DE102014015832B4 - Method for transmitting data to a projectile while passing through a weapon barrel assembly - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Datenübertragung von Daten an ein Projektil (10) während des Durchlaufs einer Waffenrohranordnung (1, 2), wobei ein Programmiersignal (17) von einer Programmiereinheit (16) erzeugt wird, wobei das Programmiersignal (17) ein Nutzsignal (23) mit den Daten umfasst, wobei das Programmiersignal (17) mittels einer Programmiersektion (18) an das Projektil (10) übermittelt wird, wobei das Programmiersignal (17) von einem Empfangskoppler (21) des Projektils (10) empfangen wird, wobei mittels eines Empfangsteils (22) des Projektils (10) die Daten aus dem Programmiersignal (17) rekonstruiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass an das Projektil (10) ein Pilotton (24) gesendet wird, wobei der Pilotton (24) vom Empfangsteil (22) erkannt wird, wobei der Empfang des Pilottons (24) den Empfang des Nutzsignals (23) mit den Daten startet. Method for transmitting data to a projectile (10) during the passage of a weapon barrel arrangement (1, 2), wherein a programming signal (17) is generated by a programming unit (16), the programming signal (17) being a useful signal (23) with the Data comprises, wherein the programming signal (17) is transmitted to the projectile (10) by means of a programming section (18), the programming signal (17) being received by a receiving coupler (21) of the projectile (10), wherein by means of a receiving part (22 ) of the projectile (10), the data is reconstructed from the programming signal (17), characterized in that a pilot tone (24) is sent to the projectile (10), the pilot tone (24) being recognized by the receiving part (22), whereby the reception of the pilot tone (24) starts the reception of the useful signal (23) with the data.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung von Daten an ein Projektil während des Durchlaufs einer Waffenrohranordnung, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for transmitting data to a projectile while passing through a weapon barrel arrangement, with the features of the preamble of
Ferner betrifft die Erfindung eine Waffenrohranordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 11.The invention further relates to a weapon barrel arrangement with the features of the preamble of
Ferner betrifft die Erfindung ein Projektil mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 12.The invention further relates to a projectile with the features of the preamble of
Es existieren Verfahren zur Datenübertragung an ein ruhendes Projektil:
- Die
US 4,144,815 A
- The
US 4,144,815 A
Ferner existieren Verfahren zur Datenübertragung während des Durchlaufes einer Waffenrohranordnung.There are also methods for data transmission while passing through a weapon barrel arrangement.
Die Waffenrohranordnung weist ein Waffenrohr und vorzugsweise eine Mündungsbremse auf. Nach einer Zündung einer Treibladung durchläuft das Projektil das Waffenrohr. Es wird zunächst die Mündungsgeschwindigkeit gemessen. Die Waffenrohranordnung weist eine Geschwindigkeitsmesssektion auf.The weapon barrel arrangement has a weapon barrel and preferably a muzzle brake. After a propellant charge is ignited, the projectile passes through the weapon barrel. First, the muzzle velocity is measured. The weapon barrel assembly has a speed measuring section.
Aus der
Aus der
Die Datenübertragung bzw. Programmierung des Projektils erfolgt insbesondere im Bereich der Mündung der entsprechenden Waffenrohranordnung. Ein Programmiersignal mit den Daten wird von einer Programmiereinheit erzeugt. Mittels einer Programmiersektion wird das Programmiersignal an das Projektil übermittelt. Während sich das Projektil an der Programmiersektion vorbeibewegt, wird mittels der Programmiereinheit das Programmiersignal an das Projektil übertragen. Diese Daten können Verwendung finden zur Auslösung eines Zünders für Luftsprengmunition oder zur Ansteuerung von Flugbahnbeeinflussungseinrichtungen bei gelenkten Projektilen. Es ist vorteilhaft, wenn die Übertragung des Programmiersignals im Bereich der Mündungsbremse erfolgt. Die Waffenrohranordnung oder ein Teil der Waffenrohranordnung wird als Hohlleiter genutzt, wobei der Hohlleiter unterhalb seiner Grenzfrequenz betrieben wird. Das dabei eingesetzte Feld ist im Waffenrohr bzw. im Hohlleiter stark konzentriert begrenzt und tritt daher höchstens wenig aus dem Hohlleiter bzw. der Waffenrohranordnung aus. Dieser Hohlleiter ist ebenso geeignet, die Mündungsgeschwindigkeit des Projektils zu messen.The data transmission or programming of the projectile takes place in particular in the area of the muzzle of the corresponding weapon barrel arrangement. A programming signal with the data is generated by a programming unit. The programming signal is transmitted to the projectile using a programming section. While the projectile moves past the programming section, the programming signal is transmitted to the projectile by means of the programming unit. This data can be used to trigger a detonator for air explosive ammunition or to control trajectory control devices for guided projectiles. It is advantageous if the programming signal is transmitted in the area of the muzzle brake. The weapon barrel arrangement or part of the weapon barrel arrangement is used as a waveguide, with the waveguide being operated below its cutoff frequency. The field used is highly concentrated in the weapon barrel or in the waveguide and therefore only a little escapes from the waveguide or the weapon barrel arrangement. This waveguide is also suitable for measuring the muzzle velocity of the projectile.
