DE10017329C2 - Artillerieprojektil-Zünder mit Abstandsradar-Antenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Artillerieprojektil-Zünder gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 nach Art des beim Bedarfsträger eingeführten Multifunktions­ zünders DM 74, auf den unten näher eingegangen wird.

Aus der DE 35 44 092 A1 sind GHz-Mehrbereichsantennen für kleine Suchköpfe in Projektilen bekannt, bei denen konzentrisch um eine Mittelachse gleichmäßig verteilt mindestens drei breitbandige Spiralantennen zum Empfang von Radarsi­ gnalen für das Abfangen von Radarbekämpfungs-Flugkörpern angeordnet sind, wobei zusätzlich im Zentrum der Spiralantennen mehrere Millimeterwellen- Antennen hinter einer dielektrischen Linse mit konstanter Dielektrizitätskonstante zusätzlich vorgesehen sind, um einen Dualmode-Suchkopf realisieren zu können.

Aus der DE 24 08 578 C2 ist es als solches bekannt, aus einer quadratischen ebe­ nen Leiterfläche und einer dazu parallelen leitenden Grundfläche eine Antennen­ struktur für Abstrahlung oder Empfang elektromagnetischer Wellen des Mikro­ wellenbereiches zu erstellen, deren Anpassung auf eine mittlere Betriebswellen­ länge mittels eines mittigen Einschnittes in mindestens eine der beiden Leiterflä­ chenkanten in Richtung auf deren Mittelpunkt erfolgt, wobei die Bandbreite die­ ser Antennenstruktur durch einen Einschnitt in mindestens eine Ecke der quadrati­ schen Leiterflächen in Richtung ebenfalls zum Quadratmittelpunkt vergrößerbar ist.

Zur im Rahmen vorliegenden Erfindung interessierenden Leistungssteigerung einer Artillerierakete ist es aus der EP-A-0 840 393 bekannt, auf der Außenman­ telfläche des Raketenrumpfes ein dielektrisches Trägersubstrat für auf dessen Au­ ßenfläche gegeneinander versetzte und miteinander verkoppelte elektrisch leiten­ den Flächen vorzusehen, die als Antennenstruktur für die Trägerfrequenz eines Navigationssatelliten ausgelegt sind.

So sehr sich diese Mantelflächen-Antenne für die Aufnahme von Satelliten- Ortungsinformationen auch schon bewährt hat, weist sie doch den Nachteil auf, im Hinblick auf die mechanische Beanspruchung beim Abschuß aus dem Waffenrohr nicht problemlos ohne weiteres - insbesondere auch nachträglich noch - auf dem Projektil appliziert werden zu können.

Vorliegende Erfindung liegt deshalb die technische Problemstellung zugrunde, ein Projektil gattungsgemäßer Art derart auszulegen, daß seine Empfangsantenne einerseits gegen die me­ chanischen Beanspruchungen beim Abschuß des Projektils aus einem Waffenrohr besser ge­ schützt und andererseits problemlos auch nachrüstbar ist; wobei ferner die Option eröffnet werden soll, die Satellitennavigations-Empfangsantenne auch für andere Aufgaben nutzen zu können.

Diese Aufgabe ist ausweislich der Merkmale im Kennzeichnungsteil des Hauptanspruches bei einem gattungsgemäßen Projektil erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Antenne unter dessen Ogive verlegt ist, wo die elektrisch leitenden Flächen beiderseits auf eine quer zur Längsachse des Projektils konzentrisch angeordneten dielektrischen Träger­ scheibe aufgebracht sind.

Die Spitze eines modernen Artillerieprojektils enthält gewöhnlich in Flugrichtung hinter einer konzentrisch angeordneten Programmierspule einen Schaltungsmodul mit wenigstens einem Signalprozessor für die Auswerteelektronik, und dahinter Sicherungs- und Zündeinrichtun­ gen. Da die Spitze mit dem Rumpf des Projektils verschraubt ist, um sie erst im Einsatzfall aufzubringen, ist sie auch unproblematisch austauschbar. Es erweist sich, daß in dem sich nach vorne hin verjüngenden Innenraum der Spitze unmittelbar vor der Spule noch Frei­ raum zum zusätzlichen Einbau der Trägerscheibe für die Antennenstruktur des Navigati­ onsempfängers ist. Der Empfänger selbst, also die Signalverarbeitung zum Gewinnen und Auswerten der Satelliten-Navigationsinformation kann in den hinter der Spule gelegenen Mo­ dul einbezogen werden.

Die Antennenstruktur, also die Geometrie der elektrisch leitenden Flächen auf den beiden Seiten der dielektrischen Trägerscheibe, ist vorzugsweise in Bezug auf die Rotationsachse des Projektils so ausgelegt, daß sich ein punktsymmetrisches Antennendiagramm einstellt, um rotationsabhängige Störeinflüsse wie insbesondere Amplitudenmodulationen der Empfangs­ signale möglichst zu vermeiden.

