DE2544975A1

DE2544975A1 - Feuerleitsystem

Info

Publication number: DE2544975A1
Application number: DE19752544975
Authority: DE
Inventors: David Scarth Ritchie
Original assignee: HAMILTON JAMES GORDON; MARTIN ALEXANDER JAMES
Current assignee: HAMILTON JAMES GORDON; MARTIN ALEXANDER JAMES
Priority date: 1974-10-09
Filing date: 1975-10-08
Publication date: 1976-04-22
Also published as: US3997762A; DE2544975B2

Description

DR. RUDOLF BAUER . DIPL.-ING. HELMUT HUBBUCH

PATENTANWÄLTE 25^^975

753PFORZHEIM,(WEST-GERMANY)

WESTLICHE 31 (AM LEOPOLDPLATZ) TEL.: (O723DIO22 0O

6.10.1975 III/Re

Herren David Scarth Ritchie, Glasgow

James Gordon Hamilton, Glasgow und Alexander James Martin London (Großbritannien)

" Feuerleitsystem "

Die Erfindung bezieht sich auf ein Feuerleitsystem für Kanonen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges System wird in seiner Funktion wesentlich verbessert, wenn es die Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 aufweist. Bei der Erzeugung der Bilder auf der Sichtanzeige dienen zur Übertragung der sichtbaren bzw. infraroten Strahlung gesonderte optische Bauteile wie Linsen, Spiegel, Prismen.

Vorzugsweise Ausgestaltungen des Feuerleitsystems nach der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

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Die Sichtanzeige kann zusätzlich zum ersten, zweiten und (ütten Bild noch weitere Bilder darbieten, die einander sämtlich überlagert sind. Diese zusätzlichen Bilder können aus elektromagnetischer Strahlung aus irgendeinem Bereich des Spektrums gewonnen werden, beispielsweise aus UV- oder Röntgenstrahlung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. Λ in Form eines Blockdiagramms den grundsätzlichen Aufbau eines Feuerleitsystems,

Fig. 2 eine in der Erfindung benutzbare Ausführungsform einer Visiervorrichtung,

Fig. 3-5 drei verschiedene Ausführungen der Erfindung in schematischer Darstellung,

Fig. 3A - 5A Visierbilder zum besseren Verständnis der Fig.3-5»

Fig. 6 das Blockdiagramm einer weiteren Ausführung der Erfindung und

Fig. 7 ein Detail einer modifizierten Ausführung der Erfindung. -, _

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Im Feterleitsystem nach Figur 1 gibt es Zielortungsmittel 10 in einer Beobachtungsstation, bestehend u.a. aus einer Visiervorrichtung 11 und einem Entfernungsmesser 12, die beide so angeordnet sind, daß sie den Zielschauplatz 13 ausmessen. Ein Rechner 14· erhält Eingangssignale mit Informationen über Umgebungsbedingungen wie Lufttemperatur, Luftdruck, Windrichtung und - geschwindigkeit, Kompaßkurs und Schwere von Meßfühlern 15· Der Rechner erhält ferner Signale mit Informationen über ballistische Parameter wie Temperatur der Ladung, Art der gewählten Munition und Biegung des Kanonenrohrs. Aus den ihm zugeführten Signalen leitet der Rechner nach einem vorgegebenen Programm Feuerleitsignale her und übermittelt diese an den Antrieb 16 einer Kanone.

Die Visiervorrichtung 11 umfaßt eine Sichtanzeige, die im einzelnen noch beschrieben wird. Die Sichtanzeige wird von einer Bedienungsperson in einer Station 20 beobachtet, in der ein von Hand steuerbares Element 21 vorgesehen ist, welches bei Betätigung das Gesichtsfeld der Visiervorrichtung 11 ändert. Die Zielortungsmittel 10 sind noch über eine Verbindung 22 mit dem Rechner 14 gekoppelt, um diesem Signale mit Informationen über die Lage des Ziels zu übermitteln.

