DE1756077C3

DE1756077C3 - Method for determining the position of a missile with the aid of high-frequency electromagnetic oscillations and device for carrying out the method

Info

Publication number: DE1756077C3
Application number: DE19681756077
Authority: DE
Inventors: Roland Dr.-Ing. Noordwijk Mayer (Niederlande)
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1968-03-30
Filing date: 1968-03-30
Publication date: 1974-05-02
Also published as: DE1756077A1; DE1756077B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Lage eines Flugkörpers mit Hilfe hochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen, die mittels eines am Boden befindlichen Antennensystems in zwei aufeinander senkrecht stehenden Polarisationsrichtungen abgestrahlt werden und am Flugkörper empfangen werden, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for determining the position of a missile with the aid of high-frequency electromagnetic oscillations which are emitted in two mutually perpendicular polarization directions by means of an antenna system on the ground and which are received on the missile, as well as a device for carrying out the method.

Bekannte Winkelmeßverfahren und Einrichtungen der Radartechnik, einschließlich Einrichtungen mit Interferrometern (Astronautics und Aeronautics, Dezember 1965, S. 54 bis 59) verwenden rechtwinkelig angeordnete Antennenpaare, mit deren Hilfe der Einfallswinkel der von einem Referenzsystem ausgestrahlten hochfrequenten elektromagnetischen Schwingungen über eine nichtlineare Beziehung aus einer gemessenen Phasendifferenz ermittelt werden kann, wozu ein erheblicher technischer Aufwand erforderlich ist, insbesondere dann, wenn die gewonnenen Lagesignale zur Lenkung oder Lagekorrektur Known Winkelmeßverfahren and devices of radar technology, including devices with interferrometers (Astronautics and Aeronautics, December 1965, pp. 54 to 59) use pairs of antennas arranged at right angles, with the help of which the angle of incidence of the high-frequency electromagnetic oscillations emitted by a reference system via a non-linear relationship from a measured phase difference can be determined, for which a considerable technical effort is required, especially when the position signals obtained for steering or position correction

ίο eines Flugkörpers oder eines mit Antnebsmitteln versehenen Satelliten verwendet werden sollen.ίο a missile or one provided with propellants Satellites should be used.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für einen Flugkörper oder einen mit eigenen Antriebsmitteln versehenen Satelliten ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ab der Antenne des Flugkörpers oder Satelliten nur lineare Funktionen zur Bildung der Lagersignale verwendet werden, wodurch eine erhebliche Vereinfachung im gesamten elektronischen Aufwand der Einrichtung erreichbar ist.In contrast, the invention is based on the object for a missile or one with its own Propulsion means provided satellites a method and a device of the aforementioned Kind of training so that from the antenna of the missile or satellite only linear functions for formation of the bearing signals are used, thereby a considerable simplification in the whole electronic Effort of the establishment is attainable.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren und einer Einrichtung der eingangs genannten Art am Flugkörper mit Hilft, von drei Antennen gleichzeitig Signale aus einer ein-This object is achieved according to the invention in that in a method and a device of the type mentioned at the beginning on the missile with the help of three antennas simultaneously signals from a single

fallenden elektromagnetischen Welle empfangen werden und daraus in hezug auf ein rechtwinkeliges flugkörperfestes Koordinatensystem den rechtwinkeligen Koordinaten ihrer Einf ausrichtung proportionale Meßgrößen gebildet werden.falling electromagnetic wave are received and from it in relation to a right-angled missile-fixed The coordinate system is proportional to the right-angled coordinates of your insertion orientation Measured variables are formed.