Problematisch kann die Absicht einer Verlagerung der Navigations-Empfangsantenne von der Mantelfläche des Projektils ins Innere der Projektilspitze allerdings insofern werden, als die Spitze bei einem modernen Artilleriezünder wie im Falle des eingeführten Multifunktions­ zünders DM 74 vor der Programmierspule schon mit einer koaxial stehenden Dipol- oder He­ lix-Radarantenne für das Abstands-Zündkriterium ausgestattet ist, was räumliche und elektri­ sche Einschränkungen in den Antennenfunktionen zu Folge hat. Gemäß einer Weiterbildung vorliegender Erfindung wird dieses Problem aber dadurch beherrscht, daß die Navigations­ antenne für die dritte Oberwelle der Satelliten-Trägerfrequenz und damit für die Größenord­ nung der Trägerfrequenz eines üblichen Radar-Entfernungsmessers ausgelegt wird. Dann er­ übrigt sich die zusätzliche Radar-Dipolantenne, und die flachzylindrisch-scheibenförmige Antennenstruktur dient beiden Systemen (Navigationsempfänger und Entfernungsradar) als Antennensystem. Nun ist es allerdings zweckmäßig, zur Vermeidung wechselseitiger Störun­ gen eine Entkoppelung vorzunehmen, die am einfachsten dadurch erfolgt, daß der Navigati­ onsempfänger und das Radar nicht gleichzeitig betrieben werden. Das ist unproblematisch realisierbar, weil die Satellitennavigation lediglich für die Bahnvermessung (zur Bahnkor­ rektur) benötigt wird, während das Radar erst anschließend, nach Ankunft über dem Zielge­ biet beim Abstieg zur Abstandsauslösung über Grund arbeiten muß.

So ist bei hohem Integrationsgrad über eine Frequenzkopplung der GPS-Empfang in einem Radarannäherungszünder ermöglicht, ohne daß Raum für getrennte Antennen benötigt wird, also auf engstem Raum mit derselben Antenne die Navigationsinformation und das Radar­ echo gewinnbar.

Zusätzliche Weiterbildungen der Erfindung ergehen sich aus den weite­ ren Ansprüchen und aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschrän­ kung auf das Funktionswesentliche nicht ganz maßstabsgerecht skizzierten prinzipiellen Rea­ lisierungsbeispiels für die erfindungsgemäße Lösung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 den Einbau einer kombinierten Navigations- und Radar-Antenne vor der Program­ mierspule eines modernen Artilleriezünders und

Fig. 2 im vereinfachten Blockschaltbild das Prinzip der erfindungsgemäßen Entkopplung zwischen Navigationsempfänger und Abstandsradar durch versetzten gegenseitigen Betrieb.

Die in Fig. 1 in abgebrochener Darstellung und teilweise im Achsial-Längsschnitt skizzierte Spitze 11 eines Artillerie-Projektiles 12 trägt vor ihrem metallischen Gehäuse 13 eine ballisti­ sche Haube 14 in Form eines für Hochfrequenz durchlässigen Kunststoff-Radom aus ther­ moplastischem Werkstoff wie Teflon. Die Ebene der Teilungsfuge zwischen Gehäuse 13 und Haube 14 wird vom Schaltungsmodul 15 für verschiedene Signalverarbeitungsaufgaben durchragt, der in Projektil-Flugrichtung vor sich unter der Radom-Haube 14 eine großflächige Programmierspule 16 für die Zündfunktion des Schaltungsmodus 15 trägt. Im hohlkegelför­ migen Innenraum der Haube 14 vor der Programmierspule 16 ist an sich die Dipol- oder He­ lixstruktur der Sende-Empfangs-Antenne 17 eines Abstands-Radar 18 (Fig. 2) angeordnet. Diese Radarantenne 17 ist nun aber als Dualmode-Planarantenne konzentrisch vor der Pro­ grammierspule 16 ausgebildet, da sie zugleich als Empfangsantenne 19 eines Satelliten-Navi­ gationsempfängers 20 dient. Die Radar-Antenne 17 und die Navigations-Antenne 20 sind also zu einer Kombinationsantenne 21 auf einer etwa 2,5 mm dicken Scheibe (bei etwa zehnfa­ chem Durchmesser) zusammengefaßt, deren Kaschierung auf Resonanz bei der zwischen 4 GHz und 5 GHz liegenden Radarfrequenz im C-Band abgestimmt ist. Damit ist sie zugleich auf die dritte Harmonische der bei 1,5 MHz liegenden L1-Trägerfrequenz der Satellitennavi­ gation abgestimmt, so daß die Kombinationsantenne 21 gleichzeitig sowohl für den Betrieb des Radars 18 sowie auch für den Betrieb des Navigationsempfängers 20 optimiert ist.