Die Visiervorrichtung 11 und der Entfernungsmesser 12 aus Figur 1 sind detaillierter in Figur 2 dargestellt. Der Entfernungsmesser arbeitet hier mit Laserstrahlen. Er umfaßt einen Laser 30, dessen

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austretender Strahl an Reflektoren 31» 32 und 33 reflektiert wird und durch den Raum auf ein Ziel gerichtet wird, welches sich im Gesichtsfeld des Reflektors 33 befindet. Letzterer ist ein ebener Spiegel, der um eine Querachse 34· verschwenkbar und um eine horizontale Achse 35 azimutal drehbar ist. Die zurückgeworfene Laserstrahlung wird von den Reflektoren 32 und 33 auf einen Strahlaufspalter 36 gerichtet, der den zurückgeworfenen Laserstrahl auf einen Empfänger 37 richtet, der zur Bestimmung der Zielentfernung in bekannter Weise mit einer Rechenschaltung (nicht dargestellt) verbunden ist.

Der in der britischen Patentschrift Nr. 1 314- 720 beschriebene Laser-Entfernungsmesser kann als Entfernungsmesser 12 verwendet werden.

Aus dem Gesichtsfeld des Spiegels 33 herkommende Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich wird vom Spiegel 33 reflektiert, tritt durch den Reflektor 32 und wird als Bestandteil einer Sichtanzeige für eine Bedienungsperson verwendet. Die Sichtanzeige erfolgt über Okulare 40 und 41, die das vom Spiegel 32 ausgehende Bild des Gesichtsfeldes mit dem Bild eines Rasters 42 überlagert darbieten, nachdem es über die optischen Elemente 43 bis 47 übertragen worden ist. Die optischen Elemente 43» 45» 46 und 47 sind

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Reflexionsprismen, während das optische Element 44 zur Bilddrehung dient (z.B. Dove- oder Pechan-Prisma). Letzteres dient zum Ausgleich der Bilddrehung infolge der azimutalen Drehung des Spiegels 33 in Bezug auf die übrige Visiervorrichtung.

Die Visiervorrichtung umfaßt darüberhinaus auch noch Mittel zum Erzeugen eines Infrarotbildes vom Gesichtsfeld. Wie Fig. 2 zeigt, sind dazu ein Infrarotspiegel 50» der mechanisch mit dem Spiegel 33 gekoppelt ist, sowie eine Bildabtastvorrichtung 51 vorgesehen, die z.B. den in der britischen Patentschrift Nr. 1 328 128 beschriebenen Aufbau hat. Das Ausgangssignal der Bildabtastvorrichtung wird über eine nicht dargestellte Signalleitung einem Bildwandler 52 zugeführt, der das Infrarotbild in ein sichtbares Bild umwandelt und dem Reflektor 32 in solcher Weise zugeordnet ist, daß das erzeugte sichtbare Bild den zuvor erwähnten sichtbaren Bildern überlagert wird. Die Sichtanzeige bietet sich der Bedienungsperson folglich als eine Überlagerung dreier verschiedener Bilder dar.

Für den Fall, daß die sichtbare Strahlung unter Benutzung der beschriebenen optischen Bauelemente zur Erzeugung eines deutlichen Bildes nicht ausreicht, kann ein Bildverstärker 53 vorgesehen werden. Zum Ausgleich für die Verschiebung der Bildebene durch den

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Bildverstärker muß der Lichtweg zwischen dem Ausgang des Bildverstärkers und der Übertragungslinse vor dem optischen Element 44 zur Bilddrehung verlängert werden. Dies erreicht man bequem, indem man das Reflexionsprisma 43 durch ein Dachkant-Pentagonalprisma 43' ersetzt.

Zwar sind die Spiegel 33 und 50 als getrennte Elemente dargestellt, doch können sie beide aus einem Stück bestehen. Vorzugsweise sind sie allerdings stabilisiert, damit sie die Visierlinie ohne Unterbrechung durch Vibration des Gehäuses, in dem die in Figur 2 dargestellten Komponenten sich befinden, o. dergl. festhalten. Möglichkeiten der Stabilisierung sind in den britischen Patentschriften Nr. 1 240 552 und Nr. 1 319 307 beschrieben.

