DE1911442B2

DE1911442B2 - Flugkoerper-lenksystem

Info

Publication number: DE1911442B2
Application number: DE19691911442
Authority: DE
Inventors: Ralph Edgar Claremont; Hiroshige Kazuyuki Glendora; Buchanan Leonard Francis Pomona; Calif.; Durand jun. Charles Clifton Stoneham Mass.; Hawes jun. (V.St.A.)
Original assignee: General Dynamics Corp
Current assignee: General Dynamics Corp
Priority date: 1968-03-15
Filing date: 1969-03-06
Publication date: 1976-06-10
Also published as: FR2003957A1; JPS6050640B1; DE1911442A1; SE338927B; GB1206745A; US3527429A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fh jkörper-Lenksystem mit einem innerhalb des Flugkörpe-. s starr angeordneten, von einem Ziel Signale erhaltenden Empfänger, welcher ein Ausgangssignai mit einer Signal-Komponente entsprechend der Veränderung der Sichtlinie Fiugkörper-Ziel gegenüber der Achse des Empfängers erzeugt ,einem im Flugkörper vorgesehenen Kreisel und einem Regelkreis, welcher, abhängig von Ausgangssigna! des Empfängers und des Kreisels, die Flugrichtung des Flugkörpers lenkt.

Bei einem typischen Fropoiiionai-Navigatior.s-Lenksystem für einen Flugkörper wird die zeitliche Änderung der Sichtlinie Flugkörper-Ziel nach Größe und Richtung normalerweise durch einen (beweglich gelagerten) Empfänger gemessen und das erhaltene Ausgangssigna'i dazu benutzt, die Flugkörpergeschwindigkeit zeitiich nach Größe und Richtung zu so steuern. Bei derartigen Systemen ist die hauptsächliche, durch derartige Empfänger bzw. Antennen durchgeführte Messung die Messung des Winkels zwischen "Pr Sichtlinie Fluekörper-Ziel und dem Empfänger (Antenne).

Wenn jedoch der Empfänger fest mit der Flugkörperzelle verbunden ist, was aus einer Reihe hier nicht weiter interessierender Gründe häufig vorzuziehen ist, führt der durch den Empfänger festgestellte Winkel zu einem Ausgangssignal, das nicht nur der gewünschten zeitlichen Änderung der Sichtlinie Flugkörper-Ziel, sondern auch der Drehgeschwindigkeit des Flugkörpers proportional ist. Wenn dieses Signal, das eine der Drehgeschwindigkeit des Flugkörpers proportionale Information enthält, dem Flugkörper-Lenksy- 6s siem zugeleitet wird, so wird eine geschlossene Regelschleife gebildet. Diese allgemein als Flugkörper-Kopplungsschleife bezeichnete Schleife ist unerwünscht, weil sie die Stabilität und die Fuhrungsgcnauigkeit des Geschosses ungünstig beeinflußt.

Nach einem vorbekannten Verfahren soll diese Kopplungsschleife des Flugkörpers dadurch vermieden werden, daß ein Vertikalkreisel die Drehgeschwindigkeit des Flugkörpers mißt und eine entsprechende Gegenbewegung des Flugkörpers erzeugt wird, so daß dieser im wesentlichen keine Drehbewegung ausführt.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß trotzdem noch kleine Drehbewegungen mit nachfolgenden Korrekturbewegungen in entgegengesetzter Richtung auftreten, die entsprechende Störsignale auslösen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Entkopplung der Hugkörper-Bewegung mit elektrischen Mitteln zu erzielen.

Die Aufgabe Wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kreisel magnetisiert ist und in einer die Lage des Empfängers anzeigenden Spule ein Fehlersignal erzeugt, das dem Winkel zwischen der Figurenachse des Kreisels und der Flugkörperlängsachse entspricht und das zusammen mit dem Ausgangssignal des Empfängers mittels einer Präzessionsspule eine Präzession des Kreisels erzeugt, wodurch bei einem Verstärkungsverhältnis »1« zwischen dem Ausgang der Spule und dem Eingang des Regelkreises jede Verfälschung des Flugkörper-Steuersignals durch ein von einer Relativbewegung des Flugkörpers herrührendes Fe'ülersignal verhindert wird.

Auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung ist das erhaltene Flugkörper-Steuersignal nur proportional der Änderungsgeschwindigkeit der Sichtlinie Flugkörper-Ziel.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind die relative Einfachheit der erforderlichen Baugruppen und Geräte (Hardware), die Anwendbarkeit sowohl auf um die Längsachse rollende als auch auf nicht rollende Flugkörper, und die Tatsache, daß die Flugkörper-Bewegung nicht genau über den Flugkörper-Quer- und -Hochachsen, sondern norm .1 zu der Sichtlinie abgetastet werden kann.

Auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung ist das ernaltene Flugkörper-Lenksignal nur der Änderungsgeschwindigkeit der Sichtlinie Flugkörper-Ziel proportional.

bin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine geometrische vektorielle Darstellung eines Proportionalnavigationslenksystems,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Einrichtung zum Entkoppeln von Flugkörperbewegungen gemäß der Erfindung in Anwendung auf einen sich um die Längsachse drehenden Flugkörper, und

Fig. 3 eine schemasische Darstellung der Einrichtung iürn Entkoppeln ^VM" FlugkörperbeweRungen gemäß der Erfindung in Anwendung auf einen sich nicht um die Längsachse drehenden Flugkörper.

Die vorliegende Erfindung ist ein integrierender Bestandteil eines Proportionalnavigationsleitsystems für einen bewegten Flugkörper. Eine zweidimensionale vektorielle Darstellung eines solchen Systems ist in Fig. 1 gezeigt.

Eine Radareinrichtung 10 oder eine andere Quelle elektromagnetischer Strahlung, die von einem Ziel reflektiert werden kann, sendet Energie zu einem Ziel 12, das sich in Richtung des Zielgeschwindigkeilsvektors bewegt. Diese Energie wird von dem Ziel 12 zu dem Flugkörper 14 in Richtung des Flugkörper-Ziel-

Sichtlinienvektors α auf die Empfänger 16 reflektiert. Die elektrische Flugkörperantennenjustierung (Kfeiselagevektor) ist um einen Winkel ε von dem Flugkörper-Ziel-Sichtlinienvektor σ entfernt und als α-ε dargestellt. Ein Winkel β verschiebt den Flugkörperlagevektor (mechanische Antennenjustierung) ψ gegen die elektrische Empfangerjustierung. Der Flugkorpergeschwindigkeitsvektor y ist um einen weiteren Winkel vor. dem Flugkörperlagevektor entfernt. Die Vektoren σ, ψ und γ stellen die Vektoren der zeitlichen Änderung von α, ψ und γ dar und haben einen Winkel von 90° gegenüber diese:. Vektoren.

Die GnMSe und Richtung der zeitliche- Änderung γ der Flugkörpergeschwindigkeii werde., -dreh das Ausgangssignal eines System*. ^»eiint, das die Größe und Richtung der zei'-'-i'-hen 'üderung σ der Flugkorper-Ziel-Sichtlinie irr"' Uie hauptsächliche Messung der Flugkörpercm; larger 16 ist der Winkel ε zwischen der FIu^,. -r-^er-Ziel-Sichllinie α und der elektrischen Empfännei justierung α-ε. In einem Winkelnachführungssystem mi. geschlossener Schleife, in dem die Empfänger 16 fest an dem Flugkörper 14 befestigt sind, ist der durch die Empfänger festgestellte Winkel f proporitonal ο-ψ, wobei ψ die Flugkörperdrehgeschwindigkeit ist. Wie oben erwähnt, ergibt sich eine Flugkörperbewegungskopplungsschleife, wenn das dem Flugkörpersteuersystem zugeleitete Signal der Flugkörperbewepung proportional ist.

Das Flugkörper-Steuersystem ist sowohl auf sich drehende als auch auf sich nicht drehende bewegte Flugkörper anwendbar. Eine schematische Darstellung ihrer Anwendung auf einen sich um die Längsachse drehenden Flugkörper ist in Fig. 2 enthalten.