Aus der
Aus der gattungsbildenden
Das gattungsbildende Verfahren und die gattungsbildende Waffenrohranordnung sowie das gattungsbildende Projektil sind noch nicht optimal ausgebildet. Es ist insbesondere nachteilig, dass die Programmiereinheit nicht erkennen kann, an welcher Position der Programmiersektion sich das Projektil zu einem bestimmten Zeitpunkt befindet. Daher ist unklar, ob das Projektil sich überhaupt im Empfangsbereich, d. h. im Bereich des Programmierweges, befindet und wann der optimale Zeitpunkt für den Programmiervorgang bzw. für die Datenübertragung ist. Daher ergeben sich erhebliche Unsicherheiten in der Synchronisation der Programmierung, wobei die Synchronisation im Stand der Technik beispielsweise aus einer Abschätzung der Flugdauer des Projektils vom Auslösen des Schlagbolzens bis zur mittleren Eintreffzeit innerhalb der Programmierstrecke besteht.The generic process and the generic weapon barrel arrangement as well as the generic projectile are not yet optimally developed. It is particularly disadvantageous that the programming unit cannot recognize at which position of the programming section the projectile is at a specific point in time. It is therefore unclear whether the projectile is even in the reception area, i.e. H. in the area of the programming path, and when is the optimal time for the programming process or for data transfer. Therefore, there are considerable uncertainties in the synchronization of the programming, with the synchronization in the prior art consisting, for example, of an estimate of the flight time of the projectile from the firing pin being triggered to the average arrival time within the programming range.
Die zu übertragenden Daten werden ferner seriell, d. h. zeitlich nacheinander gesendet. Die hierbei übertragenen Datenmengen sind klein. Moderne, programmierbare Munitionstypen mit entsprechenden Projektilen können neue Funktionen erhalten und benötigen daher mehr Informationen, d. h. eine größere Datenmenge. Die Datenmenge wird auf das Projektil innerhalb eines gewissen Programmierweges übertragen. Der Programmierweg kann auch als Programmierstrecke bezeichnet werden. Der Programmierweg ist die Länge der Programmiersektion, innerhalb derer die Datenübertragung stattfindet, während das Projektil diesen Programmierweg durchfliegt.The data to be transmitted is also serial, i.e. H. sent one after the other. The amounts of data transferred are small. Modern, programmable ammunition types with corresponding projectiles can receive new functions and therefore require more information, i.e. H. a larger amount of data. The amount of data is transferred to the projectile within a certain programming path. The programming path can also be referred to as a programming route. The programming path is the length of the programming section within which the data transfer takes place while the projectile flies through this programming path.
Aus baulichen Gründen kann der Programmierweg nicht beliebig verlängert werden. Wird der Programmierweg verlängert, kann insbesondere die Kompatibilität mit Unterkalibermunitionstypen verloren gehen. Unterkalibermunitionstypen weisen sich lösende Treibspiegel auf, wobei sich die sich lösenden Treibspiegel nach dem Austritt aus dem Waffenrohr des Unterkaliberprojektils radial nach außen entfernen. Diese Treibspiegel kollidieren bei verlängertem Programmierweg mit der Innenfläche der Programmiersektion und können diese beschädigen.For structural reasons, the programming path cannot be extended arbitrarily. If the programming path is extended, compatibility with sub-caliber ammunition types in particular can be lost. Subcaliber ammunition types have detaching sabots, with the detaching sabots moving radially outwards after exiting the weapon barrel of the subcaliber projectile. When the programming path is extended, these sabots collide with the inner surface of the programming section and can damage it.
Bei Verlängerung des Programmierweges erhöht sich das Gewicht der Programmiersektion. Eine Gewichtszunahme an der Mündung des Waffenrohres hat einen negativen Einfluss auf die Geschützdynamik im Bezug auf die zu bewegende Masse und das Schwingungsverhalten der Waffenrohranordnung. Daher kann der Programmierweg nicht zur Steigerung der übertragbaren Datenmenge beliebig verlängert werden.If the programming path is extended, the weight of the programming section increases. An increase in weight at the muzzle of the weapon barrel has a negative influence on the gun dynamics in terms of the mass to be moved and the vibration behavior of the weapon barrel arrangement. Therefore, the programming path cannot be extended arbitrarily to increase the amount of data that can be transferred.
Wenn die Taktrate für die Datenübertragung erhöht wird, kann dies ebenfalls an eine Grenze stoßen, da die Bandbreite zunimmt. Durch eine Vergrößerung der Bandbreite kann mehr Störsignalenergie in den Übertragungsweg eindringen und die korrekte Programmierung verhindern.If the clock speed for data transfer is increased, this may also reach a limit as the bandwidth increases. Increasing the bandwidth allows more spurious signal energy to enter the transmission path and prevent correct programming.
Eine Verringerung der Mündungsgeschwindigkeit führt zu einer insgesamt längeren Verweildauer des Projektils im Programmierweg, wodurch mehr Informationen bzw. größere Datenmengen übertragen werden können. Eine hohe Projektilgeschwindigkeit ist jedoch der wesentliche Parameter für die Wirksamkeit des Projektils im Ziel.A reduction in muzzle velocity results in a longer overall stay of the projectile in the programming path, which means that more information or larger amounts of data can be transmitted. However, a high projectile speed is the essential parameter for the effectiveness of the projectile on the target.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Programmierung eines Projektils, ein Projektil und eine Waffenrohranordnung bereitzustellen, wobei Synchronisationsprobleme beim Senden und Empfangen der Daten vermieden werden.The invention is based on the object of providing a method for programming a projectile, a projectile and a weapon barrel arrangement, whereby synchronization problems when sending and receiving the data are avoided.
Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patenanspruches 1, eine Waffenrohranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 11 und ein Projektil mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst.This object on which the invention is based is now achieved by a method with the features of
Es wird an das Projektil ein Pilotton gesendet, wobei der Pilotton vom Empfangsteil erkannt wird, wobei der Empfang des Pilottons den Empfang des Nutzsignals mit den Daten startet. Der Empfang des Pilottons startet die Abtastung des Programmiersignals, insbesondere des Nutzsignals. Es ist denkbar, dass der Pilotton dauerhaft gesendet wird. Es kann ein separater Sendekoppler zum Senden des Pilottons vorgesehen sein, wobei dieser Sendekoppler ebenfalls entlang des Programmierweges angeordnet ist. In bevorzugter Ausgestaltung wird der Pilotton jedoch zusammen mit dem Nutzsignal über einen gemeinsamen Sendekoppler gesendet.A pilot tone is sent to the projectile, the pilot tone being recognized by the receiving part, the reception of the pilot tone starting the reception of the useful signal with the data. Receipt of the pilot tone starts the sampling of the programming signal, in particular the useful signal. It is conceivable that the pilot tone is sent permanently. A separate transmit coupler can be provided for transmitting the pilot tone, this transmit coupler also being arranged along the programming path. In a preferred embodiment, however, the pilot tone is sent together with the useful signal via a common transmission coupler.
Das von der Programmiersektion gesendete Programmiersignal weist in bevorzugter Ausgestaltung den Pilotton auf. Der Pilotton wird vom Projektil erkannt und ausgewertet. Sobald dessen Signalstärke ausreicht, erkennt das Projektil seine optimale Position innerhalb des Programmierweges und nimmt die weiteren Signalanteile, nämlich ein Nutzsignal auf. Es ist daher keine Synchronisierung auf der Senderseite mit dem Projektil mehr erforderlich. Der Pilotton startet die Programmierung des Projektils. Der Pilotton löst die Synchronisationsprobleme.In a preferred embodiment, the programming signal sent by the programming section has the pilot tone. The pilot tone is recognized and evaluated by the projectile. As soon as its signal strength is sufficient, the projectile recognizes its optimal position within the programming path and picks up the other signal components, namely a useful signal. Synchronization on the transmitter side with the projectile is therefore no longer required. The pilot tone starts programming the projectile. The pilot tone solves the synchronization problems.
Die Daten werden in bevorzugter Ausgestaltung zeitlich parallel übertragen. Anstelle einer zeitlich seriellen Datenübertragung wird eine zeitlich parallele Datenübertragung genutzt. Es kann ein Frequenzmultiplexverfahren genutzt werden. Vorzugsweise wird ein orthogonales Frequenzmultiplexverfahren zur Datenübertragung genutzt. Solch ein orthogonales Frequenzmultiplexverfahren wird auch als OFDM-Verfahren (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) bezeichnet. Alternativ könnte ein Codemultiplexverfahren eingesetzt werden. Es werden mehrere Träger verwendet, wobei die Träger orthogonal zueinander gewählt sind. Das Nutzsignal ist die Summe der modulierten Träger. Der Frequenzabstand zwischen den einzelnen Trägern ist so gewählt, dass eine Orthogonalität entsteht. Der Frequenzabstand zwischen benachbarten Trägern ist insbesondere äquidistant. Die zu übertragenden Daten werden dann auf die Träger verteilt und gleichzeitig übertragen. Die Datenbits werden zur Modulation der Amplitude der Träger genutzt. Mit diesem Verfahren können dank der Orthogonalität die Daten aus dem Programmiersignal rekonstruiert werden. Die Daten können als ein Wort mit B Bits dargestellt werden. Die Programmiereinheit teilt die Bits auf die einzelnen Träger auf, wobei die einzelnen Träger gleichzeitig gesendet werden. In bevorzugter Ausgestaltung ist jedem Träger genau ein Bit zugeordnet. Es ist denkbar, dass in alternativer Ausgestaltung mehrere Bits zeitlich hintereinander übertragen werden.In a preferred embodiment, the data is transmitted in parallel in time. Instead of a time-serial data transmission, a time-parallel data transmission is used. A frequency division multiplexing method can be used. An orthogonal frequency division multiplex method is preferably used for data transmission. Such an orthogonal frequency division multiplexing method is also referred to as OFDM method (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Alternatively, a code multiplexing method could be used. Several carriers are used, with the carriers being chosen orthogonally to one another. The useful signal is the sum of the modulated carriers. The frequency spacing between the individual carriers is chosen so that orthogonality is created. The frequency spacing between adjacent carriers is in particular equidistant. The data to be transmitted is then distributed among the carriers and transmitted simultaneously. The data bits are used to modulate the amplitude of the carriers. With this method, the data can be reconstructed from the programming signal thanks to the orthogonality. The data can be represented as a word with B bits. The programming unit divides the bits into the individual carriers, with the individual carriers being sent simultaneously. In a preferred embodiment, exactly one bit is assigned to each carrier. It is conceivable that, in an alternative embodiment, several bits are transmitted one after the other in time.
