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Richtvorrichtung an einem Visier zum Verfolgen von beweglichen Luftzielen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Richtvorrichtung an einem Visier zum Verfolgen
von beweglichen Luftzielen, des von stufenlos regelbaren Antrieben für die Höhenrichtbewegungen
und die Seitenrichtbewegungen angetrieben ist, wobei die Antriebe von einem Schützen
über einen Kommandogeber steuerbar sind.
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Es sind bereits Einrichtungen bekannt, die das Nachführen eines Visiers
dadurch erleichtern, daß mechanische oder elektronische Geräte die Antriebe zusätzlich
so beeinflussen, daß das Visier nach einer kurzzeitigen Zielfolge selbsttätig einer
extrapolierten, geradlinigen Zielbahn konstanter Geschwindigkeit folgt und nur mehr
geringfügiger Korrekturen durch den Schützen bedarf, d. h., bei einem annähernd
richtig eingesteuerten Visier hat der Schütze dann nur die Fehler zu korrigieren,
die durch ungenaue Einsteuerung, durch Geschwindigkeits--und Richtungsänderungen
des Zieles oder durch unvermeidliche Fehler des Visiers bedingt sind. Bei bekannten
mechanischen Einrichtungen wird eine durch die Zielrichtung und den Beobachtungspunkt
gelegte Ebene (Flugebene) aufgesucht, deren Winkel zur Horizontalebene konstant
gehalten wird. Der scheinbare Flugwinkel ist bei diesen Visieren als Strichmarke
im Visier sichtbar. Unter der Voraussetzung, daß der scheinbare Flugwinkel genau
eingestellt wurde, verbleibt bei diesen bekannten Geräten immer noch die Aufgabe,
eine weitere Marke im Visier längs der Strichmarke zu steuern, wobei im günstigsten
Falle die Aufgabe einer Steuerung in zwei Koordinatenrichtungen auf die Aufgabe
einer Steuerung der Nachführgeschwindigkeit längs einer vorgegebenen Richtung zurückgeführt
ist. Mechanische Einrichtungen dieser Art erfordern einen hohen Aufwand an Bauteilen,
die sehr maßhaltig hergestellt sein müssen und deshalb teuer sind. Nachteilig sind
bei mechanischen Einrichtungen auch die bei hohen Beschleunigungen auftretenden
Fehler durch verzögerte oder ungenaue Nachführung infolge der Massenträgheit und
des unvermeidlichen Spiels ihrer Bauelemente sowie die Schwierigkeiten, die beim
Anbau an bereits vorhandenen Visieren wegen des hohen Raumbedarfs der mechanischen
Einrichtungen auftreten.
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Bei anderen bekannten Richtvorrichtungen mit elektronischen Recheneinrichtungen,
bei denen die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelbeschleunigung des Azimutwinkels
sowie die Annäherungsgeschwindigkeit und die Entfernung des Ziels die mathematischen
Grundbestimmungen liefern, verbleibt dem Schützen im einfachsten Fall die Aufgabe,
zwei Betätigungseinrichtungen bei der Verfolgung des aufgefaßten Zieles gleichzeitig
zu betätigen, ,Die Bestimmung der Zielentfernung, die bei diesen Jinrichtungen erforderlich
ist, bedingt einen zusätzlichen Aufwand an Meß-und Recheneinrichtungen. Sie: ist
in vielen Fällen nicht durchführbar, insbesondere. ,49i der Bekämpfung schnellfliegender
Ziele in geringer Höhe.
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Demgegenüber werden beim Gegenstand der Erfindung mathematische Beziehungen
angewendet, die nur Winkelfunktionen und daraus gebildete konstante Größen enthalten,
wodurch eine°#M@ssung oder genaue Schätzung der Zielentfernuilg 'nicht mehr erfoderlich
ist.
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Bei einer Richtvorrichtung-der eingangs genannten Art, die mit an
sich bekannten elektronischen Einrichtungen ausgerüstet ist, wird die Erfindung
darin gesehen, daß zur zusätzlichen Beeinflussung der Antriebe eine elektronische
Recheneinrichtung vorgesehen ist, die mindestens einen Zeitwertgeber, einen Eingangsrechner,
ein Glättungsglied und einen Ausgangsrechner aufweist; die derart angeordnet sind,
daß der Eingangsrechner für eine geradlinige, unbeschleunigte Zielbewegung aus''
den am Visier abgegriffenen Richtwinkeln und deren ersten zeitlichen Ableitungen
sowie einem Zeitwert den kartesischen Geschwindigkeitskomponenten vz, vy, vz proportionale
und im Glättungsglied stabilisierte Größen Ko, K1, K, bildet, aus welchen der Ausgangsrechner,
dem auch der Zeitwert und die Richtwinkel zugeführt werden, extrapolierten Höhen-
und Seitenwinkelgeschwindigkeiten proportionale Größen ermittelt, die den Antrieben
zugeführt werden.
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Diese Zuordnung der Recheneinrichtung ergibt bei einem sehr niedrigen
Aufwand an elektronischen Mitteln eine überraschend hohe Genauigkeit der mit diesen
Mitteln erreichten Nachführung, bei der der Schütze nach erfolgter Zieluaffassung
keine oder nur
sehr geringe Korrekturen durchzuführen hat, die sich
im wesentlichen auf die Steuerung einer Winkelgeschwindigkeit beschränken, die er
leicht beherrschen kann.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird der Zeitwertgeber entweder
beim Überschreiten vorgegebener Grenzwerte für die stabilisierten Größen Ko, K1,
KZ oder periodisch auf einen neuen Anfangswert entsprechend dem Zeitwert t = 0 zurückgestellt.
