EP0383043A1

EP0383043A1 - Modular, networked naval fire control system with a device for compensating for the pointing errors

Info

Publication number: EP0383043A1
Application number: EP90101076A
Authority: EP
Inventors: Andreas Dr. Wernli; Andreas Friedli; Narayana Murty Dr. Vepa; Essameddin Dr. Badreddin
Original assignee: Oerlikon Contraves AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1989-02-16
Filing date: 1990-01-19
Publication date: 1990-08-22
Also published as: KR900013416A; CA2009662A1; US5072389A; BR9000697A

Abstract

The naval fire control system preferably contains several subsystems each having a target acquisition module (TMi) and at least one effector module (GMi). The subsystems and/or the modules are comprehensively networked with one another (DATEN-BUS) and contain means for compensating for static, quasi-static and dynamic pointing errors. The data determined by the corresponding sensors are evaluated, and the compensation parameters between the individual subsystems and/or between the device modules (TMi, GMi) representing pointing errors are determined, by at least one computer unit (COMP). Processing these motion data allows the dynamic position changes between the subsystems or devices to be taken into consideration during operation. Permanent monitoring is preferably carried out by a safety or control system which automatically or indirectly leads to an optimised coupling of effector modules (GMi) and target acquisition modules (TMi). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein modulares, vernetztes Marine-FeuerleitSystem gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Kompensation von Ausrichtfehlern in einem solchen Marine-Feuerleitsystem gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 10.The invention relates to a modular, networked marine fire control system according to the preamble of patent claim 1 and to a method for compensating alignment errors in such a marine fire control system according to the preamble of patent claim 10.

Der Einsatz von Feuerleitsystemen auf modernen Kampfschiffen ist mit der Schwierigkeit verbunden, dass neben den durch den Schiffsbau bedingten Abweichungen und Gerätetoleranzen der Zielsuch- und -folgeeinheiten sowie der Effektoren während dem Einsatz Verwindungen und andere temporäre Verformungen durch die Bewegungen des Schiffes durch den Seegang, Stampfschläge und durch das Manövrieren verursacht werden. So tritt z.B. eine Längsbiegung in einer Vertikalebene und, falls das Schiff krängt oder die Wellen nicht rechtwinklig schneidet, auch eine horizontale Biegung des Schiffrumpfs auf. Bei grösseren Seestärken von 8-9 können durch Stampfschläge auch plastische, also bleibende Verformungen auftreten. Solange es sich um kleine Kampfboote mit nur einem Geschütz und einem Radar handelt, sind diese Schiffsbewegungen nicht von grös serer Bedeutung. Auf grösseren Schiffen, bei starkem Seegang oder schnellen Manövern können solche Bewegungen jedoch zu erheblichen Hüben führen, was die geometrische Ausrichtung zwischen den Effektoren und den Zielsuch- und -folgeeinheiten (den Sensoranlagen) stark beeinträchtigt und beim Richten der Effektoren aufgrund der von den Sensoren ermittelten Zieldaten Fehler ergibt. Dabei fallen diese Probleme um so mehr ins Gewicht, je grösser die Distanz zwischen Sensoren und Waffen ist.The use of fire control systems on modern warships is associated with the difficulty that, in addition to the deviations and device tolerances of the target search and follow-up units caused by shipbuilding, as well as the effectors during use, twists and other temporary deformations due to the movements of the ship due to the swell, tamping and caused by maneuvering. For example, a longitudinal bend in a vertical plane and, if the ship is heeling or does not cut the waves at right angles, a horizontal bend in the hull. For larger sea strengths of 8-9, plastic, i.e. permanent deformations can also occur due to ramming. As long as these are small combat boats with only one gun and one radar, these ship movements are not of major importance. On larger ships, in heavy seas or fast maneuvers, however, such movements can lead to significant strokes, which greatly affects the geometric alignment between the effectors and the target search and sequence units (the sensor systems) and when determining the effectors based on those determined by the sensors Target data error results. The greater the distance between sensors and weapons, the more important these problems are.

Insbesondere bei grossen und modernen Kampfschiffen wird heute eine Mehrzahl von Effektoren (Werfern, Geschützen) eingesetzt, die durch ein oder mehrere Zielvermesssysteme gesteuert werden. Diese Anlagen sind über das ganze Schiff verteilt und weisen somit untereinander verhältnismässig grosse Abstände auf. Damit steigt das Bedürfnis nach genauer Ausrichtung und Kompensation von Ausrichtfehlern unter Bedingungen der beschriebenen Art; das kann auch dazu führen, dass entsprechende Vorkehrungen gar zur Notwendigkeit werden um, eine hinreichende Genauigkeit des Feuerleitsystemes zu erreichen.A large number of effectors (launchers, guns), which are controlled by one or more target measuring systems, are used today, particularly in large and modern combat ships. These systems are distributed across the entire ship and are therefore relatively far apart. This increases the need for precise alignment and compensation of alignment errors under conditions of the type described; this can also lead to the fact that appropriate precautions are even necessary in order to achieve sufficient accuracy of the fire control system.

Die nachfolgenden Ausführungen bezüglich der Aufgabenstellung sowie die Beschreibung der Erfindung werden weitgehend anhand von Beispielen mit Geschützen und Radarsystemen erläutert, haben aber gleichermassen Gültigkeit für andere Effektoren und Zielvermesssysteme mit anderen Sensoren wie namentlich elektrooptische Zielfolgeeinheiten.The following explanations regarding the task and the description of the invention are largely explained using examples with guns and radar systems, but are equally valid for other effectors and target measuring systems with other sensors, such as electro-optical target tracking units.

Normalerweise sind Effektoren und Zielsuch- und -folgeeinheiten in Subsysteme gegliedert, wobei beispielsweise pro Subsystem ein Radar und zwei durch diesen gesteuerte Geschütze vorhanden sind. Diese Subsysteme sind in relativ kleinen Distanzen zueinander und auf "Einheitsplattformen" angeordnet, so dass die Anordnung als quasistarr betrachtet werden kann. Im Gefecht, aber auch durch Revisionsarbeiten oder Materialdefekte, können bei einzelnen Geräte-Einheiten Ausfälle entstehen, welche die Einsatzbereitschaft des entsprechenden Subsystems herabsetzen oder es ganz ausfallen lassen. An sich wäre es dann wünschenswert, Module verschiedener Subsysteme zu koppeln und die theoretische passive Redundanz des Gesamtsystems zu nutzen. Hier zeigt sich, dass Anforderungen an die Fehlerkompensation zu stellen sind, welche herkömmliche Systeme nicht mehr erfüllen können.Normally, effectors and target search and sequencing units are divided into subsystems, for example one radar and two guns controlled by each subsystem. These subsystems are arranged at relatively short distances from one another and on "unit platforms", so that the arrangement can be considered quasi-rigid. In battle, but also due to revision work or material defects, failures can occur in individual device units, which reduce the operational readiness of the corresponding subsystem or cause it to fail completely. As such, it would then be desirable to couple modules from different subsystems and to use the theoretical passive redundancy of the overall system. This shows that there are requirements for error compensation that conventional systems can no longer meet.

In der Vergangenheit wurden verschiedene Anstrengungen unternommen, um den vielfältigen Problemen bei Marine-Feuerleitsystemen wenigstens teilweise beizukommen. Aus der DE-Offenlegungsschrift Nr. 3150895 ist ein Kampfschiff bekannt, bei welchem mittels elektronischer Steuergeräte, welche die Bettungsfehler der einzelnen Anlagen gespeichert haben, über die Steuersignale diese statischen Fehler auskorrigiert werden. Durch die Berücksichtigung der Ausricht- bzw. Bettungsfehler kann die Genauigkeit des Feuerleitsystems zwar verbessert werden, doch bleiben die durch die Schiffsbewegung während des Einsatzes verursachten dynamischen Fehler unberücksichtigt. Teilweise sind die Anlagen gemäss dieser Schrift zwar durch Leitungen miteinander verbunden, doch treten bei der Steuerung von Anlagen, welche nicht auf einer gemeinsamen Einheitsplattform angeordnet sind, durch dynamische Biegeffekte grosse Abweichungen zwischen Radar und Geschützen auf, die nicht tolerierbar sind. Trotz der Verbindungsleitungen ist jedoch in keiner Weise ein Gesamtsystem mit Ausnutzung der passiven Redundanz verwirklicht.Various efforts have been made in the past to at least partially address the various problems associated with marine fire control systems. From DE-Offenlegungsschrift No. 3150895, a battleship is known in which these static errors are corrected by means of control signals by means of electronic control devices which have stored the bedding errors of the individual systems. The accuracy of the fire control system can be improved by taking into account the alignment or bedding errors, but the dynamic errors caused by the ship's movement during operation are not taken into account. In some cases, the systems according to this document are connected to one another by lines, but when controlling systems that are not arranged on a common unit platform, large deviations between radar and guns occur due to dynamic bending effects, which cannot be tolerated. Despite the connecting lines, however, an overall system using passive redundancy is not implemented in any way.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren für ein modulares, vernetztes Marine-Feuerleitsystem zu schaffen. so dass sowohl statische und quasi-statische als auch dy namische Abweichungen zwischen Effektoren und Zielsuch- und-folgeeinheiten kompensiert werden, ferner eine hohe Genauigkeit und mittels einem effizienten Sicherheits- bzw. Steuersystem eine Optimierung der Einsatzbereitschaft des gesamten Feuerleitsystems und eine grosse Betriebssicherheit erzielt werden können. Damit wird es möglich, die Redundanz des Gesamtsystems in den Betriebsverlauf mit einzubeziehen.It is an object of the present invention to provide an arrangement and a method for a modular, networked marine fire control system. So that static and quasi-static as well as dynamic deviations between effectors and target search and sequence units are compensated for, furthermore a high level of accuracy and an efficient safety and control system optimize the operational readiness of the entire fire control system and a high level of operational safety can. This makes it possible to include the redundancy of the overall system in the course of operations.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 bzw. 10 genannten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of patent claim 1 or 10.

