PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19649735A1 06.06.2007
Titel Lenkung für Flugkörper-Systeme mit Ziel-Tracker und zusätzlicher manueller Korrektur des Trackpunktes
Anmelder LFK Lenkflugkörpersysteme GmbH, 81669 München, DE
Erfinder Sturm, Richard, Dipl.-Ing., 85521 Ottobrunn, DE
DE-Anmeldedatum 30.11.1996
DE-Aktenzeichen 19649735
Offenlegungstag 06.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.06.2007
IPC-Hauptklasse F41G 7/20(2006.01)A, F, I, 19961130, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf Lenk-Methoden, bei denen Flugkörper unter Verwendung von automatischen Ziel-Trackern, die zusätzlich von einem Schützen manuell korrigiert werden, über Lenkgesetze geführt werden, bei denen ein wesentlicher Anteil des Lenk-Kommandos aus der Drehgeschwindigkeit der Sichtlinie vom Tracker zum Ziel gebildet wird. Durch den Erfindungsgegenstand wird der Schätzwert der Drehgeschwindigkeit für die Lenkung verbessert.

Bei den Lenkgesetzen der PN-Familie wird der wesentliche Anteil des Lenkkommandos aus der Drehgeschwindigkeit der Sichtlinie zwischen dem Flugkörper (FK) und dem Ziel gebildet. Dazu wird die Drehgeschwindigkeit der Ziel-Sichtlinie von einem Ziel-Suchkopf, der das Ziel automatisch verfolgt, bereitgestellt. Die Gleichung (1) beschreibt dieses bekannte Lenkgesetz für die Lenkung über die FK-Querbeschleunigung in der Gier-Ebene: mit:

aFYK
= Querbeschleunigungs-Kommando an den FK in der Gierebene,
VA
= Annäherungs-Geschwindigkeit zwischen dem FK und dem Ziel,
&Lgr;
= Navigationskonstante,
–(&psgr;F – &psgr;)
= Schwenkwinkel des Zielsuchkopfes gegenüber der FK-Längsachse, sowie
&psgr;.
= Drehgeschwindigkeit der Sichtlinie zwischen dem FK und dem Ziel

Die wichtigste Größe zur Berechnung des Lenkkommandos aFYK ist die Drehgeschwindigkeit &psgr;. . Von ihrer Qualität wird die Trefferleistung des Lenk-Flugkörpers (LFK) wesentlich beeinflußt. Fehlerbehaftete Größen im Term VA·&Lgr;/cos (&psgr;F – &psgr;) haben einen wesentlich geringeren Einfluß auf die Trefferleistung des LFKs. Weitere Terme im Lenkgesetz wie beispielsweise die Kompensation des Einflusses der FK-Längsbeschleunigung sind bekannt und ändern nichts an der Dominanz der Sichtlinien-Drehgeschwindigkeit im Hinblick auf möglichst kleine Treffehler des LFKs.

Auch bei den Lenkgesetzen der ZDL (Zieldeckungslenkung)-Familie wird ein wesentlicher Teil des Lenk-Kommandos, nämlich der Feedforward-Term, aus der Drehgeschwindigkeit und der Drehbeschleunigung der Sichtlinie zum Ziel gebildet. Auch hier wird die Drehgeschwindigkeit der Sichtlinie von einem Tracker, der das Ziel automatisch verfolgt, erzeugt und für die Lenkung bereitgestellt. Bei der ZDL kann die Drehbeschleunigung durch numerische Differentiation und Filterung aus der bereitgestellten Drehgeschwindigkeit gebildet werden.

Die folgenden Betrachtungen betreffen gleichermaßen Lenk-Systeme mit automatischen Ziel-Trackern in der Lenkanlage oder im Flugkörper (Zielsuchköpfe). In beiden Fällen werden Tracker, die eine manuelle Korrektur des Trackpunktes durch einen Bediener ermöglichen, vorausgesetzt.

Ziel der Erfindung ist es, den Flugkörper auch während der Trackpunkt-Korrekturen möglichst ohne Übersteuern und unverzögert zu lenken. Dies bedeutet beispielsweise, daß bei der PN-Lenkung der Kollisionskurs zum korrigierten Trackpunkt schnell und ohne Überschwingen erreicht wird und daß bei der Zieldeckungslenkung der LFK direkt und ohne Überschwingen auf die gewünschte, korrigierte Sichtlinie geführt wird.