Durch dieses Verfahren, bei dem nur drei Antennen an Stelle von bisher vier Antennen verwende; werden und nicht der Einfalls%vinkel, sondern du· rechtwinkligen Koordinaten der Einfallsrichtung au der gemessenen Phasendifferenz ermittelt werden sind nichtlineare Glieder in der Auswertschaltur.. vermieden. Dies ist dadurch bedingt, daß die Koordinaten der Einfallsrichtung in einem flugkörperfesten rechtwinkligen Koordinatensystem eine Linearkombination der gemessenen Phasendifferenzen sind.With this method, in which only three antennas instead of the previous four antennas are used; and not the angle of incidence, but rather the right-angled coordinates of the direction of incidence of the measured phase difference are determined are non-linear elements in the evaluation circuit .. avoided. This is due to the fact that the coordinates of the direction of incidence are fixed in a missile right-angled coordinate system a linear combination of the measured phase differences.

Hierdurch wird die digitale oder analoge Ermittlung der Einfallsrichtung bzw. der Koordinaten der Einfallsrichtung und damit der Lage des Flugkörpers wesentlich vereinfacht. Darüber hinaus hat dieses Verfahren den Vorteil, daß die derart ermittelten Koordinaten der Einfallsrichtung direkt mit den Koordinaten der Soll-Einfallsrichtung verglichen werden können, so daß Korrektursignale gebildet werden können, die direkt dem Schub der Lagekontrolldüsen proportional sind, welche sich in den Achsen des flugkörperfesten Koordinatensystems befinden. Soli nun die Lage des Flugkörpers definiert geändert werden, so brauchen in einem bordautonomen Lagekontrollsystem lediglich die Sollwerte der Einfallsrichtung geändert zu werden.This enables the digital or analog determination of the direction of incidence or the coordinates of the direction of incidence and thus the position of the missile is significantly simplified. In addition, this has The method has the advantage that the coordinates of the direction of incidence determined in this way are directly linked to the Coordinates of the desired direction of incidence can be compared, so that correction signals are formed that are directly proportional to the thrust of the position control nozzles, which are located in the axes of the missile fixed coordinate system. Soli now changed the position of the missile in a defined way only need the setpoint values for the direction of incidence in an on-board position control system to be changed.

Eine Einrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist gekennzeichnet durch drei Modulatoren an die eingangsseitig drei Oszillatoren und drei Antennen angeschlossen sind sowie ausgangsseitig ein Vorverstärker, dem ein Zwischenfrequenz- verstärker folgt, an dessen einzigen Ausgang drei Mischstufen angeschlossen sind, die eingangsseitig ferner mit den Oszillatoren verbunden sind und ausgangsseitig mit Phasendetektoren, von denen jeder ausgangsseitig an drei ihm zugeordneten Multiplika toren angeschlossen ist, welche ferner eingangsseitig an einen Speicher 27 angeschlossen sind, wobei die ausgangsseitigen Anschlüsse je dreier unterschiedlichen Phasendetektoren zugeordreter Multiplikatoren A device for carrying out the method described is characterized by three modulators to which three oscillators and three antennas are connected on the input side and a preamplifier on the output side, followed by an intermediate frequency amplifier with three mixer stages connected to its single output, which are also connected to the oscillators on the input side are and on the output side with phase detectors, each of which is connected on the output side to three multipliers assigned to it, which are also connected on the input side to a memory 27, the output side connections each to three different phase detectors assigned multipliers

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mit je einem Addierer verbunden sind, welche aus- stand der Antennen großer als die halbe Wellenlängeare each connected to an adder, the antennae being greater than half the wavelength

gangsseitig an Differenzbildner angeschlossen sind, der einfallenden elektromagnetischen Wellt, so kannare connected on the output side to differential formers, the incident electromagnetic waves, so can

deren weiteren Eingängen den Sollwerten der Ein- durch eine an sich bekannte!Einrichtung die V.eiaeu-the other inputs of which correspond to the setpoints of the inputs by means of a device known per se.

fallsrichtung entsprechende Signale aus einem Zwi- tigkeit der Phasenmessung berücksichtigt werden dacorresponding signals from an in-between phase measurement are taken into account there

