oder Lichtsignals und der Anzeige einer positiven Information an den Mitteln der Sichtbarmachung.

Wenn der Schalter geschlossen ist, findet eine automatische Nachstellung periodisch statt, und die Drifts der Gyrometer werden sowohl in der Zeit wie in der Temperatur analysiert. Wenn sich der Schalter im Verlauf der Verarbeitung öffnet, wird die laufende Nachstellung annulliert, und die Werte der vorangehenden Nachstellung werden berücksichtigt.

Die Eingangswerte sind:

  • – die Position des Schalters 24,
  • – die von externen Mitteln 50 gelieferten Werte,
  • – die Position des Visierinstruments (U0, V0, W0) im Bezugssystem bezogen auf den Träger, wenn das Visierinstrument sich im Nachstellhalter befindet: k, r, t (Kurs, Rollen, Stampfen des Visierinstruments bezogen auf den Träger, die bei der Kalibrierung des Halters bestimmt wurden).

Die Ausgangswerte sind: t0, u0, v0, w0, die Vektoren der Position des Visierinstruments bei t0 sowie Du.

Die Verarbeitung der Eingangsdaten wird wie folgt vorgenommen: die Werte von Kurs K, Rollen Rr und Stampfen Ta des Trägers werden festgestellt.

Bei der Initialisierung der Software gibt man als Parameter die Position des Nachstellhalters mit Bezug auf den Träger ein. Man kennt im übrigen die Position des Visierinstruments in seinem Nachstellhalter (ur, vr, wr). Dadurch kann die Position des Visierinstruments in dem auf den Träger bezogenen Bezugssystem bestimmt werden, wenn es sich in seinem Nachstellhalter befindet.

Die Berechnungen bei der Verarbeitung erfolgen im absoluten Bezugssystem des Trägers (und des Nachstellhalters) bei t0, dem Zeitpunkt der letzten Nachstellung. Die Nachstellung dient also dazu, die neuen Anfangsvektoren des Integrals im absoluten Bezugssystem des Nachstellhalters bei t0 zu bestimmen.

Um einen für die Drift der Gyrometer im Verlauf der letzten Betriebsphase repräsentativen Wert anzuzeigen, muß man im absoluten Bezugssystem des Nachstellhalters bei t01, dem Zeitpunkt, wo man das Visierinstrument in seinen Halter gelegt hat, den Vektor v kennen, der nach Verarbeitung der gyrometrischen Daten berechnet wurde, und v0, den Bezugsvektor, der ausgehend von der Navigation des Schiffs bestimmt wird.

Man führt die folgende Berechnung durch, um die Drift zu bestimmen.

Man begibt sich in das absolute Bezugssystem des Nachstellhalters bei t0, dem Zeitpunkt, wo man das Visierinstrument in seinen Halter bringt (t01).

Man berechnet den Höhenwinkel und Azimut mit Hilfe des Visiervektors, der durch die gyrometrischen Messungen und die Integration im Verlauf des Betriebsmodus bestimmt ist.

Man vergleicht diese Werte mit denjenigen, die ausgehend von dem Visiervektor berechnet wurden, der durch die Navigation des Schiffs und die bekannte Position des Visierinstruments, wenn sich dieses in seinem Nachstellhalter befindet, bestimmt ist.

Die Anzeige- oder Sichtbarmachungsfunktion des Zustands des Systems ermöglicht, den Zustand bestimmter Funktion sichtbar zu machen:

  • – Übermittlungen der Gyrometer zum Rechner,
  • – Übermittlungen der von externen Mitteln abgegebenen Werte,
  • – Übermittlung des Abzugs zum Rechner,
  • – Übermittlung des Nachstellfühlers zum Rechner.
sowie bestimmter Werte wie der berechnete Höhenwinkel und Azimut, die Werte von Kurs, Rollen, Stampfen, Breite, sowie der Uhrzeit, der Uhrzeit der letzten Nachstellung, der Dauer des letzten Gebrauchs seit der Nachstellung, der festgestellte Drift ...

Um den Empfang der von den Gyrometern kommenden Information zu testen, muß man alle Dt verifizieren, ob die gyrometrischen Daten richtig zur Verarbeitungseinheit gelangen. Wenn am Ende von 3 Dt keine Information an die Verarbeitungseinheit gelangt ist, wird eine Anomalie entdeckt und die Variable „Übertragung der Gyrometer" gelangt von 1 zu 0.

Zum Überprüfen der Übertragung der von den externen Mitteln abgegebenen Werte wird das gleiche Prinzip verwendet.

Wenn der Abzug gedrückt wird, schließt der Schalter 16 und die Abzugsvariable verändert sich von 0 zu 1 auf dem Bildschirm.