Um den Empfang sicherzustellen, ist es vorteilhaft, dass der Empfänger ein Abtastintervall und eine entsprechende Abtastfrequenz einhält. Es ist zu beachten, dass die Abtastfrequenz nicht gleich der Frequenz ist, die für die Geschwindigkeitsmessung zum Einsatz kommt.In order to ensure reception, it is advantageous for the receiver to maintain a sampling interval and a corresponding sampling frequency. It should be noted that the sampling frequency is not the same as the frequency used for speed measurement.
Der Wert für das Taktintervall bzw. die Abtastfrequenz wird in einer Ausgestaltung vor dem Zünden dem Projektil mitgegeben. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Information über das Taktintervall, bspw. der Wert für das Taktintervall oder der Wert für die Abtastfrequenz während der Programmierung an das Projektil gesendet. Die Kreisfrequenz des Pilottons ist vorzugsweise proportional zur Abtastfrequenz oder entspricht der Abtastfrequenz . Dadurch reduziert sich die Informationsmenge, die dem Projektil vor dem Ladevorgang eingeprägt werden muss. Dadurch, dass der Wert für das Abtastintervall bzw. die Abtastfrequenz über die Programmiersektion an das Projektil gesendet wird, ist eine Vereinfachung der Bauweise des Projektils erzielbar. In dem Projektil ist kein Oszillator zum Einstellen der Abtastfrequenz bzw. des Abtastintervalls notwendig. Die Abtastintervalle können mittels eines Rechteckgenerators getaktet werden, wobei die Abtastfrequenz aus dem Pilotton generiert und zur Steuerung des Rechteckgenerators verwendet wird.In one embodiment, the value for the clock interval or the sampling frequency is given to the projectile before ignition. In a particularly advantageous embodiment of the method, information about the clock interval, for example the value for the clock interval or the value for the sampling frequency, is sent to the projectile during programming. The angular frequency of the pilot tone is preferably proportional to the sampling frequency or corresponds to the sampling frequency. This reduces the amount of information that must be imprinted on the projectile before loading. Because the value for the sampling interval or the sampling frequency is sent to the projectile via the programming section, a simplification of the design of the projectile can be achieved. No oscillator is necessary in the projectile to adjust the sampling frequency or the sampling interval. The sampling intervals can be clocked using a square wave generator, whereby the sampling frequency is generated from the pilot tone and used to control the square wave generator.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung wird das Verfahren innerhalb eines Hohlleiters durchgeführt, wobei der Hohlleiter unter seiner Grenzfrequenz betrieben wird. Hierdurch ist das Feld auf die Waffenrohranordnung konzentriert. Die Frequenzen der Träger liegen unterhalb der Grenzfrequenz. Die Frequenz des Pilottons liegt unterhalb der Grenzfrequenz. Die Frequenz zur Messung der Mündungsgeschwindigkeit liegt unterhalb der Grenzfrequenz.In a particularly preferred embodiment, the method is carried out within a waveguide, with the waveguide being operated below its cutoff frequency. This means the field is concentrated on the weapon barrel arrangement. The carrier frequencies are below the cutoff frequency. The frequency of the pilot tone is below the cutoff frequency. The frequency for measuring the muzzle velocity is below the cutoff frequency.
Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile sind erzielt.The disadvantages mentioned at the beginning are therefore avoided and corresponding advantages are achieved.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Waffenrohranordnung und das erfindungsgemäße Projektil auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert.There are now a variety of possibilities for designing and developing the method according to the invention, the weapon barrel arrangement according to the invention and the projectile according to the invention. For this purpose, reference may first be made to the patent claims subordinate to claim 1. A preferred embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing and the associated description.
In der Zeichnung zeigt:
-
1 in einer schematischen, geschnittenen Detaildarstellung einen Mündungsbereich einer ersten Waffenrohranordnung, -
2 in einer schematischen, geschnittenen Detaildarstellung einen Mündungsbereich einer zweiten Waffenrohranordnung, -
3 in einer schematischen Darstellung eine Programmiereinheit, und -
4 in einer schematischen Darstellung ein Empfangsteil.
-
1 in a schematic, sectional detailed representation of a muzzle area of a first weapon barrel arrangement, -
2 in a schematic, sectional detailed representation of a muzzle area of a second weapon barrel arrangement, -
3 in a schematic representation a programming unit, and -
4 in a schematic representation a receiving part.