Dadurch werden auch bei unruhigem Korrektur-Vehalten des Schützen und bei Trackpunkt-Korrekturen kurz vor dem Treffer noch kleine Treffehler erreicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die folgende Idee gelöst:

Die auf bekannte Weise mit Hilfe eines Ziel-Trackers gebildete Drehgeschwindigkeit der Sichtlinie wird durch eine Größe korrigiert, die vom Korrektursignal des Schützen zur Trackpunkt-Verschiebung so abgeleitet wird, daß die Anteile durch scheinbare Zielmanöver infolge der Korrektur kompensiert werden. Diese korrigierte Sichtlinien-Drehgeschwindigkeit wird in der bekannten Weise zur Bildung des Lenk-Kommandos verwendet.

Die Korrektur der Sichtlinien-Drehgeschwindigkeit wird in einem Lenk-Beobachter gemäß der realisiert. Das Korrektur-Signal des Schützen wird in ein dynamisches Modell des Track-Regelkreises eingespeist. Dessen Ausgangsgröße wird von der in bekannter Weise mit Hilfe eines Ziel-Trackers gebildeten Sichtlinien-Drehgeschwindigkeit subtrahiert. Das Ergebnis ist der Schätzwert der Sichtlinien-Drehgeschwindigkeit für die Lenkung.

In der ist ein Beispiel für das bekannte Lenkverfahren nach Proportionalnavigation für die Gier-Ebene eines LFKs dargestellt. Es wurde außerdem um die drei Funktions-Blöcke "Bildschirm, Schütze, Joy-Stick" und um den "Korrektur-Eingang" des Ziel-Trackers für die Trackpunkt-Korrektur erweitert.

Im Vorderteil des LFKs ist eine Kamera auf einer stabilisierten Plattform montiert. Durch einen Nachführ-Regelkreis wird die optische Achse der Kamera fortlaufend auf das Ziel ausgerichtet. Dieser Nachführ-Regelkreis wird über die automatisch arbeitenden Teile "bildverarbeitender Ziel-Tracker" und "Nachführ-Regler" in der Lenk-Anlage geschlossen. Dazu werden die Bilder und die Nachführ-Kommandos &psgr;. K beispielsweise über einen Lichtwellenleiter übertragen.

Aus dem Nachführ-Kommando &psgr;. K wird nach einer Filterung über das Lenkgesetz PN das Querbeschleunigungs-Kommando aFYK für den LFK gebildet und an diesen übertragen.

Der Schütze beobachtet die Szene auf dem Bildschirm, auf dem auch der aktuelle Trackpunkt der automatischen Bildverarbeitung durch eine Marke (z.B. Fadenkreuz) gekennzeichnet ist. Über den Joy-Stick kann der Schütze den Trackpunkt fortlaufend korrigieren.

In der ist die Anwendung der Erfindung bei einem Lenkverfahren nach Proportionalnavigation dargestellt. Die zuvor beschriebene wurde um den erfindungsgemäßen Lenk-Beobachter erweitert.

Um den Vorteil der Erfindung an einem Anwendungs-Fall zu veranschaulichen, wurden Simulationen sowohl mit dem bekannten Lenkverfahren gemäß der als auch mit dem zusätzlichen erfindungsgemäßen Lenkbeobachter entsprechend der durchgeführt.

Die Bewegung des gelenkten Flugkörpers wurde in der Simulation in einem rechtwinklingen Koordinatensystem, dessen Ursprung im Startort des FKs liegt, beschrieben. Die Bekämpfung eines stehenden Zieles mit den Koordinaten

XZ = 7.000 m

YZ = 0

ZZ = 0

wurde simuliert.

Die Ergebnisse sind in den bis über der Simulationszeit ts für die bekannte Lenkung gemäß der aufgezeichnet; es zeigen:

die Y-Komponente der FK-Bahn, die hauptsächlich von der Lenkung bestimmt wird,

das Korrektur-Signal des Schützen zur Korrektur des Trackpunktes, sowie

die X-Komponente der FK-Bahn, die hauptsächlich vom Zeit-Weg-Profil des LFKs bestimmt wird.