.schenspeicher zugeführt sind und an deren Ausgän- 5 in diesem Fall die Phasendifferenz großer als 360.schenspeicher are supplied and at their outputs 5 in this case the phase difference greater than 360

gen Stellgrößen abnehmbar sind. sein kann. Die Phasendetektoren sind also in dergen manipulated variables are removable. can be. The phase detectors are therefore in the

Die Zeichnung zeigt in einem Blockschaltbild ein Lage, ein digitales -der analoges Signal zu liefernThe drawing shows in a block diagram a position to deliver a digital - the analog signal

Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung zur Durch- welches einem Phasendifferenzwinkel proportionalEmbodiment of a device for through which a phase difference angle proportional

führung des Verfahrens ist auch wenn dieser größer als 360 ist. Jeder Pha-The procedure is also carried out if this is greater than 360. Each phase

In der Zeichnung sind mit den Bezugszeichen « sendetektorausgang ist gleichzeitig mit je drei Multi-1, 2, 3 drei Antennen bezeichnet, die sich an an sich plikatoren 18 bis 26 verbunden. In jedem Multiphkabeliebig wählbaren Punkten auf der Oberfläche des tor wird die gemessene Phasendifferenz entweder Flugkörpers befinden. Vorzugsweise ist ihr gegensei- analog oder digital mit einem konstanten f-aktor tiger Abstand kleiner als die halbe Wellenlänge der multipliziert. Diese Faktoren sind nur von den Koorempfangenen Frequenz zu wählen. Um die hochfre- 15 dinaten der Erregungszentren der drei Antennen in quenten Antennensignale, die durch eine einfallende einem flugkörperfesten Koordinatensystem abhängig, elektromagnetische Welle hervorgerufen werden, ge- Diese Faktoren werden von einem Speicher 27 er.tmeinsam verstärken und voneinander trennen zu wed^r in digitaler Form oder in analoger Form tvkönnen, ist hinter jede Antenne ein Modulator 4 5 6 liefert. Je drei Multiplikacoriusgangssignale uer^ns geschaltet, der aus einer einfachen Torschaltun? be- a° in drei Addierern 28, 29, 3» addiert. Die Ausgur.umstehen kann. Jeder Modulator wird mit einem "eige- signale der Addierer sind dann direkt proportional nen ihm zugeordneten Modulationsoszillator 7,8 den Koordinaten der Einfallsicherung der eleknooder9 gespeist. Die Modulationsosziliatoren 7, 8,9 magnetischen Welle in bezug auf ein flugkörper: ■„-haben voneinander unterschiedliche Frequenzen. In srcs", rechtwinkliges Koordinatensystem. Diese W ■ ·;>·; je einem für alle empfangenen Signale gemeinsamen 35 werden mit den Koordinaten der Soll-Einfalls:., h-Vorverstärker 10 und einem Zwischenfrequer.zver- tung in drei Differenzbildnern verglichen, lnden; ..^ Stärker 11 werden entweder die oberen oder unteren Differenz der einzelnen Werte gebildet wird. Die·; ■::- Seitenbänder des Spektrums der Modulaiorausganes- schieht wieder entweder in digitaler oder anal, .;r signale gemeinsam verstärkt und danach gleichzeitig Form. Die Sollwerte der Einfallsrichtung werden η auf drei Mischstufen 12, 13, 14 gegeben. In den drei 30 einem Zwischenspeicher 31 geliefert. Am Ausg.,:.g Mischstufen werden die Antennensignale mit den der Differenzbildner 32, 33, 34 stehen dann analoge Frequenzen der drei Modulationsoszillatoren 7. 8. 9 oder digitale Größen zur Verfügung, die direkt ckn gemischt, so daß hinter den Mischern 12, 13. 14 die Abweichungen der Koordinaten der Einfallsrichiiin;: Antennensignale mit derselben Frequenz zur Verfü- von einer Soll-Einfallsrichtung proportional μ ,id. gung stehen. In den nachfolgenden Phasendetek'oren 35 Diese Größen sind daher die Stellgrößen^,, Si₂. >■?., IS, 16, 17 wird die Phasendifferenz zwischen drei in einem autonomen, bordeigenen Lageregelüi;,r-sy-Antenr^nsignalen ermittelt. Ist der gegenseitige Ab- stern.In the drawing, the reference symbols “transmit sector output is denoted at the same time with three multi-1, 2, 3 three antennas, which per se are connected to multipliers 18 to 26. The measured phase difference of either missile will be located in each multi-cable freely selectable point on the surface of the gate. Their mutual analog or digital with a constant f-actuator distance is preferably smaller than half the wavelength of the multiplied. These factors can only be selected from the frequency received by the co-ordinate. In order to convert the high frequencies of the excitation centers of the three antennas into quent antenna signals, which are caused by an incident electromagnetic wave dependent on a missile-fixed coordinate system, these factors are jointly amplified by a memory 27 and separated from one another digital or analog form, a modulator 4 5 6 is provided behind each antenna. Three Multiplikacorius output signals are switched outside each time, which results from a simple gate switch? be a ° added in three adders 28, 29, 3 ». The Ausgur. Can stand. Each modulator is fed with its own signal, the adders are then directly proportional to the modulation oscillator 7, 8 assigned to it, the coordinates of the anti-collapse protection of the eleknooder9 different frequencies. In srcs ", right-angled coordinate system. This W ■ ·;>·; 35 each one common to all received signals are compared with the coordinates of the setpoint incidence:., h-preamplifier 10 and an intermediate frequency converter in three differentiators. .. ^ Stronger 11, either the upper or lower difference of the individual values is formed. The·; ■ :: - Sidebands of the spectrum of the modular output again occurs either in digital or analog,.; R signals are amplified together and then simultaneously in form. The nominal values of the direction of incidence are given η to three mixing stages 12, 13, 14. Delivered to a buffer 31 in the three 30. At the output. 13. 14 the deviations of the coordinates of the direction of incidence ;: antenna signals with the same frequency available from a target direction of incidence proportional to μ, id. stand up. In the following phase decors 35 these variables are therefore the manipulated variables ^ ,, Si ₂ . > ■?., IS, 16, 17, the phase difference between three in an autonomous, on-board position control, r-sy antenna signals is determined. Is the mutual failure.