Das erfindungsgemässe Marine-Feuerleitsystem enthält vorzugsweise mehrere selbständige Subsysteme mit je einer Radareinheit und mindestens einer Geschützeinheit. Daneben ist es möglich, die einzelnen Gerätemodule derart miteinander zu vernetzen, dass mehrere Radarmodule und Geschützmodule je miteinander verbunden sind oder das ganze Feuerleitsystem eine einzige, komplex vernetzte Einheit bildet. Die Subsysteme sind derart miteinander vernetzt, dass beim Ausfall einer Radareinheit der Radar eines anderen Subsystemes dessen Funktion innert kürzester Zeit übernehmen kann, so dass dank der Nutzung der passiven Redundanz des Systems eine hohe Betriebssicherheit des Gesamtsystems gewährleistet ist. Durch diese Vernetzung und eine entsprechende Steuerung bei einem Geräteausfall kann die Einsatzbereitschaft des gesamten Feuerleitsystems optimiert werden.The marine fire control system according to the invention preferably contains several independent subsystems, each with a radar unit and at least one gun unit. In addition, it is possible to network the individual device modules with one another in such a way that several radar modules and gun modules are each connected to one another or the entire fire control system forms a single, complex networked unit. The subsystems are networked with one another in such a way that if one radar unit fails, the radar of another subsystem can take over its function within a very short time, so that high operational reliability of the overall system is guaranteed thanks to the passive redundancy of the system. This networking and appropriate control in the event of a device failure can optimize the operational readiness of the entire fire control system.

Die innerhalb der Subsysteme zwischen den Radar- und Geschützeinheiten vorhandenen, konstruktionsbedingten Ausrichtfehler können als quasi-statisch betrachtet werden und werden bei der Geschütz-Steuerung berücksichtigt. Diese der Konstruktion inhärenten Abweichungen der Lage bzw. der Gerätegeometrie ändern sich nur langsam, d.h. in Zeiträumen von Wochen, so dass vorzugsweise ein in regelmässigen Abständen durchgeführtes Ausrichtverfahren zur Bestimmung der Abweichparameter verwendet wird. Sofern die Einheiten eines Subsystems in geringem Abstand voneinander auf dem Schiffsrumpf angeordnet sind, treten selbst bei hohem Seegang nur geringe Relativ-Bewegungen auf, so dass in den meisten Fällen bereits eine Kompensation der statischen Fehler zu einer angemessenen Genauigkeit führt. Die dynamischen Fehler können demnach innerhalb eines Subsystems vernachlässigt werden. Das gleiche gilt für sehr nahe beieinander liegende Geräteeinheiten verschiedener Subsysteme, was insbesondere bei einheitlicher Vernetzung des Feuerleitsystems von Bedeutung ist.The design-related alignment errors within the subsystems between the radar and gun units can be considered quasi-static and are taken into account in gun control. These deviations of the position or the device geometry inherent in the construction change only slowly, i.e. in periods of weeks, so that an alignment process carried out at regular intervals is preferably used to determine the deviation parameters. If the units of a subsystem are arranged at a short distance from each other on the ship's hull, only slight relative movements occur even in high seas, so that in most cases even a compensation of the static errors leads to adequate accuracy. The dynamic errors can therefore be neglected within a subsystem. The same applies to device units of different subsystems that are very close to one another, which is particularly important in the case of uniform networking of the fire control system.

Das durch die Vernetzung der Subsysteme ermöglichte Zusammenwirken von Geschützeinheiten mit einem Radar, der einem anderen Subsystem angehört, bringt es jedoch im allgemeinen mit sich, dass grössere Distanzen zwischen den entsprechenden Einheiten liegen. Dadurch gewinnen die durch Schiffsbewegungen verursachten dynamischen Fehler grosse Bedeutung und erforden eine Kompensation durch ein entsprechendes Ausrichtverfahren. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise jedes Subsystem, gegebenenfalls jedes Gerätemodul mit einem Messmittel versehen, welches die schnellen Bewegungen dieses Subsystems bzw. des Gerätemoduls ermittelt. Die Verarbeitung dieser Bewegungsdaten erlaubt es, die dynamischen Lageänderungen zwischen den Subsystemen bzw. Geräten im Betrieb zu berücksichtigen. Die durch die statischen Abweichungen bedingten Fehler können aus den innerhalb der Subsysteme bekannten Abweichparametern sowie der ausgemessenen gegenseitigen Lage der Subsysteme bestimmt und zusammen mit den dynamischen Abweichwerten ebenfalls berücksichtigt werden.However, the interaction of gun units with a radar belonging to another subsystem, made possible by the networking of the subsystems, generally means that there are greater distances between the corresponding units. As a result, the dynamic errors caused by ship movements gain great importance and require compensation by means of an appropriate alignment process. For this purpose, each subsystem, if appropriate each device module, is preferably provided with a measuring device which determines the rapid movements of this subsystem or the device module. The processing of this movement data makes it possible to take into account the dynamic changes in position between the subsystems or devices during operation. The errors caused by the static deviations can be determined from the deviation parameters known within the subsystems and the measured mutual position of the subsystems and can also be taken into account together with the dynamic deviation values.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Systems sowie des Verfahrens sind anhand folgender Figuren näher erläutert:

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel eines modularen, vernetzten Feuerleitsystems mit drei Subsystemen.
Fig. 2A und 2B zeigen eine Gegenüberstellung der prinzipiellen Konzepte zur Erfassung der Ausrichtfehler innerhalb eines Feuerleitsystems.
Fig. 3A und 3B zeigen Ausführungsbeispiele für die Vernetzung der einzelnen Module und Subsysteme.
Fig. 4 zeigt eine Übersicht des erfindungsgemässen Verfahrens
Fig. 5A und 5B zeigen in schematischer Darstellung den Verfahrensablauf zur Korrektur von dynamischen Ausrichtfehlern.

Exemplary embodiments of the system according to the invention and of the method are explained in more detail with reference to the following figures:

1 shows a schematic representation of an example of a modular, networked fire control system with three subsystems.
2A and 2B show a comparison of the basic concepts for detecting the alignment errors within a fire control system.
3A and 3B show exemplary embodiments for the networking of the individual modules and subsystems.
4 shows an overview of the method according to the invention
5A and 5B show a schematic representation of the method sequence for correcting dynamic alignment errors.

1. Concept of a complex networked system

Um auf einem Kampfschiff eine optimale Feuerbereitschaft und Treffgenauigkeit zu erhalten, strebt die vorliegende Erfindung eine Optimierung des Gesamtsystems an. Es werden nicht die einzelnen Gerätegruppen, d.h. bspw. ein Radar mit zwei Geschützen, losgelöst vom Gesamtsystem betrachtet sondern vielmehr als Teil von letzterem behandelt. Um ein entsprechendes Funktionsprinzip zu realisieren, wird das Feuerleitsystem in umfassender Weise vernetzt. Das Feuerleitsystem gemäss der Erfindung besteht vorzugsweise aus mehreren selbständigen Subsystemen mit je einer Radareinheit und einem oder mehreren Geschützen. Figur 1 zeigt ein Beispiel einer solchen Anordnung mit drei Subsystemen SS1 bis SS3 mit jeweils Modulen GMi und TMi. Selbständigkeit bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Gerätemodule innerhalb eines Subsystems SSi ohne zusätzliche Daten oder Steuerparameter anderer Subsysteme zusammenwirken und somit auch losgelöst vom Gesamtsystem eingesetzt werden können. Obwohl im folgenden die erfindungsgemässe Vorrichtung und das Verfahren im wesentlichen anhand eines Ausführungsbeispiels mit einzelnen Subsystemen beschrieben wird, so ist zu betonen, dass auch andere Vernetzungen der einzelnen Gerätemodule möglich oder für spezielle Anwendungen sogar vorzuziehen sind. Selbstverständlich ist das erfindungsgemässe Verfahren nicht auf Geschütz- und Radarmodule beschränkt, sondern kann auch im Zusammenhang mit anderen Effektoren und Zielerfassungsvorrichtungen, bspw. Lenkwaffen und optischen Zielerfassungseinrichtungen, oder anderen Vorrichtugen verwendet werden.In order to obtain optimum fire readiness and accuracy on a battleship, the present invention aims to optimize the overall system. The individual device groups, ie, for example, a radar with two guns, are not considered detached from the overall system, but rather treated as part of the latter. In order to implement a corresponding functional principle, the fire control system is extensively networked. The fire control system according to the invention preferably consists of several independent subsystems, each with a radar unit and one or more guns. FIG. 1 shows an example of such an arrangement with three subsystems SS1 to SS3, each with modules GMi and TMi. In this context, independence means that the device modules within a SSi subsystem interact without additional data or control parameters from other subsystems and can therefore be used separately from the overall system. Although in the following the fiction According to the device and the method described essentially on the basis of an exemplary embodiment with individual subsystems, it should be emphasized that other networks of the individual device modules are also possible or are even preferable for special applications. Of course, the method according to the invention is not limited to gun and radar modules, but can also be used in connection with other effectors and target detection devices, for example guided missiles and optical target detection devices, or other devices.