In
Die beiden Waffenrohranordnungen 1, 2 weisen jeweils ein Waffenrohr 3 auf, wobei hier jedoch nur das freie Ende (nicht näher bezeichnet) des Waffenrohrs 3 dargestellt ist. An diesem Ende des Waffenrohrs 3 ist jeweils eine Mündungsbremse 4, 5 angeordnet. Die Mündungsbremsen 4, 5 weisen jeweils einen sich zunächst an das Waffenrohr 3 anschließenden engeren Bereich 6, einen sich erweiternden Bereich 7 und einen weiteren Endbereich 8 auf. In dem sich erweiternden Bereich 7 sind entsprechende Öffnungen 9 ausgebildet. Durch die Öffnungen 9 kann ein Teil der entsprechenden Verbrennungsgase seitlich austreten.The two
Die Mündungsbremsen 4, 5 unterscheiden sich nun zunächst dadurch, dass die Mündungsbremse 4 einen längeren, engeren Bereich 6 als die Mündungsbremse 5 aufweist, wobei der Endbereich 8 der Mündungsbremse 5 länger ist als der Endbereich 8 der Mündungsbremse 4.The
Ferner ist in
In einem darauffolgenden Verfahrensschritt 15 wird nun die Zerlegezeit des Projektils 10 berechnet. Das hier beschriebene Verfahren eignet sich zur Datenübertragung und zur Programmierung von Munition, d. h. von Projektilen 10 jeder Art, insbesondere jedoch ist es geeignet für Luftsprengmunition. Das Projektil 10 kann insbesondere als Luftsprengmunition (Air Burst Munition) ausgebildet sein, wobei das Projektil 10 durch eine Zerlegeladung während des Fluges nach Ablauf einer Zerlegezeit zur Explosion gebracht wird. Alternativ kann das Projektil 10 lenkbar sein, wobei entsprechende Daten an das Projektil 10 übertragbar sind.In a
In einem weiteren Verfahrensschritt wird nun in einer Programmiereinheit 16 aufgrund der berechneten Zerlegezeit eine Programmierung des Projektils 10 vorgenommen. Hierzu wird in der im Detail in
Das Programmiersignal 17 wird an eine Programmiersektion 18 weitergeleitet (vgl.
Die Programmiersektion 18 weist nun einen Sendekoppler 19 auf. Dem Sendekoppler 19 wird das Programmiersignal 17 zugeführt. Der Sendekoppler 19 kann durch eine Spule oder durch mehrere beabstandet zueinander angeordnete Spulenwindungen gebildet sein. Der Sendekoppler 19 erstreckt sich in Schussrichtung 11 entlang einer Programmierstrecke 20. Wie im Folgenden noch ausführlich erläutert wird, kann die Programmierstrecke 20 auf eine Länge von weniger als 3cm, von weniger als 1cm, oder von weniger als 0,5cm, insbesondere auf eine Länge von 1 mm beschränkt werden. Daraus ergibt sich bei einer Mündungsgeschwindigkeit von maximal 1100 m/s eine minimale Programmierzeit von T = 0,9 µs.The
Entlang der Programmierstrecke 20 ist der mindestens eine Sendekoppler 19 angeordnet. Der Sendekoppler 19 befindet sich hier in einem nicht näher bezeichneten Hohlleiter. Als Hohlleiter dient der Endbereich 8 bzw. der engere Bereich 6 der Mündungsbremse 4, 5. Es ist denkbar, dass in alternativer Ausgestaltung das Waffenrohr 3 als Hohlleiter genutzt wird. Die nicht näher dargestellten Sendespulen des Sendekopplers 19 sind beabstandet zueinander positioniert.The at least one
Das Projektil 10 weist einen Empfangskoppler 21 und ein Empfangsteil 22 auf. Der Empfangskoppler 21 nimmt beim Durchflug der Programmierstrecke 20 das gesendete Programmiersignal 17 auf und leitet es an das Empfangsteil 22 weiter. Das Empfangsteil 22 wertet das empfangene Programmiersignal 17 aus.The projectile 10 has a receiving
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens sowie der Programmiereinheit 16 weist das Programmiersignal 17 zwei Signalanteile, nämlich zum einen ein Nutzsignal 23 und zum anderen einen Pilotton 24, auf. In dem Nutzsignal 23 sind die an das Projektil 10 zu übertragenden Daten insbesondere bezüglich der Zerlegezeit enthalten.In a preferred embodiment of the method and the
Die eingangs genannten Nachteile bzgl. der Synchronisation sind dadurch vermieden, dass an das Projektil 10 der Pilotton 24 sendbar ist bzw. gesendet wird, wobei der Pilotton 24 vom Empfangsteil 22 erkennbar ist bzw. erkannt wird, um den Empfang des Nutzsignals 23 mit den Daten durch den Empfang des Pilottons 24 zu starten.The disadvantages mentioned at the beginning with regard to synchronization are avoided in that the
Der Pilotton 24 dient nun zunächst dazu, dass das Empfangsteil 22 des Projektils 10 aufgrund der Signalstärke des Pilottons 24 die optimale Position des Projektils 10 innerhalb der Programmiersektion 18, nämlich innerhalb der Programmierstrecke 20, zum Empfang der Daten erkennt. Der Pilotton 24 ist vom Projektil 10 innerhalb der der Programmierstrecke 20 empfangbar. Sobald die Signalstärke des Pilottons 24 ausreicht, nimmt das Projektil 10 über den Empfangskoppler 21 und damit auch über das Empfangsteil 22 das Nutzsignal 23 auf. Es ist daher keine weitere Synchronisierung auf der Senderseite mit dem Projektil 10, d.h. mit der Empfängerseite erforderlich. Mittels des Pilottons 24 ist die zeitliche Abstimmung zwischen der Geschwindigkeitsmessung und der Aussendung der Programmierdaten, nämlich des Programmiersignals 17 vereinfacht. Der Pilotton 24 ermöglicht es, die Datenübermittlung zu vereinfachen und die Komplexität des Verfahrens und des Projektils 10 zu reduzieren. Mittels des Pilottons 24 sind Synchronisationsprobleme bei der Geschossprogrammierung verringert, wodurch Fehl- oder Nichtprogrammierungen vermieden werden und die Trefferquote erhöht ist. Es ist denkbar, den Pilotton 24 dauerhaft zu senden und sobald ein Nutzsignal 23 erstellt worden ist dieses ab dann ebenfalls zu senden, bis das Projektil 10 die Waffenrohranordnung 1, 2 verlassen hat.The