Der FK wurde zum Zeitpunkt ts = 5 s in die voraufgeklärte Zielrichtung gestartet. Auf einer vorgeplanten Bahn wurde der LFK automatisch in die Nähe des Zieles gelenkt. Der Schütze beobachtete die Bilder der FK-Kamera auf dem Bildschirm und entdeckte nach etwa 35 s Flugzeit bei einer FK-Entfernung zum Ziel von etwa 2.200 m ein Schein-Ziel, das bei Ysz = –20 m neben dem wirklichen Ziel lag. Auf dieses falsche Ziel wurde der Zieltracker vom Schützen eingewiesen. Ab 37 s Flugzeit wurde das Schein-Ziel vom Track-Regelkreis des Zielsuchkopfes automatisch verfolgt, während der Flugkörper automatisch auf der vorgeplanten Bahn weitergelenkt wurde.

Die Endlenkung nach Proportionalnavigation entsprechend dem Blockschaltbild 2a wurde nach ca. 40 s Flugzeiten vom Schützen aktiviert, und der Flugkörper wurde automatisch auf einen Kollisionskurs zum Scheinziel bei Ysz = –20 m gelenkt.

Nach 43 s Flugzeit entdeckte der Schütze in einer Zielentfernung von etwa 1.000 m das tatsächlich zu bekämpfende Ziel, und er begann sofort mit der Korrektur des Trackpunktes. Das entsprechende Kommando vom Ausgang des Joy-Sticks ist in der aufgetragen. Die Korrektur des Schützen war nach etwa 47 s Flugzeit beendet. Während der Korrektur arbeiteten der Nachführ-Regelkreis des Zielsuchkopfes und die PN-Lenkung automatisch weiter.

Auf der ist deutlich zu erkennen, daß der LFK während der Trackpunkt-Korrektur stark übersteuert und zunächst auf einen falschen Kurs gelenkt wird, der mit einem Ziel in der Position von etwa YZ* = +18 m zur Kollision führen würde. Erst ab dem Korrektur-Ende bei ca. 47 s Flugzeit wird der LFK zum richtigen Kollisionspunkt bei YZ = 0 gelenkt. Der Treffehler beträgt etwa 1 m nach ca. 50 s Flugzeit.

Für das Lenksystem der mit dem erfindungsgemäßen Lenk-Beobachter sind die Simulations-Ergebnisse in den und für die gleichen Missions-Bedingungen aufgezeichnet. Auf der ist die Y-Komponente der FK-Bahn über der Simulationszeit aufgetragen. Hier ist die Wirksamkeit der Erfindung deutlich zu erkennen. Der LFK wird mit dem Beginn der Trackpunkt-Korrektur bei ca. 43 s Flugzeit direkt auf den Kollisionskurs zum Ziel bei YZ = 0 gelenkt. Das in der auftretende unerwünschte Übersteuern mit der bekannten Lenkung wird durch die Erfindung beseitigt. Der Treffehler beträgt 0,1 m nach ca. 50 s Flugzeit.

Durch die Einfügung des Lenk-Beobachters gemäß der werden auch bei Trackpunkt-Korrekturen mit einem unruhigen Schützen kurz vor dem Treffer noch sehr gute Trefferleistungen erreicht, weil die Lenkung nicht mehr übersteuert.


Anspruch[de]
Lenkmethode für Lenk-Systeme mit automatischen Ziel-Trackern und manueller Korrektur des Trackpunktes, dadurch gekennzeichnet, daß der Schätzwert der Sichtlinien-Drehgeschwindigkeit zur Lenkung aus der auf bekannte Weise generierten Drehgeschwindigkeit und einer Korrektur gebildet wird, die aus dem Korrektur-Signal für die Trackpunkt-Korrektur mit Hilfe eines dynamischen Modells des Track-Regelkreises erzeugt wird. Methode nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schätzwert der Sichtlinien-Drehgeschwindigkeit für die Lenkung in einem frei programmierbaren Digitalrechner gebildet wird. Methode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziel-Tracker eine IR- und/oder eine Tageslicht-Kamera und/oder einen Radar-Sensor, oder Schallwellen-Ortungsgeräte enthält. Methode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziel-Tracker oder nur sein Sensor bzw. seine Sensoren im Projektil eingebaut sind. Methode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziel-Tracker außerhalb des Projektils in der Lenk-Anlage eingebaut ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com