Das Erfindungsziel liegt darin, ein Feuerleitsystem möglichst grosser Zuverlässigkeit und Genauigkeit zu schaffen. Dazu sind gemäss dem erfinderischen Gedanken die einzelnen Module des Systems in geeigneter Weise vernetzt, so dass eine passive (oder in Spezialfällen aktive) Redundanz des Systems nicht nur erreicht, sondern auch genutzt wird. Gleichzeitig werden Mess- und Regelvorrichtungen vorgesehen, welche sowohl statische, quasi-statische als auch dynamische Fehler bei der Steuerung auskorrigieren können, was - wie weiter unten ausgeführt wird - Voraussetzung für eine adäquate Systemgenauigkeit ist. Um die Einsatzbereitschaft des Feuerleitsystems überwachen und optimieren bzw. die durch die Vernetzung realisierte Flexibilität des Systems ausnutzen zu können, wird ein Sicherheits-bzw. Steuersystem vorgesehen. Dabei kann sowohl eine hinweisende Sicherheitstechnik als auch eine Selbstüberwachung des Systems angewandt werden. Da das Sicherheitssystem mindestens eine zentrale Überwachungs- bzw. Steuereinheit SCU (system-control-unit) aufweisen muss, werden vorzugsweise, zur Erhöhung der Sicherheit, mehrere unabhängige, prinzipverschiedene Schutzsysteme angewandt. Diese Überwachungseinheit SCU ist über gemeinsame oder durch separate Datenleitungen (gestrichelte Linien in Figur 1) mit allen Modulen verbunden und kontrolliert die Einsatzbereitschaft und das Zusammenwirken der einzelnen Module TMi und GMi.The aim of the invention is to create a fire control system with the greatest possible reliability and accuracy. For this purpose, according to the inventive concept, the individual modules of the system are networked in a suitable manner, so that passive (or active in special cases) redundancy of the system is not only achieved but also used. At the same time, measurement and control devices are provided which can correct both static, quasi-static and dynamic errors in the control, which - as will be explained below - is a prerequisite for adequate system accuracy. In order to monitor and optimize the operational readiness of the fire control system or to be able to take advantage of the flexibility of the system achieved through networking, a security or. Tax system provided. Both an indicative safety technology and self-monitoring of the system can be used. Since the security system must have at least one central monitoring or control unit SCU (system control unit), several independent, fundamentally different protection systems are preferably used to increase security. This monitoring unit SCU is connected to all modules via common or separate data lines (dashed lines in FIG. 1) and controls the readiness for use and the interaction of the individual modules TMi and GMi.

Sowohl die Zielerfassungsmodule TMi als auch die Effektormodule GMi sind vorzugsweise als leicht auswechselbare Einheiten ausgeführt, was einen relativ leichten und exakten Einbau ermöglicht. Dieses Konzept erlaubt auf einfachste Weise auch ein nachträgliches Umrüsten älterer Kampfschiffe verschiendener Modelle. Über eine gemeinsame Datenleitung 5 sind die Radarmodule TMi jeweils mit den Subsysteminternen Datenleitungen 6-8 der anderen Subsysteme SSi verbunden.Both the target acquisition modules TMi and the effector modules GMi are preferably designed as easily replaceable units, which enables relatively easy and exact installation. This concept also allows a simple retrofitting of older warships of different models. The radar modules TMi are each connected to the subsystem-internal data lines 6-8 of the other subsystems SSi via a common data line 5.

Es ist speziell darauf hinzuweisen, dass die Begriffe "vernetzt" und "verbunden" im Rahmen der Erfindung als funktionelle Begriffe zu verstehen sind. Es ist deshalb nicht notwendig bzw. es kann für spezielle Ausführungsformen nützlich oder sogar erforderlich sein, dass die "Verbindungen" nicht physisch mittels elektrischer Leitungen ausgeführt sind. Vielmehr kann die Vernetzung auch über Funk oder andere Datenübermittlungssysteme gewährleistet werden. Dabei ist besonderes Gewicht auf eine funktionssichere Übertragung zu legen. Verkabelte Systeme sind in dieser Hinsicht vorteilhaft. Durch eine redundante Vernetzung wird die Betriebssicherheit zusätzlich gesteigert.It should be specifically pointed out that the terms “networked” and “connected” are to be understood as functional terms in the context of the invention. It is therefore not necessary, or it may be useful or even necessary for special embodiments, that the “connections” are not made physically by means of electrical lines. Rather, networking can also be guaranteed via radio or other data transmission systems. Particular emphasis must be placed on reliable transmission. Wired systems are advantageous in this regard. Operational safety is further increased through redundant networking.

Die prinzipielle Vernetzung eines solchen Feuerleitsystems ist aus Figur 1 ersichtlich Die Mess- und Regeldaten, welche zur Berücksichtigung der Abweichung bezüglich gegenseitiger Ausrichtung benötigt werden, sind über ein Datennetz 5-8 verfügbar. Das Sicherheitssystem SCU ist seinerseits über ein zweites Datennetz 10 mit den einzelnen Modulen verbunden. Über dieses Datennetz 10 sind Daten über Feuerbereitschaft, Störungen (bspw. Erschütterungen, Defekte, usw.), Genauigkeit der Module etc. verfügbar und gleichzeitig dient es als Datennetz für die Steuerdaten der SCU. Selbstverständlich können die beiden Datennetze 5-8, 10 auch als einheitliches Netz ausgeführt werden. Die der SCU zur Verfügung gestellten Daten bieten die Entscheidungs- bzw. Berechnungsgrundlage für eine Optimierung der jeweils realisierten Verbindungen der Module.The basic networking of such a fire control system can be seen in FIG. 1. The measurement and control data which are required to take account of the deviation with respect to mutual alignment are available via a data network 5-8. The security system SCU is in turn connected to the individual modules via a second data network 10. Data about readiness for fire, malfunctions (for example vibrations, defects, etc.), accuracy of the modules etc. are available via this data network 10 and at the same time it serves as a data network for the control data of the SCU. Of course, the two data networks 5-8, 10 can also be designed as a uniform network. The data made available to the SCU provide the basis for decision-making and calculation for optimizing the connections made to the modules.

11. Networking for compensation of alignment errors

Zentral für die Erfindung ist die Kompensation eines möglichst grossen Teils der Ausrichtfehler der Module. In Figur 2A und 2B sind schematisch zwei Methoden zur Berücksichtigung der Ausrichtfehler innerhalb eines Feuerleitsystems dargestellt. Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf ein System mit N Subsystemen und M Effektormodulen (Geschütze, [GM]), wobei jedes Subsystem ein Zielerfassungsmodul (Radar, [TM]) aufweist. Die Kompensationsparameter bzw. Korrekturvektoren zum Ausgleich der Ausrichtfehler zwischen den Subsystemen sind mit Ujj, diejenigen innerhalb eines Subsystems mit e_i bezeichnet. Die Methode gemäss Figur 2A erfasst die Ausrichtfehler innerhalb eines Subsystems und zwischen den einzelnen Subsystemen. Die Gesamtzahl der zu berücksichtigenden Korrekturvektoren und U_ij beträgt

Z₁ = M + N_.(N-1)/2.

Soll beispielsweise das Radarmodul TM₁ die Steuerung des Geschützmoduls GMs übernehmen, so ist der Korrekturvektor gleich U₁+ V₃₅. Die zweite Methode gemäss Figur 2B erfasst die Korrekturvektoren zwischen sämtlichen Radarmodulen TMi und Geschützmodulen GMi. Die Gesamtzahl der Korrekturvektoren beträgt

Z₂ = MON.

Central to the invention is the compensation of the largest possible part of the alignment errors of the modules. FIGS. 2A and 2B schematically show two methods for taking alignment errors into account in a fire control system. The following statements refer to a system with N subsystems and M effector modules (guns, [GM]), each subsystem having a target acquisition module (radar, [TM]). The compensation parameters or correction vectors for compensating the alignment errors between the subsystems are denoted by Ujj, those within a subsystem by e _i . The method according to FIG. 2A detects the alignment errors within a subsystem and between the individual subsystems. The total number of correction vectors and U _ij to be taken into account is

Z ₁ = M + _N. (N-1) / 2.

For example, if the radar module TM _{1 is} to take over the control of the gun module GMs, the correction vector is U ₁ + V ₃₅ . The second method according to FIG. 2B detects the correction vectors between all TMi radar modules and GMi gun modules. The total number of correction vectors is

Z ₂ = MON.