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird dem Projektil 10, d. h. der Munition ein Wert für ein Taktintervall vor dem Abschuss mitgegeben. In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens wird der Pilotton 24 jedoch genutzt, um eine Information für ein Abtastintervall oder eine Information über die Abtastfrequenz an das Empfangsteil 22 zu übergeben. Damit reduziert sich die Informationsmenge, die dem Projektil 10 zum Ladevorgang eingeprägt werden muss. Dadurch, dass das Taktintervall aus dem Pilotton 24 extrahiert werden kann, ist hierzu kein zusätzlicher Oszillator im Empfangsteil 22 des Projektils 10 mehr erforderlich. Hierdurch ergibt sich eine Bauteilvereinfachung.In one embodiment of the method, the projectile 10, i.e. H. The ammunition is given a value for a cycle interval before firing. In a preferred embodiment of the method, however, the
Im Folgenden darf auf den Aufbau und die Funktionsweise der Programmiereinheit 16 ausführlich anhand der
Aufgrund der berechneten Zerlegezeit wird nun ein Wort 25 mit B Bits erzeugt. Die einzelnen Bits sind hier mit A1/N, A2/N, ..., Ab, ..., AB/N näher bezeichnet. Aus der gemessenen Mündungsgeschwindigkeit des Projektils 10 wird die Zerlegezeit wie auch ggf. ergänzende Informationen als ein Wort 25 mit B Bits dargestellt. Die jeweiligen „1“ oder „0“ werden den jeweiligen Ab zugeordnet. Für ein 35 mm Kaliber-Waffenrohr soll nun im Folgenden B = 26 Bits gelten. In anderer Ausgestaltung des Verfahrens ist es jedoch denkbar, auch größere Datenmengen mit B > 26 Bits oder kleinere Datenmengen oder mit B < 26 Bits zu übertragen.Based on the calculated decomposition time, a
Es ist besonders vorteilhaft, dass die Daten zeitlich parallel mittels mehrerer Träger übertragen werden. Anstelle einer zeitlich seriellen Datenübertragung wird eine zeitlich parallele Datenübertragung vorgeschlagen. Insbesondere wird ein OFDM-Verfahren, d. h. ein orthogonales Frequenzmultiplexverfahren verwendet. Hierdurch ist es möglich, die Programmierzeit bei größerem Datenvolumen beizubehalten oder zu verkleinern. Die Programmierstrecke 20 kann beibehalten oder verkleinert werden (vgl.
Da keine zeitlich serielle Übertragung verwendet wird, kann das vorbeifliegende Projektil 10 selber entscheiden, wann der günstigste Zeitpunkt für den Empfang der Daten ist. Dies bedeutet, dass eine zeitliche Abstimmung zwischen der Geschwindigkeitsmessung und der Aussendung des Programmiersignals 17 entfallen kann. Dies vereinfacht die Datenübermittlung und reduziert die Komplexität. Dadurch, dass höhere Datenmengen übertragen werden können, sind die Projektilfunktionen entweder präziser steuerbar oder es ist denkbar, zusätzliche Funktionen zu ermöglichen.Since no time-serial transmission is used, the projectile 10 flying past can decide for itself when the best time is to receive the data. This means that there is no need to coordinate the timing between the speed measurement and the transmission of the
Die Anzahl der Abtastwerte ist hierbei N+1.The number of samples is N+1.
Es wird nun zunächst eine Zahl N gewählt, die größer als 2*B ist. Somit sollte - im Fall B=26 - N > 52 sein.First, a number N is chosen that is greater than 2*B. Thus - in the case B=26 - N > 52 should be.
Es gelten noch folgende Bedingungen:
Um einerseits den Einfluss von Aliasing-Effekten zu vermindern und andererseits die obige Bedingung zu erfüllen, ist N vorzugsweise eine Primzahl, die größer ist als 2B. Beispielsweise kann hier als Primzahl N = 103 gewählt werden.In order to reduce the influence of aliasing effects on the one hand and to fulfill the above condition on the other hand, N is preferably a prime number that is larger than 2B. For example, you can choose N = 103 as the prime number.
Hieraus ergibt sich das Abtastintervall TA aus der Programmierzeit TA =TPROG/N. Das Abtastintervall TA kann bspw. 0,9 µs betragen. Hieraus ergibt sich eine Abtastfrequenz fA= N/TPROG = 114,4 MHz.This results in the sampling interval T A from the programming time T A =T PROG /N. The sampling interval T A can be, for example, 0.9 µs. This results in a sampling frequency f A = N/T PROG = 114.4 MHz.