Entsprechend verändert sich beim Schließen des Schalters 26 die Nachstellvariable von 0 zu 1 auf dem Bildschirm.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Mittel erfolgt durch eine Bedienungsperson. Wenn letztere ein Ziel erkennt, entnimmt sie die Visiermittel 10 aus den Nachstellmitteln 20 und richtet dann die Mittel 10 mit Hilfe des Visierelements 13 in Richtung auf das Ziel und drückt auf den Schalter 16, wenn sie nach ihrer Ansicht mit Bezug auf das Ziel richtig positioniert sind. Von da an berechnen die Mittel 30 Höhenwinkel und Azimut des Ziels und übermitteln diese Werte dem Waffensystem, welches die Orientierung der Waffe in Abhängigkeit von diesen Werten und den Veränderungen der Lage des Schiffs ausgehend von dieser Übermittlung der Werte steuert, wobei diese Veränderungen, wie oben erwähnt, von den Mitteln 50 bestimmt werden.

Unmittelbar nach der Übertragung kann der Schütze ein anderes Ziel anvisieren und auf den Schalter 16 drücken. Die Mittel 30 berechnen dann den Höhenwinkel und Azimut des neuen Ziels und übermitteln diese Werte dem Waffensystem, welches die Werte speichert und die Waffe unmittelbar nach dem Schuß in Richtung des ersten Ziels auf dieses neue Ziel richten kann.

So kann der Schütze nacheinander mehrere Ziele in geringstem zeitlichen Abstand anvisieren, ohne daß er das Ende der Schußfolge der Waffe abwarten muß, was die Gesamtzeit optimiert, die für die entsprechenden Schüsse erforderlich ist, und damit die Verwundbarkeit des Schiffes verringert.

Es ermöglicht auch dem Schützen ein Ziel zu revidieren, falls das Geschoß der Waffe nicht getroffen hat, und zwar während das Waffensystem auf ein anderes Ziel gerichtet ist.

Außerdem kann der Schütze nach dem Erkennen des oder der verschiedenen Ziele zusätzliche Aufgaben erfüllen oder seinen Platz verändern, ohne daß das Waffensystem auf seine Bewegungen reagiert.

Die Erfassung der Gyrometer erfolgt mit einem Schritt Dt zwischen 5 ms und 100 ms. Diese Werte werden integriert und es ist bekannt, diese Integration zu modellieren, um genaue Ergebnisse zu erhalten. Jedoch ist es mit tragbaren Rechnermittel nicht möglich, die Berechnungen in Echtzeit durchzuführen. Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, dieses Problem zu beheben, indem ein Integrationsverfahren vorgeschlagen wird, das darin besteht, nacheinander ausgehend von gyroskopischen Werten, die zwischen den Zeiten t0 und t1 erhalten wurden, erste Berechnungen mit einer komplexen Modellierung durchzuführen, die nicht in Echtzeit arbeiten kann, jedoch genaue Ergebnisse liefert und dann ausgehend von den zwischen den Zeiten t1 und t2 erhaltenen gyroskopischen Werten zweite Berechnungen mit einer vereinfachten Modellierung vorzunehmen, die in Echtzeit durchgeführt werden kann.

Diese Folge von Stufen hat den Vorteil, daß sie zu Berechnungen von Höhenwinkel und Azimut in Echtzeit mit Bezug auf das Schließen des Schalters 16 führen kann und unter Berücksichtigung dieses Ziels genauere Ergebnisse liefert als die Verwendung allein der komplexen Modellierung oder der vereinfachten Modellierung.

Offensichtlich kann die dargestellte Ausführungsform zahlreiche Abänderungen erfah ren. So kann das Gehäuse 21 durch eine Vorrichtung ersetzt werden, die Betätigungselemente vom beispielsweise elektromechanischen oder pneumatischen Typ aufweist.

Die Visiermittel 10 werden in einen Halter vom Typ Etui gelegt. Auf diese Weise sind sie auf einige Grad genau grob positioniert.

Wenn ihre Anwesenheit detektiert wird, bringt eine pneumatische oder elektromechanische Vorrichtung sie in Anschlag gegen die oben beschriebenen drei Keile.

Durch diese Maßnahme sind sie wegen des Zusammenwirkens der drei Keile mit den drei Plättchen automatisch auf Hundertstel Grad genau positioniert. Die Nachstellung kann nun erfolgen.

Im übrigen können die Visiermittel an einem Helm angebracht sein, wie im Patent US 4,722,601 beschrieben, an einem Band oder an einem Fernglas, und die Software kann einen selbstanpassenden Algorithmus aufweisen, um die Drift der Gyrometer zu berechnen.