Möglichkeiten zur entsprechenden Vernetzung der Module sind in den Figuren 3A und 3B dargestellt. Dabei ist ein gemeinsamer Datenbus 5 vorgesehen, der mit den einzelnen Modulen verbunden ist. Aus diesen Figuren ist ebenfalls der Datenfluss ersichtlich, wobei die gestrichelten Verbindungen den Datenfluss zeigen, wie er bei Störungen in einem Subsystem erfolgt. Bei beiden Ausführungsvarianten sind dezentrale Rechnereinheiten COMP vorgesehen, welche der Auswertung der durch die Sensoren SENS gelieferten Daten dienen. In Figur 3A ist zudem eine zusätzliche Rechnereinheit COMP 0 zur Bestimmung der Ausrichtfehler zwischen den einzelnen Subsystemen vorgesehen. Wie aus diesen Darstellungen ersichtlich ist, enthalten alle Module selbständige Rechnereinheiten. Die Verteilung der Rechenlast auf die einzelnen Computer kann je nach Anwendung variieren. Vorzugsweise werden den Geschützmodulen nur Korrekturdaten geliefert, die durch die zugeordneten Rechnereinheiten ausgewertet werden, d.h. die eigentlichen Kompensationsdaten für die Steuerung der Geschütze werden durch die Rechnereinheiten der Geschütze bestimmt. Die beiden Methoden der Fehlerkorrektur unterscheiden sich hinsichtlich Redundanz, Zuverlässigkeit zwischen oder innerhalb der Subsysteme, Rechenaufwand und Belastung der einzelnen Rechnereinheiten COMP und weiterer Faktoren, so dass je nach den gegebenen Anforderungen die eine oder andere Variante gewählt werden kann. Wie leicht ersichtlich ist, eignet sich das Prinzip gemäss Figur 3B insbesondere zur Erzielung einer aktiven Redundanz.Possibilities for the corresponding networking of the modules are shown in FIGS. 3A and 3B. A common data bus 5 is provided, which is connected to the individual modules. The data flow can also be seen from these figures, the dashed lines showing the data flow as it occurs in the event of faults in a subsystem. In both versions, decentralized computer units COMP are provided, which are used to evaluate the data supplied by the sensors SENS. In FIG. 3A, an additional computer unit COMP 0 is also provided for determining the alignment errors between the individual subsystems. As can be seen from these representations, all modules contain independent computer units. The distribution of the computing load on the individual computers can vary depending on the application. Preferably, the gun modules are only supplied with correction data which are evaluated by the assigned computer units, i.e. the actual compensation data for the control of the guns are determined by the computer units of the guns. The two methods of error correction differ in terms of redundancy, reliability between or within the subsystems, computing effort and load on the individual computer units COMP and other factors, so that one or the other variant can be selected depending on the given requirements. As can easily be seen, the principle according to FIG. 3B is particularly suitable for achieving active redundancy.

111. Types and consideration of misalignment

Art und Weise der Vernetzung und Einrichtungen zur Fehlerkorrektur, bspw. notwendige Sensoren, stehen dabei in einem engen Zusammenhang. Ein modulares, vernetztes System kann nur sinnvoll eingesetzt werden, wenn bei der Verbindung beliebiger Module noch eine hinreichende Präzision gewährleistet ist, die wiederum von folgenden Störfaktoren abhängig ist:

The type of networking and facilities for error correction, e.g. necessary sensors, are closely related. A modular, networked system can only be used effectively if sufficient precision is guaranteed when connecting any modules, which in turn depends on the following disruptive factors:

Um eine exakte Steuerung bzw. Ausrichtung der einzelnen Effektoren zu erreichen, müssten grundsätzlich alle gegenseitigen Bewegungen der Zielachsen von Radar und Geschütz berücksichtigt werden, d.h. Störfaktoren der Typen 2, 4, 6, sowie sämtliche statischen und quasi-statischen Störeffekte der Typen 1, 3, 5. Dadurch wären eine Vielzahl von Abweichungen zu berücksichtigen, wobei der Schaltungs-, Vernetzungs-und Rechenaufwand im Hinblick auf den praktischen Einsatz zu gewissen Einschränkungen führen muss. Aus diesem Grund werden bei dem erfindungsgemässen Verfahren vorzugsweise gewisse, für den praktischen Einsatz nur unbedeutende Ausrichtfehler vernachlässigt und nicht kompensiert. Im wesentlichen kann zwischen zwei unterschiedlichen Ausrichtfehlern unterschieden werden. Gemäss vorstehender Übersicht treten einerseits konstruktionsbedingt zwi sehen den einzelnen Einheiten der Subsysteme sowie in der gegenseitigen Lage der Subsysteme statische bzw. quasi-statische Fehler auf, welche sich nur langsam, d.h. in Zeiträumen von Tagen und Wochen, verändern. Solche Veränderungen der Schiffs- bzw. Gerätegeometrie entstehen beispielsweise durch Be- und Entladen des Schiffes, durch Fremdeinwirkung wie Auflaufen, Anstossen, starke Erschütterungen und starken Seegang sowie Alterung des Materials etc. Ausserdem weisen alle mechanischen Teile, Geräteeinheiten, etc. Bettungs- und Fertigungstoleranzen auf. Andererseits werden durch Seegang und durch Schiffsmanöver dynamische Fehler verursacht, welche zu gegenseitigen Bewegungen und kurzzeitigen elastischen Verformungen führen und normalerweise im Bereich von bis zu ca. 5 Hz liegen. Sowohl die statischen als auch die dynamischen Fehler treten innerhalb der einzelnen Module, innerhalb eines Subsystemes sowie zwischen den verschiedenen Subsystemen auf und überlagern sich gegenseitig. Durch entsprechende Sensoren und rechenmässiger Auswertung dieser Messresultate sowie bekannter Korrekturdaten, Gerätekorrekturwerte, Offsetwerte, etc., werden durch das erfindungsgemässe Verfahren Ausrichtfehler der Typen 1 und 3, 4, 5 und 6 berücksichtigt. Die dynamischen Fehler innerhalb der einzelnen Module würden zusätzliche Sensoren und Auswerteinheiten erfordern, wobei die entsprechenden Korrekturen innerhalb der Module selbst vorgenommen würden.In order to achieve precise control or alignment of the individual effectors, all mutual movements of the target axes of the radar and gun would have to be taken into account, ie Interference factors of types 2, 4, 6, as well as all static and quasi-static interference effects of types 1, 3, 5. This would mean that a large number of deviations would have to be taken into account, with the circuitry, networking and computational outlay with regard to practical use certain restrictions. For this reason, certain alignment errors, which are only insignificant for practical use, are preferably neglected and not compensated for in the method according to the invention. A distinction can essentially be made between two different alignment errors. According to the overview above, static or quasi-static errors occur on the one hand due to the construction between the individual units of the subsystems and in the mutual position of the subsystems, which errors only change slowly, ie in periods of days and weeks. Such changes in the ship or device geometry arise, for example, from loading and unloading of the ship, from external influences such as accidents, impacts, strong vibrations and strong swell as well as aging of the material etc. In addition, all mechanical parts, device units, etc. have bedding and manufacturing tolerances on. On the other hand, swell and ship maneuvers cause dynamic errors, which lead to mutual movements and brief elastic deformations and are usually in the range of up to approx. 5 Hz. Both the static and the dynamic errors occur within the individual modules, within a subsystem and between the various subsystems and overlap each other. Appropriate sensors and computational evaluation of these measurement results, as well as known correction data, device correction values, offset values, etc., allow alignment errors of types 1 and 3, 4, 5 and 6 to be taken into account by the method according to the invention. The dynamic errors within the individual modules would require additional sensors and evaluation units, with the corresponding corrections being made within the modules themselves.

A. Compensation for static and quasi-static alignment errors

Im folgenden sollen Beispiele möglicher Sensoren und Auswertverfahren zur Bestimmung der Korrekturdaten beschrieben werden. Die Eigen-Parameter der Radar- und Geschützmodule7 bzw. die Messwerte der installierten Einheiten werden in üblicher Weise ausgemessen und gespeichert. Die durch Fertigungstoleranzen und durch die Montage bedingten Ausrichtfehler unterliegen nur geringen zeitlichen Schwankungen und können als quasi-statisch betrachtet werden. Die Mög lichkeiten einer mechanischen Korrektur von Abweichungen der gegenseitigen Ausrichtung von verschiedenen Modulen, insbesondere -solcher in verschiedenen Subsystemen, sind jedoch nur beschränkt und ein Auskorrigieren von Fertigungs- und Montagetoleranzen mittels lediglich mechanischen Massnahmen führt nur zu unbefriedigenden Resultaten. Dabei ist es insbesondere nicht möglich, bspw. ein Geschützmodul mechanisch gleichzeitig auf verschiedene Radarmodule abzugleichen. Wenn ein Geschützmodul durch ein Radarmodul eines anderen Subsystems gesteuert werden soll, muss berücksichtigt werden, dass der Schiffsrumpf trotz seiner über längere Zeit quasi-statischen Geometrie einen regelmässigen gegenseitigen Abgleich der Module erfordert.Examples of possible sensors and evaluation methods for determining the correction data are described below. The intrinsic parameters of the radar and gun modules7 and the measured values of the installed units are measured and stored in the usual way. The alignment errors due to manufacturing tolerances and assembly are subject to only slight fluctuations in time and can be considered quasi-static. However, the possibilities for mechanical correction of deviations in the mutual alignment of different modules, in particular those in different subsystems, are only limited and correcting manufacturing and assembly tolerances by means of mechanical measures only leads to unsatisfactory results. In particular, it is not possible, for example, to mechanically adjust a gun module to different radar modules at the same time. If a gun module is to be controlled by a radar module from another subsystem, it must be taken into account that the ship's hull, despite its quasi-static geometry over a long period of time, requires the modules to be regularly compared.