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In einer vereinfachten Ausführungsform der Erfindung ist das Rechengerät
für eine horizontale Zielbewegung ausgelegt, wodurch sich weitere Vereinfachungen
im Aufbau des Rechners ergeben.
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Zur Ableitung der der Erfindung zugrunde liegenden mathematischen
Beziehungen werden die in F i g. 1 angegebenen Bezeichnungen verwendet. Man kann
die Geschwindigkeit des Ziels in Komponenten zerlegen, deren Richtungen parallel
zu den Achsen eines kartesischen Koordinatensystems verlaufen, z. B. parallel zu
den in F i g. 1 angegebenen Achsen x, y, z,
und erhält damit
wobei ® der Elevationswinkel und p der Azimutwinkel sind, die an den Antrieben des
Visiers mit bekannten Mitteln abgegriffen werden. Die Zielentfernung r und die Zielhöhe
h dienen nur zur Ableitung der mathematischen Beziehungen und brauchen nicht ermittelt
und in das Rechengerät eingegeben zu werden, wie dies bei ähnlichen bekannten Einrichtungen
der Fall ist. Eine geradlinige Zielbewegung konstanter Geschwindigkeit ist durch
den Vektor v dargestellt.
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Nach den getroffenen Voraussetzungen ist v, = konstant, vy = konstant,
r1 = konstant, und man kann schreiben h = ho @- Ir t .
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Führt man folgende Abkürzungen ein:
so kann man schreiben: - - K2 cos q - K1 sin g tg O , 4 (KO t + 1) (K, ctg O - K,
cos g - K2 sin g') sing ƒ . 5 (K, t + 1)
Mit den Abkürzungen:
f2 (t) = ctg O cos g, - t f1 (t) 7
und den zeitlichen Ableitungen f1
(t) und f2 (t) erhält man
Die Bestimmung der Konstanten K1 und K% erfolgt dann nach folgenden Gleichungen
Für den Spezialfall h = 0 erhält man mit K, = 0 Ö = - sinn 0 (KI cos cp -E- K2 sin
T) , 11
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung und der Beschreibung.
Es zeigt F i g. 1 eine geometrische Darstellung zur Erläuterung der vorerwähnten
mathematischen Beziehungen, F i g. 2 die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Visiers.
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Ein Visier 1, dessen unbewegliches, z. B. an einem nicht dargestellten
Startgestell für Flugkörper angebrachtes Gehäuse 2 mit einem Okular 3 versehen ist,
weist Antriebswellen 4 und 5 auf, über welche eine Visieroptik
6 einem Ziel 7 nachführbar ist. Ein Schütze 8 gibt zunächst Nachführkommandos
in einen Kommandogeber 9 ein, der damit einen mit der Antriebswelle 4 verbundenen
stufenlos regelbaren Elevationsantrieb 10 und einen entsprechend ausgebildeten
mit der anderen Antriebswelle 5 verbundenen Azimutantrieb 11 steuert. Mit
den Antriebswellen 4 und 5 sind ferner Winkelgeschwindigkeitsgeber
12 und 13 und Winkelgeber 14 und 15 verbunden, welche
von den vom Schützen in das Visier eingegebenen Richtwerten abhängige Funktionen
der Elevationsgeschwindigkeit Ö, der Azimutgeschwindigkeit @ und des Elevationswinkels
0 sowie des Azimutwinkels g? liefern und in einen Eingangsrechner 16 eingeben.
Zugleich erhält der Eingangsrechner 16 einen Zeitwert von einem Zeitwertgeber
19. Aus den eingegebenen Werten bestimmt der Eingangsrechner 16 Größen
Ko, K1, K2, die den Zielgeschwindigkeitskomponenten vx, vv, vz proportional sind.
Von einem Glättungsglied 17,
das als passives Netzwerk ausgebildet
und mit einem Eingangsrechner -verbunden sein kann, werden diese Größen Ko, K1,
K2 geglättet und dann in einen Ausgangsrechner 18 eingegeben, dem auch der vom Zeitwertgeber
19 gelieferte Zeitwert und die Funktion des Azimut- und Elevationswinkels
aus den Winkelgebern 14 und 15 zugeführt werden.
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Nach kurzzeitiger Verfolgung des Zieles 7 durch den Schützen 8 liefert
der Ausgangsrechner 18 Steuerkommandos, die den Elevationsantrieb 10 und den Azimutantrieb
11 im Sinne einer extrapolierten geradlinigen Zielbewegung konstanter Geschwindigkeit
steuern. Der Schütze 8 hat nunmehr nur noch geringfügige Korrekturen in den Kommandogeber
9 einzugeben, die durch eine falsche ursprüngliche Kommandogabe sowie Kurs- oder
Geschwindigkeitsänderungen des Zieles bedingt sind, wobei die vom Schützen durchgeführten
Korrekturen über die den Rechnern 16 und 19 zugeleiteten Größen aus
den Winkelgeschwindigkeitsgebern 12 und 13 und den Winkelgebern
14 und 15 fortlaufend zur Korrektur der selbsttätigen Nachführung
dienen.