Das Raster 42 bietet die Möglichkeit, eine Zielmarke und eine Seelenachsenmarke vorzusehen. Dies kann jedoch auch mittels einer Bilderzeugungsvorrichtung wie einer Kathodenstrahlröhre geschehen - z.B. mittels des Bildwandlers 52. In diesem 3FaIl lassen sich die Abmessungen der Zielmarke in Abhängigkeit von der durch den Entfernungsmesser bestimmten Zielentfernung abändern,und die Lage der Zielmarke und der Seelenachs enmarke kann aus den ballistischen Parametern bestimmt werden. Gewöhnlich hat die Zielmarke die Gestalt einer Ellipse oder eines Kreises. Ist die Zielmarke eine

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Ellipse, so muß diese in Einklang mit der azimutalen Drehung des Spiegels 53 ebenfalls gedreht werden. Man erreicht dies entweder auf elektronischem Wege, wenn eine Kathodenstrahlröhre verwendet wird, bzw. einfach durch Drehen der Ablenkspulen um die Kathodenstrahlröhre herum, falls eine gesonderte Kathodenstrahlröhre verwendet wird. Die Seelenachsenmarke ist gewöhnlich ein kleines Dreieck.

Wenn gewünscht wird, das zusammengesetzte Bild der Sichtanzeige zu einer (nicht dargestellten) zweiten Beobachtungsstation zu übertragen, läßt sich das Reflexionsprisma 46 durch ein Strahlaufspaltprisma 46' ersetzen. Dadurch läßt sich das zusammengesetzte Bild durch eine Bildaufnahmeröhre 54 aufnehmen, welche Teil eines Fernsehsystems ist. Wie in Figur 6 dargestellt ist, läßt sich ein zusammengesetztes Bild in einer zweiten Beobachtungsstation aber auch dadurch erzeugen, daß $ ede der beiden Beobachtungsstationen 10 und 10' mit einer optischen Visiervorrichtung 11 und 11' versehen ist und daß aus der Infrarotstrahlung, die man mit der Bildabtastvorrichtung 51 empfängt, ein sichtbares Bild erzeugt und jeder Beobachtungsstation 10, 10' übermittelt wird. Babei enthalten beide Beobachtungsstationen Mittel zum Erzeugen einer Zielmarke, indem vom Rechner 14 Signale an die Beobachtungsstationen übermittelt werden, um die Zielmarken in den betreffenden Visier-

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vorrichtungen in bezug auf die mit sichtbarem Licht erzeugten Bilder zu placieren. Auf Wunsch läßt sich das aus der Infrarotstrahlung abgeleitete sichtbare Bild wahlweise einer der beiden Beobachtungsstationen übermitteln.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 3 und 3A wird die Visiervorrichtung 11 vom Antrieb 16 der Kanone mit angetrieben. Dazu ist zwischen beiden eine mechanische oder elektrische Verbindung 64 vorgesehen. Jedoch ist hierbei die Feuerfähigkeit eingeschränkt, weil das die Seelenachsenmarke 62A enthaltende Gesichtsfeld stets das Ziel, welches beschossen werden soll, umfassen muß, wenn dieses auf der Sichtanzeige 63 sichtbar bleiben soll. Der Rechner 14 erzeugt in diesem Fall Feuerleitsignale, die den Antrieb 16 der Kanone über eine Autolay-Vorrichtung 60 betätigen. Gleichzeitig wird die erzeugte und auf der Sichtanzeige 63 erscheinende Zielmarke 62 durch entsprechende Signale versetzt, um in Azimut und Höhe von der Seelenachsenmarke 62A abgesetzt zu sein, welche sich an einer gleichbleibenden Stelle auf der Sichtanzeige 63 befindet. Die Abmessungen der Zielmarke 62 werden vom Rechner 14 in Abhängigkeit von der durch den Laser-Entfernungsmesser bestimmten Zielentfernung gesteuert. Die Seelenachsenmarke 62A wird gewöhnlich am Rand der Sichtanzeige 63 unmittelbar über deren Mittelpunkt placiert.