Für die Bestimmung der quasistatischen Ausrichtfehler wird vorzugsweise nach der Installation des Feuerleitsystemes ein regelmässig, einfach wiederholbarer Abgleich durchgeführt. Hierzu besitzen die einzelnen Module je einen Zielerfassungssensor, welcher ein Messziel mit einer Genauigkeit von wenigen Zehntel Winkelminuten erfassen kann. Durch das gleichzeitige Verfolgen eines Messzieles durch ein Geschützmodul und ein Radarmodul kann durch Vergleich der gemessenen Werte die Abweichung der durch den Radar ermittelten Steuerwerte zur korrekten Ausrichtung des Geschützmodules bestimmt und ebenfalls gespeichert werden. Vorzugsweise werden mehrere Messungen durchgeführt, wobei ein bewegliches Messziel, beispielsweise ein Helikopter mit einem Zielkörper, eingesetzt wird. Eine Überprüfung und erneutes Speichern dieser derart bestimmten Kompensationsparameter wird deshalb nur von Zeit zu Zeit, in Zeiträumen von Tagen oder Wochen, erforderlich. Ein solches Verfahren zur Bestimmung der Kompensationsparameter für die statische Fehlerkorrektur geht beispielsweise aus der CH-Patentanmeldung 01 881/87-7 hervor. Die gespeicherten Kompensationsparameter werden im Betrieb beim Ausrichten der Geschützmodule elektronisch oder rechnerisch ausgewertet und die Steuerdaten für die Geschütze entsprechend korrigiert.To determine the quasi-static alignment errors, a regular, easily repeatable adjustment is preferably carried out after the installation of the fire control system. For this purpose, the individual modules each have a target acquisition sensor, which can record a measurement target with an accuracy of a few tenths of an angular minute. By simultaneously tracking a measurement target by a gun module and a radar module, the deviation of the control values determined by the radar for correct alignment of the gun module can be determined and also stored by comparing the measured values. Several measurements are preferably carried out using a movable measurement target, for example a helicopter with a target body. It is therefore only necessary to check and re-store these compensation parameters determined in this way from time to time, in periods of days or weeks. Such a method for determining the compensation parameters for the static error correction can be found, for example, in the CH patent application 01 881 / 87-7. The stored compensation parameters are evaluated electronically or computationally when the gun modules are aligned and the control data for the guns are corrected accordingly.

B. Compensation for dynamic alignment errors

Für die Bestimmung der dynamischen, durch Schiffsbewegungen, Erschütterungen, etc. verursachten Ausrichtfehler wird ein Deformationsmesssystem [DMS] vorgesehen. Dazu ist vorzugsweise in jedem Gerätemodul GMi, TMi ein Sensor enthalten. Es ist günstig, die Geräteeinheiten innerhalb eines Subsystems derart auf dem Schiff anzuordnen, dass ihre gegenseitige Lage durch Schiffsbewegungen praktisch nicht beeinflusst wird. Dies kann durch Versteifungen des Schiffsrumpfes bzw. einem einheitlichen "Fundament" in diesem Bereich und durch möglichst kleine Distanz zwischen den Geräteeinheiten erreicht werden. Unter Umständen kann durch diese Massnahme erreicht werden, dass die Subsysteme für sich bezüglich dynamischen Abweichungen als starr bzw. die Bewegungen der einzelnen Module als identisch betrachtet werden können und nicht jedes Modul mit einem Sensor ausgerüstet werden muss, sondern jedes Subsystem nur einen gemeinsamen Sensor enthält. Meistens wird die Kostenbetrachtung darüber entscheiden, welchen Vorkehrungen, Versteifung oder zusätzliche Sensoren, der Vorzug gegeben wird. Keinesfalls soll jedoch das Problem der komplexen Vernetzbarkeit das Vorgehen limitieren, da es ja gerade im Gedanken der Erfindung liegt, komplexe Vernetzungen operabel zu machen.A deformation measurement system [DMS] is provided to determine the dynamic alignment errors caused by ship movements, vibrations, etc. For this purpose, a sensor is preferably contained in each device module GMi, TMi. It is convenient to have the device units within a subsy to be arranged on the ship in such a way that their mutual position is practically not influenced by ship movements. This can be achieved by stiffening the hull or a uniform "foundation" in this area and by minimizing the distance between the device units. Under certain circumstances, this measure can achieve that the subsystems can be regarded as rigid in terms of dynamic deviations or the movements of the individual modules can be regarded as identical, and that not every module has to be equipped with a sensor, but rather each subsystem contains only one common sensor . Most of the time, the cost analysis will decide which precautions, stiffening or additional sensors are preferred. However, the problem of complex connectivity should in no way limit the procedure, since it is precisely the idea of the invention to make complex networks operable.

Die Sensoren dieses DMS messen die Drehgeschwindigkeiten und die linearen Beschleunigungen. Die Resultate der Messungen werden vom zugehörigen Rechner vorzugsweise in einem (nordorientierten) Horizontsystem E_H aufbereitet und dargestellt. Die Sensoren liefern also kontinuierlich die für die Bestimmung der Lage notwendigen Parameter. Dabei werden in bekannter Weise Strapdown-Sensorblöcke mit entsprechenden Messeinrichtungen verwendet. Zu diesem Zweck ent halten diese Sensorblöcke vorzugsweise drei Beschleunigungsmesser und mindestens zwei (gefesselte) Kreisel. Die Beschleunigungsmesser liefern dabei die Information über die linearen Verschiebungen der jeweiligen Einheiten und die Kreisel die entsprechende Information über rotatorische Bewegungen. Es ist offensichtlich, dass zur Bestimmung der Kompensationsparameter beliebige, auf Beschleunigung oder Winkelgeschwindigkeit der auszuwertenden Einheiten bezogene, kinematischen Daten verwendet werden können. Diese mittels Sensoren gemessenen Daten werden durch einen geeigneten Algorithmus ausgewertet und vorzugsweise als Kompensations- Matrix A_ij erfasst, welche die relative Verdrehung zweier Geräteeinheiten zueinander in Form kleiner Kardanwinkel angibt.The sensors of this strain gauge measure the rotational speeds and the linear accelerations. The results of the measurements are preferably prepared and displayed by the associated computer in a (north-oriented) horizon system E _H. The sensors therefore continuously supply the parameters necessary for determining the position. Strapdown sensor blocks with corresponding measuring devices are used in a known manner. For this purpose, these sensor blocks preferably contain three accelerometers and at least two (bound) gyroscopes. The accelerometers provide the information about the linear displacements of the respective units and the gyroscope the corresponding information about rotary movements. It is obvious that any kinematic data relating to the acceleration or angular velocity of the units to be evaluated can be used to determine the compensation parameters. These data measured by means of sensors are evaluated by a suitable algorithm and preferably recorded as a compensation matrix A _ij , which indicates the relative rotation of two device units relative to one another in the form of small gimbal angles.

Die Kompensations-Matrix A_;j enthält die Information über den Ausrichtfehler zwischen den Einheiten i und j und ermöglicht die Kompensation dieses Fehlers, indem der jeweilige Steuervektor zur Steuerung eines Geschützmoduls j durch ein Radarmodul i, welcher die Daten für die Ausrichtung des Geschützes auf das Ziel enthält, unter Berücksichtigung dieser Kompensations-Matrix A_ij bestimmt wird. Bei der Steuerung eines Geschützmodules durch das entsprechende Radarmodul können mittels dieser Kompensations-Matrix A_ij die dynamischen Ausrichtfehler auskorrigiert werden. Da allerdings die durch die Beschleunigungsmesser bzw. Kreisel gemessenen Werte jeweils sowohl durch die rotatorischen als auch die translatorischen Bewegungen beeinflusst werden und demnach eine gegenseitige Abhängigkeit besteht, erfordert die Berechnung der Kompensations-Matrix A_ij einen nicht unerheblichen Rechenaufwand.The compensation matrix A _{; j} contains the information about the alignment error between the units i and j and enables the compensation of this error by the respective control vector for controlling a gun module j by a radar module i, which contains the data for the alignment of the gun to the Target contains, taking into account this compensation matrix A _{ij is} determined. When a gun module is controlled by the corresponding radar module, the dynamic alignment errors can be corrected using this compensation matrix A _ij . However, since the values measured by the accelerometers or gyroscopes are influenced by both the rotary and the translatory movements and therefore there is a mutual dependency, the calculation of the compensation matrix A _ij requires a not inconsiderable amount of computation.