Hierzu 1 Platt ZeiclinungenFor this 1 plate drawing

Claims

Patent claims:

1. Method for determining the position of a missile with the help of high-frequency electromagnetic Vibrations that are emitted by an antenna system on the ground in two mutually perpendicular polarization directions and on the missile are received, characterized in that that the missile with the help of three antennas simultaneously signals from an incident electromagnetic wave can be received and derived from it in relation to a right-angled missile-fixed coordinate system the right-angled coordinates of their direction of incidence proportional measured variables are formed.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the signals intercepted by the missile's three antennas are different are modulated and amplified together, after which they are so with the help of several mixer stages are separated from each other so that the outputs of three mixer stages have the same frequency Antenna signals are available.

3. Device for performing the method according to the preceding claims, characterized by three modulators (4, 5 and 6) to which e ^; On the input side three oscillators (7, 8 and 9) and three antennas (1, 2 and 3) are connected and on the output side a preamplifier (10), which is followed by an intermediate frequency amplifier (11), to its single; _b ? n output three mixer stages (12, 13 and 14) are connected, the input side are also connected to the oscillators (7, 8 and 9) and the output side with phase detectors (15, 16 and 17), each of which has an output of three assigned multipliers (18, 21, 24 and 19, 22, 25 and 20, 23, 26) are connected, which are also connected on the input side to a memory (27), the output-side connections each with three different phase detectors (15, 16, 17 ) assigned multipliers (18, 19, 20 or 21, 22, 23 or 24, 25, 26) are each connected to an adder (28 or, 29 or 30), which are connected on the output side to difference formers (32, 33, 34) are, the other inputs of which the desired values of the direction of incidence corresponding signals are fed from a buffer (31) and at the outputs of which manipulated variables (Sf ₁ , St ₂ , St ₃ ) can be taken.