Hinsichtlich der Elemente 15, 25 der Positionierung der Visiermittel in den Nachstellmitteln können die drei Plättchen jede einen Schlitz aufweisen, oder die Mittel können auch vier Plättchen aufweisen, von denen zwei einen Schlitz aufweisen, das dritte einen Anschlag aufweist und das vierte eine Ebene bildet.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung, die die Richtung eines Ziels in einem im voraus definierten Bezugssystem bestimmen kann und von dem Typ ist, der Zielmittel (10), die ein Zielorgan (13) und Steuermittel (16) aufweisen, Mittel (20) für die Nachstellung dieser Zielmittel (10) sowie Mittel (30) für die Verarbeitung von von den Zielmitteln (10) ausgegebenen Signalen umfaßt, wobei diese Verarbeitungsmittel (30) die Richtung zwischen den Zielmitteln (10) und dem Ziel bestimmen können und sie an Anzeigemittel (40) oder an externe Mittel (50, 60) übertragen können, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zielmittel (10) längs dreier Achsen, die im Wesentlichen zueinander senkrecht sind, drei Gyrometer (141, 142, 143) sowie Mittel (16) zum Steuern der Übertragung von Werten, die die Richtung zwischen den Zielmitteln und dem Ziel repräsentieren, an die Anzeigemittel (40) oder an die externen Mittel (50, 60) umfassen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung drei optische Gyrometer (141, 142, 143) umfaßt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung drei Lichtleitfaser-Gyrometer (141, 142, 143) umfaßt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Spule jedes der Lichtleitfaser-Gyrometer auf den Zielmitteln (10) positioniert ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielmittel (10) Elemente (15) umfassen, die mit Elementen (25) der Nachstellmittel zusammenarbeiten.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (15) durch drei Plättchen gebildet sind, wovon eines von einem Loch durchbrochen ist, das zweite einen Schlitz aufweist und das dritte eine Ebene bildet.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (15) durch drei Plättchen gebildet sind, die jeweils einen Schlitz aufweisen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (15) durch vier Plättchen gebildet sind, wovon zwei einen Schlitz aufweisen, das dritte eine Kante aufweist und das vierte eine Ebene bildet.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (25) durch konische Keile gebildet sind.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachstellmittel (20) Mittel (24) für die ungefähre Positionierung der Zielmittel sowie Mittel (22) für die genaue Positionierung dieser Mittel umfassen.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (24) durch einen Mantel gebildet sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (22) durch einen Deckel gebildet sind.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (22) durch wenigstens eine Betätigungseinrichtung gebildet sind.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielmittel einen Temperatursensor umfassen.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsmittel (30) eine Stromversorgungsquelle sowie Mittel umfassen, die Informationen berechnen und steuern und Software ausführen, die mehrere Funktionen verwirklicht.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Software insbesondere verwirklicht:

    – eine Funktion für die Angabe von Zielen, die die Erfassung von Daten des Zielinstruments vornimmt und sie verarbeitet, um den gewünschten Höhenwinkel und den gewünschten Azimut zu erhalten,

    – eine Übertragungsfunktion, die die Azimut/Höhenwinkel-Daten für die Anzeige an Anzeigemittel und/oder an ein Waffensystem schickt,

    – eine Nachstellfunktion, die die regelmäßige Korrektur der durch die Verwendung von Gyrometern bedingte Drift des Zielinstruments ermöglicht.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Software außerdem eine Funktion der Anzeige des Betriebszustandes der Elemente der Erfindung verwirklicht.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Software außerdem eine Funktion für die Korrektur der Drift der Gyrometer zwischen zwei aufeinander folgenden Nachstellungen verwirklicht.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Software für die Korrektur der Drift vom selbstanpassenden Typ ist.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Software außerdem eine Rauschfilterungsfunktion verwirklicht.
  21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielmittel (10) ein Zielorgan (13) aufweisen, das durch eine Visiervorrichtung gebildet ist, die ein Fadenkreuz ins Unendliche projiziert.
  22. Verfahren für die Integration gyroskopischer Daten, die von den Zielmitteln der Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 21 ausgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, nacheinander anhand der zwischen einer Zeit t0 und einer Zeit t1 erhaltenen gyroskopischen Werte erste Berechnungen mit einer komplexen Modellierung auszuführen, die wegen der Verarbeitungskapazität der Verarbeitungsmittel nicht in Echtzeit arbeiten kann, aber genaue Ergebnisse liefern, und dann anhand der zwischen dem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt t2 erhaltenen gyroskopischen Werte zweite Berechnungen mit einer vereinfachten Modellierung auszuführen, die in Echtzeit ausgeführt werden kann.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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