Vorzugsweise entspricht dabei diese Abtastfrequenz fA nicht der Frequenz, welche für die Geschwindigkeitsmessung verwendet wird. Beispielsweise kann eine Frequenz von 30 MHz zur Messung der Geschwindigkeit verwendet werden.Preferably, this sampling frequency f A does not correspond to the frequency used for the speed measurement. For example, a frequency of 30 MHz can be used to measure speed.
Aus dem Abtastintervall TA werden nun in einem Verfahrensschritt 25 die Trägerfrequenzen generiert. Die Trägerfrequenz ωb werden für insgesamt B = 26 Träger gebildet.
In einem Verfahrensschritt 26 werden die Phasenverschiebungen φb erzeugt. Die Amplituden Ab werden in einem Verfahrensschritt 27 vorverzerrt bzw. vorverstärkt.In a
In dem Verfahrensschritt 28 erfolgt die Modulation mit dem Träger und den entsprechenden Phasenverschiebungen. Hierbei werden alle Terme Ab mit dem entsprechenden Term: (1/ωb)*sin(ωb*z*TA-(φb) multipliziert, wobei die Multiplikation numerisch in einem Mikroprozessor vollzogen wird. Der Faktor (1/ωb) dient dazu, dass die empfangenen Spannungswerte für die Amplituden im Empfangsteil 22 (vgl.
In einem darauffolgenden Verfahrensschritt 29 erfolgt nun die Summation über alle Träger d. h. über alle Komponenten (1/ωb)*sin(ωb*z*TA - ωb). Anschließend wird das summierte Signal einem Digital-Analog-Wandler 30 zugeführt, der das Signal
Anschließend wird das Signal uA(t) einem Zeitdiskret-zu-Zeit-kontinuierlich-Wandler 31 zugeführt, der das Signal
Das unverstärkte Pilotsignal, welches zunächst die Form hat
Somit ergibt sich das Programmiersignal 17 in Form eines Sendestroms, der am Eingang des Sendekopplers 19 - insbesondere einer entsprechenden Spule - anliegt:
Die Phasen φb sind mit der Programmiereinheit 16 jeweils so gewählt worden, dass nach der Summation keine Spikes im empfangenen Signal erscheinen. Mit diesen Maßnahmen kann der Analog-zu-Digital-Wandler 42 optimal genutzt werden.The phases φ b have each been selected with the
Die Frequenzen der Träger des Programmiersignals 17 sind insbesondere kleiner als die Grenzfrequenz des Hohlleiters. Das elektromagnetische Feld nimmt exponentiell in Richtung des Hohlleiters ab, wodurch das entsprechende Feld auf die Waffenrohranordnung 1, 2 begrenzt ist. Dadurch, dass die Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz des Hohlleiters liegen, ist die Störanfälligkeit des Verfahrens nur gering.The frequencies of the carriers of the
Der Empfangsteil 22, welcher sich im Projektil 10 befindet und in
Es wird nun dieses Signal einem Bandpass 34 zugeführt, um das Abtastintervall TA zu generieren und andererseits die Signalstärke zu überwachen. Stellt ein Schwelldetektor 35 fest, dass die Amplitude 2πA0/TA konstant ist, wird ein Startpuls 36 an eine Abtastung 37 gesendet. Ferner wird nun ein Rechteckgenerator 38 mit dem ermittelten Taktintervall TA betrieben, wobei ein entsprechendes Signal ebenfalls der Abtastung 37 zugeführt wird.This signal is now fed to a bandpass 34 in order to generate the sampling interval T A and, on the other hand, to monitor the signal strength. If a
Bei der Abtastung 37 wird ferner ein Indexzähler 39 für die Werte n = 0, 1, 2, ... N verwendet.When scanning 37, an
Der Abtastung 37 wird nun über einen zweiten Bandpass 40 das entsprechende Nutzsignal 23 in der Form ΣAbcos(ωb*t-φb) zugeführt. Dieses Nutzsignal 23 wird mit der Abtastfrequenz fA abgetastet. Sobald N+1 Abtastwerte vorhanden sind, stoppt der Indexzähler 39 die Abtastung. Das abgetastete Signal 41 wird als sA(t) bezeichnet:
Nach der Analog zu Digital Wandlung werden die Abtastwerte s(n*TA) für alle N+1 Abtastungen in ein Schieberegister 43 gespeichert. Die Werte in dem Schieberegister 43 s(n*TA) werden einem Fouriertransformator 44 zugeführt:
Dabei wird der Betrag der Fouriertransformation SA(ωq) bei der Kreisfrequenz
Wenn nun der Betrag der Fouriertransfomierten des abgetasteten Signals sA(t) bei der Kreisfrequenz ωq = ωb ausgewertet wird, dann wird nur dann ein Wert ungleich 0 berechnet, wenn Ab =1 ist. Ist Ab =0 wird eine Null berechnet. Es ist somit möglich die Bits Ab des Wortes zeitlich parallel zu empfangen.If the magnitude of the Fourier transform of the sampled signal s A (t) is evaluated at the angular frequency ω q = ω b , then a value not equal to 0 is only calculated if A b =1. If A b =0 a zero is calculated. It is therefore possible to receive the bits A b of the word in parallel in time.