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Im Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 4- und 4A umfaßt die Visiervorrichtung 11 eine Sichtanzeige 63, auf welcher die Zielmarke 62 stets im Zentrum der Sichtanzeige verbleibt, in ihren Abmessungen allerdings vom Rechner in Abhängigkeit von der Zielentfernung gesteuert wird. Der Kanonenantrieb 16 treibt sowohl die Kanone als auch die Visiervorrichtung 11 an. Zusätzlich betätigt der Rechner 14 die Autolay-Vorrichtung 60 sowie in entgegengesetztem Sinn einen ballistischen Antrieb 70 zur Verschwenkung der Kanone in Azimut und Höhe in Einklang mit den berechneten Feuerleitsignalen.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 5 und 5A arbeiten der Antrieb 16 der Kanone und der Antrieb 68 der Visiervorrichtung unabhängig voneinander und benutzen beide Vergleichssignale von Kreiseln. Der Rechner 14 ist mit beiden Antrieben gekoppelt und der Kanonenantrieb wird in Einklang mit den berechneten Feuerleitsignalen in azizumater Richtung und in der Höhe gesteuert. Die Sichtanzeige 6$ erscheint wie in Figur 5-A. dargestellt; die Zielmarke 62 befindet sich im Zentrum der Sichtanzeige.

Falls eine Beobachtungsstation so zum Richten der Kanone verwendet werden soll, daß die Zielsuche unbelastet durch die Kanone vor sich geht, dann können die Mittel zum Erzeugen der Zielmarke an der Kanone befestigt und optisch betrieben werden, um eine Marke im Unendlichen zu erzeugen. Diese Marke ist dann durch die afokale Visiervorrichtung der Beobachtungsstation sichtbar, wann immer sie

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angeblich in die gleiche Richtung weist wie die Kanone. Figur 7 zeigt eine Anordnung, mit der dies erreicht wird. Der Zielmarkengenerator 90 ist im Geschützturm fest angebracht. Der Geschlitzturm ist Bestandteil einer ersten Beobachtungsstation mit einem ersten Visierspiegel 911 einer Strahlaufspaltvorrichtung 92 und einem Okular 93· Die Strahlaufspaltvorrichtung 92 liefert zusätzlich zu dem an das Okular 93 übertragenen zusammengesetzten Bild noch ein weiteres zusammengesetztes Bild, welches auf einen Reflektor 94· fällt. Die unabhängig von der Kanone drehbare Beobachtungsstation enthält einen Visierspiegel 95» eine Objektivlinse 96 und ein Okular 97· Deren Anordnung ist so gewählt, daß im Fall, daß die Beobachtungsstation scheinbar in die gleiche Richtung wie die Kanone gerichtet ist, die Sichtlinie zwischen dem Visierspiegel· und der Objektivlinse 96 durch den Reflektor 94- unterbrochen ist und folglich der Blick in das Okular 97 das gleiche Bild vermittelt wie der Blick in das Okular 93 der ersten Beobachtungsstation.

Die in Figur 3 dargestellte Anordnung läßt sich so abwandeln, daß die in Figur 7 gezeigte Anordnung darin Verwendung findet. Dazu wird der Zielmarkengenerator fest mit der Kanone verbunden. Es läßt sich aber die Visiervorrichtung einschließlich des Zielmarkengenerators auch über optische Winkelkodierer (z.B. solche wie im N.E.L. Report Nr. 233 beschrieben sind), in bekannter Weise über

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elektrische Synchronservomechanismen, oder über mechanische Prazisionsverbindungsglieder allein oder in Kombination mit einer der vorgenannten Vorrichtungen mit der Kanone koppeln.

Der Rechner 14 kann von beliebiger Art sein, z.B. ein Analog-, Digital- oder Hybridrechner. Gewöhnlich wird er so verwendet, daß er Feuerleitsignale liefert, die es ermöglichen, von bewegtem oder unbewegtem Standpunkt auf bewegte und unbewegte Ziele zu schießen. In diesem Fall wird der Analog-, Digital- oder Hybridrechner nach Bewegungsgleichungen programmiert, wie sie zum Beispiel im Buch "New Methods in Exterior Ballistics" von F.R. Moulton abgeleitet worden sind. Ein für die Erfindung verwendbarer besonderer Rechner ist in der britischen Patentschrift Nr. 1285 beschrieben.