Ein Algorithmus zur Bestimmung der Kompensationsparameter kann beispielsweise unter Verwendung eines Kalman-Filters durchgeführt werden, indem als Eingangsgrössen die Winkelinkremente der entsprechenden Einheiten sowie deren Geschwindigkeitsinkremente ver wendet werden. Die prinzipielle Funktionsweise eines solchen Algorithmus ist beispielsweise in der Schrift "Kalman Filter Formulations for Transfer Alignment of Strapdown Inertial Units" [Schneider, Alan M. in: Navigation, Journal of the Institute of Navigation, Vol. 30, No. 1, Spring 1983] aufgezeigt. Die einzelnen Messperioden zur Bestimmung der Winkel- und Geschwindigkeitsinkremente betragen bspw. 20 msec. Der mit einem Algorithmus unter Verwendung eines Kalman-Filters verbundene Rechenaufwand kann wesentlich vermindert werden, indem der Algorithmus ein Filterverfahren verwendet, bei welchem mittels der Messdaten der Beschleunigungsmesser die Messwerte der Kreisel gefiltert werden (vgl. Kapitel IV.A.). Ein solcher Algorithmus erlaubt beispielsweise bei einer Übernahme der Steuerung eines Geschützes durch ein anderes Radarmodul äusserst kurze Einschwingzeiten von ca. 3 Minuten.An algorithm for determining the compensation parameters can be carried out, for example, using a Kalman filter by using the angular increments of the corresponding units and their speed increments as input variables. The principle of operation of such an algorithm is described, for example, in the publication "Kalman Filter Formulations for Transfer Alignment of Strapdown Inertial Units" [Schneider, Alan M. in: Navigation, Journal of the Institute of Navigation, Vol. 30, No. 1, Spring 1983]. The individual measuring periods for determining the angle and speed increments are, for example, 20 msec. The computing effort associated with an algorithm using a Kalman filter can be significantly reduced if the algorithm uses a filter method in which the measured values of the accelerometers are used to filter the measured values of the gyroscopes (see Chapter IV.A.). Such an algorithm allows, for example, extremely short settling times of approximately 3 minutes if control of a gun is taken over by another radar module.

Vorzugsweise werden im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens für das DMS folgende Daten bestimmt:

a) stationäre bzw. quasi-stationäre Eingangswerte
- - Azimut-Ausrichtabweichung zwischen den Sensorblöcken
- - Parallaxe zwischen den Sensorblöcken
b) dynamische Messwerte
- - die lineare Beschleunigung won Σ_D bezüglich Σ₁ jedes Sensorblocks
- - die Winkelgeschwindigkeit won Σ_D bezüglich Σ₁ jedes Sensorblocks
c) Ausganswerte (dynamisch, bandbegrenzt)
- - relative Verdrehung zwischen den Sensorblöcken (kleine Kardanwinkel)

The following data are preferably determined for the DMS as part of the method according to the invention:

a) stationary or quasi-stationary input values
- - Azimuth misalignment between the sensor blocks
- - Parallax between the sensor blocks
b) dynamic measured values
- - the linear acceleration won Σ _D with respect to Σ _{1 of} each sensor block
- - the angular velocity won Σ _D with respect to Σ _{1 of} each sensor block
c) output values (dynamic, band-limited)
- - relative rotation between the sensor blocks (small gimbal angles)

Wird ausserdem die Lage von L_D in L_H angegeben, werden zusätzlich die Navigationsparameter benötigt für die Beziehung zwischen Σ_D und F_H.If the position of L _D in L _{H is also} specified, the navigation parameters are also required for the relationship between Σ _D and F _H.

Dabei bezeichnet L_D ein schiffsbezogenes und E_H ein erdoberflächenbezogenes kartesisches Koordinatensystem (mit Zentrum im Schiffs deck und einer gegen die Erdmitte gerichteteten Achse). Σ₁ ist ein inertielles Koordinatensystem (mit Zentrum in der Erdmitte).L _D denotes a ship-related and E _H a Earth-related Cartesian coordinate system (with a center in the ship's deck and an axis directed towards the center of the earth). Σ ₁ is a inertial coordinate system (with center in the middle of the earth).

Die Werte der Kompensationsmatrix A_ij werden in Analogie zur Berechnung statischer Korrekturmatrizen bestimmt. Der Auswertungsalgorithmus zur Bestimmung der Kompensationsmatrix A_ij zwischen zwei Sensoren i und j erfordert vorzugsweise als Eingangsgrössen die Winkelinkremente, d.h. die Integrale der Winkelgeschwindigkeit über eine bestimmte Messperiode (bspw. 20 msec), die Geschwindigkeitsinkremente, d.h. die Integrale der translatorischen Geschwindigkeiten in einer entsprechenden Messperiode, und die (stationären) Azimut-Ausrichtabweichungen sowie die Parallaxen-Vektoren zwischen den Sensoren. Diese Eingangsgrössen werden mittels eines Computers oder dezentraler Rechnereinheiten in Echtzeit ausgewertet, so dass pro Messperiode die Ausrichtfehler-Winkel um die Achsen des Bezugssystems als Korrekturdaten vorliegen. Die Auswertung erfolgt bspw. mit einer Taktfrequenz von 50 Hz.The values of the compensation matrix A _ij are determined in analogy to the calculation of static correction matrices. The evaluation algorithm for determining the compensation matrix A _ij between two sensors i and j preferably requires as input variables the angular increments, ie the integrals of the angular velocity over a certain measuring period (for example 20 msec), the speed increments, ie the integrals of the translational speeds in a corresponding measuring period , and the (stationary) azimuth alignment deviations as well as the parallax vectors between the sensors. These input variables are evaluated in real time by means of a computer or decentralized computer units, so that the alignment error angles about the axes of the reference system are available as correction data for each measurement period. The evaluation is carried out, for example, with a clock frequency of 50 Hz.

IV. Procedure for optimizing the operational readiness and accuracy of the fire control system

Figur 4 zeigt eine schematische Übersicht über das erfindungsgemässe Verfahren im Zusammenhang mit dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel mit selbständigen Subsystemen, deren Radarmodule die Steuerung von Geschützmodulen anderer Subsysteme übernehmen können oder diesen die Daten zur Verfügung stellen, die für die Ausrichtfehler-Korrektur notwendig sind. Die Blöcke A bis C beziehen sich auf die Erfassung der notwendigen Korrekturdaten. Erfasst werden die statischen (A) quasistatischen (B) und dynamischen (C) Abweichungen. Diese Daten werden zentral oder dezentral durch Recheneinheiten ausgewertet (D). Dies erfolgt durch Bestimmung der Kompensationsparameter, unter anderem der Korrekturmatrizen A_ij, wobei letztere grundsätzlich nur für die jeweils gekoppelten Gerätemodule bestimmt werden müssen. Durch eine permanente Überwachung des Systemzustandes wird durch Steuerung der Vernetzung der einzelnen Module bzw. Subsysteme (E, F) eine optimale Einsatzbereitschaft erreicht. Die berechneten Werte werden als Ausrichtdaten während des Einsatzes berücksichtigt (G).FIG. 4 shows a schematic overview of the method according to the invention in connection with the exemplary embodiment described above with independent subsystems whose radar modules can take over the control of gun modules from other subsystems or provide them with the data which are necessary for correcting the alignment error. Blocks A to C relate to the acquisition of the necessary correction data. Static (A) quasi-static (B) and dynamic (C) deviations are recorded. This data is evaluated centrally or decentrally by computing units (D). This is done by determining the compensation parameters, including the correction matrices A _ij , the latter basically only having to be determined for the respective coupled device modules. Permanent monitoring of the system status ensures optimal operational readiness by controlling the networking of the individual modules or subsystems (E, F). The calculated values are taken into account as alignment data during use (G).

Da bereits kleine Abweichungen der Sensoren Einfluss auf die Kompensationsparameter nehmen, muss der Zeitstabilität dieser Sensoren Beachtung geschenkt werden. Die Beschleunigungsmesser stützen die Kreiselmessung bezüglich Drift in zwei Achsen. Da die Lotachse aus physikalischen Gründen nicht gestützt werden kann, muss von Zeit zu Zeit die Winkelverdrehung um diese Achse exakt gemessen werden.Since even small deviations of the sensors influence the compensation parameters, the time stability of these sensors must be taken into account. The accelerometers support gyro measurement with respect to drift in two axes. Since the plumb axis cannot be supported for physical reasons, the angular rotation around this axis must be measured from time to time.

A. Determination of the compensation parameters using an algorithm

Zur Erfassung der Eingangsgrössen für den Algorithmus können herkömmliche Sensoren, vorzugsweise Strapdown-Sensoren, eingesetzt werden.Conventional sensors, preferably strapdown sensors, can be used to record the input variables for the algorithm.