Bei einer geeigneten Wahl der Parameter kann auch der FFT-Algorithmus zur Programmierung mit parallelem Datenstrom verwendet werden. Das ermittelte Wort 45 kann nun innerhalb des Projektils 10 weiter verwendet werden, um den Zerlegezeitpunkt festzulegen.If the parameters are chosen appropriately, the FFT algorithm can also be used for programming with parallel data streams. The
Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile sind erzielt.The disadvantages mentioned at the beginning are therefore avoided and corresponding advantages are achieved.
BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST
- 11
- WaffenrohranordnungWeapon barrel arrangement
- 22
- WaffenrohranordnungWeapon barrel arrangement
- 33
- WaffenrohrGun barrel
- 44
- MündungsbremseMuzzle brake
- 55
- MündungsbremseMuzzle brake
- 66
- engerer Bereichnarrower area
- 77
- erweiterter Bereichexpanded area
- 88th
- EndbereichEnd area
- 99
- Öffnungopening
- 1010
- Projektilprojectile
- 1111
- SchussrichtungDirection of shot
- 1212
- GeschwindigkeitsmesssektionSpeed measurement section
- 1313
- Messsignalmeasurement signal
- 1414
- Verfahrensschritt „Berechnung der Mündungsgeschwindigkeit“Process step “Calculation of the muzzle velocity”
- 1515
- Verfahrensschritt „Berechnung der Zerlegezeit“Process step “Calculation of the dismantling time”
- 1616
- ProgrammiereinheitProgramming unit
- 1717
- ProgrammiersignalProgramming signal
- 1818
- ProgrammiersektionProgramming section
- 1919
- SendekopplerTransmit coupler
- 2020
- ProgrammierstreckeProgramming route
- 2121
- EmpfangskopplerReceiving coupler
- 2222
- Empfangsteilreceiving part
- 2323
- NutzsignalUseful signal
- 2424
- PilottonPilot tone
- 2525
- Verfahrensschritt „Trägerfrequenzen generieren““Generate carrier frequencies” process step
- 2626
- Verfahrensschritt „Verschiebungsphasen erzeugen“Process step “Create shift phases”
- 2727
- Verfahrensschritt „Amplituden vorverzerren“Process step “Predistort amplitudes”
- 2828
- Verfahrensschritt „Modulation mit Träger““Modulation with carrier” process step
- 2929
- Verfahrensschritt „Summation aller Träger“Process step “Summation of all carriers”
- 3030
- Digital-zu-Analog-WandlerDigital-to-analog converter
- 3131
- Zeit-diskret-zu-Zeit-kontinuierlich-WandlerTime-discrete-to-time-continuous converter
- 3232
- Verstärkeramplifier
- 3333
- Verstärkeramplifier
- 3434
- BandpassBand pass
- 3535
- SchwelldetektorThreshold detector
- 3636
- StartimpulsStart impulse
- 3737
- Abtastungscanning
- 3838
- RechteckgeneratorRectangular generator
- 3939
- IndexzählerIndex counter
- 4040
- BandpassBand pass
- 4141
- Signal sA(t)Signal s A (t)
- 4242
- Analog-zu-Digital-WandlerAnalog to digital converter
- 4343
- SchieberegisterShift register
- 4444
- FouriertransformatorFourier transformer
- 4545
- WortWord
- 4646
- Verfahrensschritt „Auswerten der Fouriertransformierten bei der Kreisfrequenz der Träger“Process step “Evaluating the Fourier transform at the angular frequency of the carrier”
Claims (14)
Priority Applications (1)
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DE102014015832.2A DE102014015832B4 (en) | 2014-10-28 | 2014-10-28 | Method for transmitting data to a projectile while passing through a weapon barrel assembly |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102014015832.2A DE102014015832B4 (en) | 2014-10-28 | 2014-10-28 | Method for transmitting data to a projectile while passing through a weapon barrel assembly |
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DE102014015832A1 DE102014015832A1 (en) | 2016-04-28 |
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ID=55698121
Family Applications (1)
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DE102014015832.2A Active DE102014015832B4 (en) | 2014-10-28 | 2014-10-28 | Method for transmitting data to a projectile while passing through a weapon barrel assembly |
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---|---|
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102006058375A1 (en) | 2006-12-08 | 2008-06-12 | Oerlikon Contraves Ag | Method for measuring the muzzle velocity of a projectile or the like |
DE102008024574A1 (en) | 2008-05-21 | 2010-06-17 | Rheinmetall Air Defence Ag | Apparatus and method for measuring the muzzle velocity of a projectile or the like |
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DE102010006528A1 (en) | 2010-02-01 | 2011-08-04 | Rheinmetall Air Defence Ag | Method and device for programming a projectile |
-
2014
- 2014-10-28 DE DE102014015832.2A patent/DE102014015832B4/en active Active
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DE102010006530A1 (en) | 2010-02-01 | 2011-08-04 | Rheinmetall Air Defence Ag | Programmable ammunition |
DE102010006528A1 (en) | 2010-02-01 | 2011-08-04 | Rheinmetall Air Defence Ag | Method and device for programming a projectile |
Also Published As
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---|---|
DE102014015832A1 (en) | 2016-04-28 |
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