Die Kombinationsantenne 21 ist als dielektrische Flachantenne aufgebaut, die auf den beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen einer beispielsweise kreisscheibenförmigen die­ lektrischen Trägerscheibe 22 (in der Zeichnung zur Veranschaulichung übertrieben dick skiz­ ziert) elektrisch leitende Flächenstrukturen trägt, die beispielsweise aus einer ursprünglich flächendeckenden Kaschierung herausgeätzt sind. Die Scheiben-Kaschierung besteht aus ei­ ner vorderseitigen Fläche 24.1 und einer in allen Richtungen über ihre Begrenzung hinausge­ henden rückseitigen Fläche 24.2. Für die Ausbildung einer zur Geschoßachse 23 symmetri­ schen Antennencharakteristik ist die Trägerscheibe 22 konzentrisch quer zur Achse 23 vor der Programmierspule 16 gehaltert.

Um den Betrieb des Abstandsradars 18 für die Zündauslösung und des Navigationsempfän­ gers 20 für die Bahnkorrektur von einander zu entkoppeln, speist die Kombinationsantenne 21 entweder das Radar 18 oder den Navigationsempfänger 20, aber nicht beide gleichzeitig, was in Fig. 2 durch einen Umschalter 25 symbolisiert ist, der im Interesse möglichst geringen Si­ gnalverlustes vorzugsweise als PIN-Diodenschalter realisiert ist. Diese Umschaltung erfolgt aus einer Steuerstufe 26 nach Maßgabe der über die induktive Schnittstelle an der Spule 16 vorgegebenen Programmierung des Einsatzes des Radarbetriebes erst in der Schlußphase der Mission, also nach vorgebbarer Mindestflugzeit. Bis zum Einsatz des Radarbetriebes, also auf der Verbringungsflugbahn, wird dagegen der Navigationsempfänger 20 an die Kombinations­ antenne 21 angeschlossen, um die aktuelle Flugbahn mit Hilfe der Satellitennavigation auf­ nehmen oder erforderlichenfalls korrigieren zu können.

Das erfindungsgemäß ausgestattete Projektil 12 trägt also in seiner austauschbaren Spitze 11 unter ihrer ballistischen Radom-Haube 14 eine einfach integrierbare Kombinationsantenne 21 mit hemisphärischer Sicht in Flugrichtung voraus, deren Abstimmung sowohl der Grund­ frequenz des Radars 17 eines Abstandszünders wie auch der dritten Oberwelle der Träger­ frequenz eines Satelliten-Navigationsempfängers 20 entspricht, so daß über diese eine Kom­ binationsantenne 21 beide Systeme auf engstem Raum betrieben werden können. Zur Ent­ kopplung ist vorgesehen, daß das Abstandsradar 18 erst in Betrieb genommen wird, wenn der Navigationsempfänger 20 abgeschaltet ist, weil das Projektil 12 auf seiner korrigierten Flugbahn über dem Zielgebiet angekommen ist.

Claims (5)

1. Artillerieprojektil-Zünder mit Abstandsradar-Antenne (17) unter der Radom-Haube (14) seiner Projektil-Spitze (11), dadurch gekennzeichnet, daß eine quer zur Längsachse (23) des Projektils (12) konzentrisch unter der Haube (14) angeordnete, flachzylindrisch- scheibenförmige dielektrische Trägerscheibe (22), die beidseitig mit elektrisch leitenden Flä­ chen (24) belegt ist, mit der dritten Oberwelle der eingeführten Navigationssatelliten-Träger­ frequenz als gemeinschaftliche Antennenstruktur einer Kombinationsantenne (21) aus GPS-Antenne (19) und Radarantenne (17) zunächst für einen Satelliten-Navigations­ empfänger (20) zur Bahnvermessung für eine Bahnkorrektur und dann für den Ra­ dar-Entfernungsmesser zur Abstandsauslösung über Grund betrieben wird.

2. Projektil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerscheibe (22) vorderseitig eine kleinere Fläche (24.1) als rückseitig (24.2) trägt.

3. Projektil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerscheibe (22) in Flugrichtung vor einer Programmierspule (16) für das Verhalten eines in die Spitze (11) eingebauten Artilleriezünders angeordnet ist.

4. Projektil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationsan­ tenne (21) über einen Umschalter (25) wahlweise an den Navigationsempfänger (20) oder aber an ein Abstandsradar (18) anschaltbar ist.

5. Projektil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (25) einer Steuerstufe (26) nachgeschaltet ist, die über die Spule (16) auf unterschiedlichen Zeit­ punkt des Einsatzes des Radarbetriebes programmierbar ist.