Die Figur 5A zeigt schematisch die Bestimmung der Ausrichtdaten zwischen zwei Subsystemen durch das Deformations-Messsystem [DMS]. SENS1 ist ein erster Sensor, angebracht an einer Geräteeinheit eines ersten Subsystems (nicht gezeichnet), SENS2 ist ein zweiter Sensor, angebracht an einer Geräteeinheit eines zweiten Subsystems (nicht gezeichnet). Diese Sensoren, bestückt mit Beschleunigungsmessern und gefesselten Kreiseln, können z.B. für die Navigation eingesetzt sein, wobei sie laufend Lagekoordinaten und Drehge schwindigkeiten in .einem raumfesten Koordinatensystem angeben, und/oder für das Ermitteln der Stabilisierdaten für die zugehörige Geräteeinheit. Ihre internen Signale lassen sich aber auch dahingehend aufbereiten, dass sie die Winkelgeschwindigkeit wi, w₂ der Verdrehungen um die eigenen Achsen und die Beschleunigungen ai, a₂ in Richtung derselben angeben. Diese Ausgänge der Sensoren sind Eingangsgrössen des Berechnungsteils COMP des DMS. Weitere Eingangsgrössen sind die Parallaxe D zwischen den Sensoren und die quasistatische Abweichung h_z der Ausrichtung der Sensoren um die Lotachse. Letztere ist nötig, weil die Sensoren selber keine Stützung der Daten über die Drehung um diese Achse liefern können. Der Berechnungsteil COMP liefert am Ausgang die kleinen Kardanwinkel k, welche die relative Verdrehung zweier Sensorblöcke zueinander angeben.FIG. 5A shows schematically the determination of the alignment data between two subsystems by the deformation measuring system [DMS]. SENS1 is a first sensor attached to a device unit of a first subsystem (not shown), SENS2 is a second sensor attached to a device unit of a second subsystem (not shown). These sensors, equipped with accelerometers and tied gyros, can be used, for example, for navigation, continuously indicating position coordinates and rotational speeds in a spatially fixed coordinate system, and / or for determining the stabilization data for the associated device unit. However, their internal signals can also be processed to indicate the angular velocity wi, w _{2 of} the rotations about their own axes and the accelerations ai, a ₂ in the direction thereof. These outputs of the sensors are input variables of the COMP computation part of the DMS. Other input variables are the parallax D between the sensors and the quasi-static deviation h _{z of} the alignment of the sensors around the perpendicular axis. The latter is necessary because the sensors themselves cannot support the data about the rotation about this axis. The computing part COMP delivers the small gimbal angles k at the output, which indicate the relative rotation of two sensor blocks to one another.

Eine mögliche Arbeitsweise des Berechnungsteils COMP 50, um aus den erwähnten Eingangssignalen die Kardanwinkel k zu ermitteln, ist in Fig. 5B beispielsweise detaillierter dargestellt. Die Messung der Winkelgeschwindigkeiten wi, w₂ ist kurzfristig sehr genau und deren Differenzen ergeben über die Zeit integriert im Prinzip die gesuchten relativen Verkantungswinkel k. Höherfrequente Signalanteile in der Winkelgeschwindigkeit, z.B. herrührend von Erschütterungen, interessieren dabei nicht, da sie ohnehin beim Nachsteuern der Zielachsen der Geräte der Feuerleitanlage zur Erfüllung der Feuerleitaufgabe nicht berücksichtigt werden können. Die Kardanwinkel k 54 werden daher in einem Filter 51 mit einer anwendungsspezifisch festlegbaren Bandbreite, z.B. von 5 Hz, durch eine Integration erhalten, z.B. in der Art dk/dt = A(w,)k + wi - w_?- d.A possible operation of the calculation part COMP 50 to determine the gimbal angle k from the input signals mentioned is shown in more detail in FIG. 5B, for example. The measurement of the angular velocities wi, w ₂ is very precise in the short term and their differences over time, in principle, result in the sought relative tilt angle k. Higher-frequency signal components in the angular velocity, for example due to vibrations, are of no interest here, since they cannot be taken into account anyway when re-adjusting the target axes of the devices of the fire control system to fulfill the fire control task. The cardan angles k 54 are therefore obtained in a filter 51 with an application-specific definable bandwidth, for example of 5 Hz, by integration, for example in the manner dk / dt = A (w,) k + wi - w _? - d.

Die Korrektur d 55 dient der Aufhebung der bei der Winkelgeschwindigkeitsmessung mit Kreiseln inhärent vorhandenen Drift.The correction d 55 serves to cancel out the drift inherent in the angular velocity measurement with gyroscopes.

Mit Hilfe der Beschleunigungsmessungen lassen sich die relativen Verkantungswinkel ebenfalls bestimmen, wobei die schnelleren Vorgänge allerdings nur mit ungenügender Genauigkeit wiedergegeben werden können, längerfristig gesehen hingegen die Bestimmung sehr genau ist. Im Berechnungsteil 53 werden daher mit Vorteil die Beschleunigungsmesswerte a₁, a₂ zunächst tiefpassartig gefiltert und anschliessend zur Bestimmung der Verkantungswinkel h 56 benützt, z.B. nach der Formel

B(a₂)h = a₂ -a_i- F(dw_l/dt,w_l)D.

The relative tilt angle can also be determined with the help of the acceleration measurements, although the faster processes can only be reproduced with insufficient accuracy, however, in the long term the determination is very precise. In the calculation part 53, the acceleration measured values a ₁ , a ₂ are therefore advantageously first filtered in a low-pass manner and then used to determine the cant angle h 56, for example according to the formula

B (a ₂ ) h = a ₂ -a _i - F (dw _l / dt, w _l ) D.

Ohne die Korrektur d 55 würde k den interessierenden, dynamischen Anteil und die demgegenüber langsam veränderliche Drift enthalten, h enthält nur einen Teil der interessierenden Frequenzanteile, ist jedoch im Mittel genau und längerfristig stabil. Die Subtraktion k - h enthält also einen Teil der interessierenden Frequenzen und die Drift. Durch den Regler 52, z.B. in der Art eines PIT2-Reglers mit einer Zeitkonstanten von ca. 10 sec, der das Korrektursignal d 55 liefert, werden die interessierenden Frequenzanteile unterdrückt und die Drift abgeglichen.Without the correction d 55, k would contain the dynamic component of interest and the drift, which, on the other hand, changes slowly, h contains only a part of the frequency component of interest, but is on average accurate and long-term stable. The subtraction k - h therefore contains a part of the frequencies of interest and the drift. By controller 52, e.g. The frequency components of interest are suppressed and the drift compared in the manner of a PIT2 controller with a time constant of approx. 10 seconds, which supplies the correction signal d 55.

B. Monitoring and control of operational readiness by a system control unit [SCU]

Während des Betriebes des Feuerleitsystems findet eine permanente Überwachung der Gerätemodule durch ein mittelbares oder hinweisendes Sicherheitssystem [SCU] statt. Ausfälle eines oder mehrer Gerätemodule können so jederzeit festgestellt werden. Durch Revisionsarbeiten, Gerätedefekte oder Beschädigungen der Geräte im Einsatz kann die Einsatzbereitschaft einzelner Subsysteme und damit des gesamten Feuerleitsystemes empfindlich reduziert sein. In einfachster Weise könnte dieses Sicherheitssystem durch eine Überwachungsper son gewährleistet sein, welche die notwendigen Koppelungen der Module vornimmt, wobei eine grosse Reaktionszeit auf Systemveränderung in Kauf genommen werden müsste. Dank der Vernetzung der Subsysteme bzw. der Module des erfindungsgemässen Feuerleitsystems besteht die Möglichkeit, dass Geräteeinheiten verschiedener Subsysteme zusammenwirken und damit der Ausfall einzelner Gerätemodule kompensiert werden kann. Gemäss der Erfindungsaufgabe soll das Sicherheitssystem in effizienter Weise wirken, d.h. sich sowohl bezüglich möglichst kurzer Ausfallzeiten als auch durch geringen zusätzlichen Aufwand an Material und Kosten auszeichnen. Durch eine geeignete automatisierte Steuerung kann die Einsatzbereitschaft des gesamten Feuerleitsystems optimiert werden. Das Gesamtsystem besitzt derart eine Selbstorganisation, so dass die jeweils realisierten Verbindungen zwischen den einzelnen Modulen innerhalb kürzester Zeit neuen Situationen angepasst werden. Vorzugsweise besitzen alle mit einem Sensor versehenen Module eine Selbsttesteinrichtung. Treten Störungen bzw. ein Ausfall auf, so wird durch eine zentrale Überwachungsvorrichtung, vorzugsweise eine zentrale Computereinheit, eine "Neuorganisation" des Feuerleitsystems vorgesehen, d.h. dessen Einsatzbereitschaft durch geeignetes Vernetzen der einzelnen Module optimiert. Ein Umschalten zwischen verschiedenen Gerätemodulen kann auch notwendig werden bzw. wünschenswert sein, um eine Steigerung der Visibilität, d.h. eine optimale Zielerfassungsmöglichkeit zu erreichen. Eine automatisierte SCU ergänzt damit die redundante Vernetzung des Systems und erlaubt Neustrukturierungen bzw. neue Vernetzungen des Systems innerhalb kürzester Zeit. Selbstverständlich können auch mehrere Sicherheitssysteme gleichzeitig eingesetzt werden.During the operation of the fire control system, the device modules are permanently monitored by an indirect or indicative safety system [SCU]. Failures of one or more device modules can be determined at any time. Due to revision work, device defects or damage to the devices in use, the operational readiness of individual subsystems and thus the entire fire control system can be significantly reduced. In the simplest way, this security system could be guaranteed by a supervisory person who makes the necessary coupling of the modules, a large response time to system changes having to be accepted. Thanks to the networking of the subsystems or the modules of the fire control system according to the invention, there is the possibility that device units of different subsystems interact and the failure of individual device modules can thus be compensated for. According to the task of the invention, the security system should work in an efficient manner, i.e. distinguish themselves both in terms of the shortest possible downtimes as well as in the low additional expenditure on materials and costs A suitable automated control system can optimize the operational readiness of the entire fire control system. The overall system is self-organized in such a way that the connections made between the individual modules are quickly adapted to new situations. All modules provided with a sensor preferably have a self-test device. If faults or a failure occur, a "reorganization" of the fire control system is provided by a central monitoring device, preferably a central computer unit, i.e. its operational readiness is optimized by suitable networking of the individual modules. Switching between different device modules may also be necessary or desirable in order to increase the visibility, i.e. to achieve an optimal target acquisition option. An automated SCU thus complements the redundant networking of the system and allows restructuring or new networking of the system within a very short time. Of course, several security systems can also be used at the same time.