Die erfindungsgemäßen Zielortungsmittel können ein Radargerät umfassen, dessen Ausgang mit dem Rechner verbunden ist, um ein viertes Bild auf der Sichtanzeige 63 zu liefern. Zusätzlich könnte man noch eine TagesLicht-Fernsehkamera einsetzen, die noch ein weiteres Bild liefert. Außer Kathodenstrahlröhren können als Bildwandler bzw. Bilderzeuger auch Vorrichtungen unter Verwendung von Flüssigkristallen oder Leuchtdioden verwendet werden, die in

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der Technik bekannt sind. Anstelle der beschriebenen Infrarot-Bildabtastvorrichtung 51 lassen sich auch ein pyroelektrisches Vidikon oder ein sonstiges auf elektromagnetische Strahlung ansprechendes Gerät oder ein thermischer Pointer benutzen. Das Gehäuse, welches die Visiervorrichtung aufnimmt, benötigt natürlich ein oder zwei Fenster, die für Strahlung im sichtbaren bzw. im infraroten Wellenlangenbereich durchlässig sind. Wenn ein Gerät zum Erzeugen eines Wärmeabbildes oder eines sonstigen Bildes ein Raster oder eine andere Form punktweiser Abbildung verwendet, dann läßt sich das Rasterbild durch elektronische Bildmischung oder durch Zeilensprungabtastung überlagern, wenn das Rasterbild selbst unter Verwendung eines Rasters oder einer anderen Form der Abtastung erzeugt wird.

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Claims

DR. RUDOLF BAUER . DIPL.-ING. HELMUT HUBBUCH

PATENTANWÄLTE

753pforzheim,(west-germany) westliche si (am leopoldplatz)

TEL.: (07231)10 22 90

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Patentansprüche:

"Feuerleitsystem für eine Kanone mit Zielortungsmitteln (10) unter Einschluß einer von Hand steuerbaren Einrichtung zur Änderung des Gesichtsfeldes der Zielortungsmittel (10), mit einem Rechner (14), welcher zum Empfang von Signalen, die ballistische Daten beinhalten, sowie zum Empfang von Signalen, die von den Zielortungsmitteln (10) herrühren und die Zielposition beinhalten, geeignet und zur Berechnung von Feuerleitsignalen aus diesen Signalen eingerichtet ist,

und mit einem Aufrieb (16) für die Kanone, dem die !"euerleitsignale zugeführt werden,

dadurch gekennzeichnet« daß die Zielortungsmittel (10) eine Visiervorrichtung (11) mit einer Sichtanzeige (63) umfassen, auf welcher ein erstes, zweites und drittes Bild einander überlagert dargeboten werden, wobei das erste Bild aus elektromagnetischer,aus dem Gesichtsfeld der Visiervorrichtung (11) herrührender Strahlung im sichtbaren Bereich des Spektrums gebildet, das zweite Bild durch eine Zielmarke (62) dargestellt und das dritte Bild aus elektromagnetischer, ebenfalls aus dem Gesichtsfeld der Visiervorrichtung (11) herrührender Strahlung im infraroten Bereich des Spektrums gebildet wird.

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2. Feuerleitsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielortungsmittel (10) einen Entfernungsmesser

(30, 37) umfassen und die Abmessungen der Zielmarke (62) in Einklang mit der Zielentfernung gesteuert werden.

3. Feuerleitsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsmesser (30, 37) mit einem Laser (30)

arbeitet,

4·. Feuerleitsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Zielmarke (62) auf der Sichtanzeige (63) durch die vom Rechner (14-) abgegebenen Feuerleitimpulse eingestellt wird.

5>. Feuerleitsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß sich die Visierlinie der Visiervorrichtung (11) in Richtung der Kanone ausrichten läßt.

6. Peuerleitsystem nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausrichtung der Visierlinie ein Zielmarkengenerator

vorgesehen ist.

7. IFeuerleitsystem nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet , daß die Zielmarke (62) sich stets an der

gleichen Stelle auf der Sichtanzeige (63) befindet.

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8. IFeuerleitsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet« daß wenigstens eine weitere Sichtanzeige vorgesehen ist, auf der das erste, zweite und dritte Bild einander überlagert dargeboten werden.

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