Beim Umschalten von einem defekten auf ein intaktes Gerätemodul soll möglichst wenig Zeit verstreichen, damit die Geräteausfallzeit möglichst gering ist. Da während des normalen Betriebes der zur Kompensation der dynamischen Ausrichtfehler verwendete Algorith mus nicht oder nur innerhalb der Subsysteme eingesetzt ist, muss dieser so ausgelegt sein, dass die Einschwingzeit beim Umschalten zwischen zwei Gerätemodulen verschiedener Subsysteme entsprechend dieser Anforderung gering ist.When switching from a defective to an intact device module, as little time as possible should pass so that the device downtime is as short as possible. Since the algorithm used to compensate for dynamic alignment errors is not used or is only used within the subsystems during normal operation, it must be designed so that the settling time when switching between two device modules from different subsystems is short in accordance with this requirement.

Das erfindungsgemässe Feuerleitsystem ermöglicht die Realisierung einer aktiven Redundanz, indem beispielsweise einzelne, speziell vorgesehene Gerätemodule jederzeit für den Betrieb im Zusammenhang mit zwei oder mehreren anderen Modulen ohne Einschwingzeit bereit sind.The fire control system according to the invention enables active redundancy to be realized, for example in that individual, specially provided device modules are ready at any time for operation in connection with two or more other modules without settling time.

Jedes Modul (oder Subystem) enthält entsprechende Rechnereinheiten zur Steuerung und Auswertung der Kompensationsparameter. Die Ermittlung der Ausrichtfehler zwischen zwei Subsystemen erfolgt vorzugsweise über eine zentrale Rechnereinheit, unter anderm unter Verwendung des Algorithmus zur Bestimmung der Kompensations-Matrix A;_j. Da der Algorithmus jeweils zur Bestimmung der gegenseitigen Lage zwischen Gerätemodulen verschiedener Subsysteme eingesetzt wird, wird nach einem Umschalten zwischen zwei Radarmodulen eine gewisse Einschwingzeit des Algorithmus verursacht. Daher kann es, sofern mit häufigen Ausfällen von Geräteeinheiten zu rechnen ist, vorteilhaft sein, alle Radarmodule mit allen Geschützmodulen zu vernetzen, so dass mittels des Algorithmus deren gegenseitige Lage jederzeit bekannt ist und die Einschwingzeiten vermieden werden können. Von eigentlichen Subsystemen kann in diesem Fall nicht mehr gesprochen werden, sondern das Feuerleitsystem bildet ein einheitliches, vernetztes System. Dieses Konzept erfordert jedoch eine wesentlich aufwendigere Verkabelung sowie einen erheblich grösseren Rechenaufwand der Rechnersysteme. Es ist daher von Fall zu Fall, unter Berücksichtigung der verwendeten Geräteeinheiten, der Einsatzart und des Einsatzortes etc., zu entscheiden, wie die einzelnen Module verbunden sein sollen. Denkbar sind auch andere Ver netzungskonzepte, beispielsweise eine Kombination der beiden beschriebenen Vernetzungsarten.Each module (or subsystem) contains corresponding computer units for controlling and evaluating the compensation parameters. The alignment errors between two subsystems are preferably determined via a central computer unit, inter alia using the algorithm for determining the compensation matrix A; _j . Since the algorithm is used to determine the mutual position between device modules of different subsystems, a certain settling time of the algorithm is caused after switching between two radar modules. Therefore, if frequent unit unit failures are to be expected, it may be advantageous to network all the radar modules with all the gun modules, so that the mutual position is known at all times using the algorithm and the settling times can be avoided. From actual subsystems can no longer be spoken in this case, but the fire control system forms a uniform, networked system. However, this concept requires a much more complex cabling and a considerably greater computing effort for the computer systems. It must therefore be decided on a case-by-case basis, taking into account the device units used, the type of application and the location, etc., how the individual modules should be connected. Other networking concepts are also conceivable, for example a combination of the two types of networking described.

Claims

1. Modular, networked marine fire control system with a plurality of target acquisition modules and effector modules organized in subsystems, which are mutually aligned and with which means for compensating the static and quasi-static errors are present, characterized in that each target acquisition module (TMi) or subsystem (SSi) contains at least one sensor (SENS) for determining the relative, dynamic movement or position of the modules or the subsystems and at least one computer unit (COMP, COMPO) is present, which is used to evaluate the data determined by the sensors (SENS) that this computer unit or computer units (COMP, COMPO) are connected to the control elements or computer units of the effector modules for transmitting the compensation parameters with regard to the dynamic errors, or that the control elements and computer units form a unit.

2. Modular fire control system according to claim 1, characterized in that contain at least one indicative or indirect security system (SCU) and is connected to the modules (TMi, GMi) or subsystems (SSi), which monitors and controls the operational readiness or networking of the Device modules or the subsystems.

3. Modular fire control system according to claim 2, characterized in that the security system (SCU) is formed by a central computer unit which is connected via data lines each with self-test units of the device modules (TMi, GMi).

4. Modular fire control system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sensors (SENS) each contain at least 3 accelerometers and at least 2 gyroscopes for measuring the translatory and rotary movements and for determining the angular increments and translational speed increments.

5. Modular fire control system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the effector modules (GMi) and the target acquisition module (TMi) within a subsystem (SSi) and the subsystems (SSi) connected to each other for the mutual transmission of data regarding position and movement are.

6. Modular fire control system according to one of claims 1 to 4, characterized in that all effector modules (GMi) with all target acquisition modules (TMi) have a connection for mutual data transmission.

7. Modular fire control system according to one of the preceding claims, characterized in that both the target acquisition modules (TMi) and the effector modules (GMi) contain sensors (SENS) for determining the relative, dynamic movement or position.

8. Modular fire control system according to one of the preceding claims, characterized in that a common data bus (5) is provided for data transmission, which is connected to the individual modules or subsystems.

9. Modular fire control system according to one of the preceding 10 claims, characterized in that both the effector (GMi) and the target detection modules (TMi) contain target detection sensors, which each define a target measurement line of sight with respect to a measurement target, and that means for detecting and storing the line of sight deviation for determining the quasi-static errors are present.

10.Procedure for compensation of alignment errors in a 20 modular, networked marine fire control system using device correction values ex works and measured values of the rough position of the installed device modules measured in the dock, characterized in that static, quasi-static as well as dynamic alignment errors are compensated, the following process steps are carried out: a) determining the compensation parameters of the static and quasi-static errors, the parallax distances between the individual modules of a subsystem and the alignment errors and parallax distances between the different subsystems at regular intervals;

b) Continuous determination of dynamic angular increments and axial velocities increments or the corresponding angle changes and relative speeds of the subsystems and / or their target acquisition and effector modules;

c) Real-time processing of the data determined according to method step b) by a system algorithm and determination of the compensation parameters representing the static, quasi-static and dynamic alignment errors or the correction matrices (A _ij ) between the individual subsystems and / or between the device modules with the help of data determined according to method step a);

d) use of these compensation parameters for the control of the effector modules, at least the compensation parameters according to method step a being taken into account in the control;

11. The method according to claim 10, characterized in that a permanent monitoring of the operational readiness and / or accuracy of the device modules takes place by at least one security or control system (SCU) and an automatic or manual switchover between different target acquisition modules (TMi) by means of this security system Switches or by changing the data flow in the event of failure or decommissioning of a target acquisition unit or to optimize the target acquisition and subsequent optimized coupling of effector modules and target acquisition modules.

12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the compensation parameters of the static and quasi-static errors are determined and stored by comparing the line of sight deviation between two device modules oriented towards a common, movable measurement target.

13. The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the measurement data necessary for the determination of the correction matrices (A _ij ) occur in time periods of at most 20 msec and the correction matrices are each calculated with a clock frequency of at least 50 Hz.

14. The method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that the values measured by the sensors (SENS) for determining the correction matrix A _ij are evaluated in a filter method in which the measured values of the gyroscopes are filtered by means of the measured data of the accelerometers.

15. The method according to any one of claims 10 to 14, characterized in that at least two redundant correction matrices (A _ij ) are determined in parallel to each other.