Der Flugkörper 18 bevtzt zwei Empfänger 20 und 22. Wu- z. B Antennen, die am vorderen Ende desselben fest angeordnet sind. Diese Empfänger 20 und 22 können auch zirkulär polarisierte Polyrodantennen (Mchrstatiant'.-nncn) sein. Die getrennten Ausgangssignale von den Empfangern 20 und 22 werden direkt zu Mikrowellenmischstufen 24 bzw. 26 geleitet. Separate Phasenschieber 28 und 30, die durch einen Oszillator 32 und durch einen Phasenschiebertreiber oder -verstärker 34 gespeist werden, sind mit den Mikrowellenmischstufen 24 bzw. 26gekoppelt,die ihrerseits beide in ein Summicrnetzwork oder einen Summierer 48 einspeisen.

Im Inneren des Flugkörpers 18 befindet sich eine raumstabile Bezugservne, wie z.B. ein rotierender magnetischer freier K'eisel oder eine träge Masse 36. Eine Induktionsspule 38 ist um den magnetischen Kreisel 36 herum zu dessen Lagefeststellung vorgesehen. Der Winkel zwischen der Ebene des Kreisels 36

V» t Μ\Λ VJl-I -'['U'¹- ·* W «»111·» »till γ» £,"- •»-■l^fc.i'fc ··-·. ·.-.·■». ··· — — .

Spule 38 erzeugte elektromotorische Kraft (EMK) wird der Reihe nach über einen Verstarkungs- und Phasenregler 40, einen Modulatoi 42 und ein Filter 44 zu dem Phasenschiebertreiber 34 geleitet.

Außerdem ist um den rotierenden Kreisel 36 herum eine eine Ruckstellwicklung des Kreisels 36 darstellende Priizessionsspule 46 vorgesehen. Diese Spule 46 ist über einen Amplitudendetektor 50, ein Filter 52, einen Modulator 54, einen Verstarkungs- und Pha senregler 56 ur.ti einen Präzessionsverslarker 58 mit dem Summierer 4f» in Reihe geschaltet. Der Pra/essionsverstiirker 58 isl nicht erforderlich, wenn das Ausgangssignal von dem Phasen- und Verstärkungsregler56stark genugisl Hin Korrekturausgangssignal wird von dem Phasen- und Verstärkungsregler 56 abgegeben und dem (nicht dargestellten) Flugkörperlenksystem zugeführt. Eine Halleffekt-Generatoranopinung 60, die gespeist wird durch einen Gleichstrom untl den Kreiselmagnetfluß, ist mit den beiden Modulatoren 42 und 54 gekoppelt, um die Ausgangssignale der Modulatoren entsprechend der Stärke des Flusses zu verändern. Der Hall-Generator gibt eine der Stärke des Magnetfeldes proportionale Ausgangsspannung

ίο ab. Er besteht gewöhnlich aus einem dünnen Plättchen aus Halbleitermaterial, das in einem Magnetfeld angeordnet ist, und einer mit dem Halbleiter verbundenen Stromquelle. Seine Ausgangsspannung ist proportional dem durch ihn fließenden Strom und dem

¹S zu ihm senkrechten Magnetfeld.

Im Betrieb empfangen die Empfänger 20 und 22 die von dem Ziel 12 reflektierten Radarsignale. Die Zielwinkeldaten σ-ψ werden aus der Phasendifferenz der Zieisignale an den Empfängern abgeleitet. Die Antennenausgangssignale, die sich in der Phase um einer. Betragproportional σ-ψ . terscheiden, werden direkt den Mikrowellenmischeinn rhtungen zugeleitet, wo sie in geeigneter Weise durch die Ausgangssignale von den Phasenschiebern 28 und 30 in dem Phasenschiebernetzwerk phasenverschoben werden, um bein; Nachlaufen des Zieles ein Schleifendifferen/ ignal Null zu erzeugen, so daß die Empfängeranoidnung während der Flugkörperdrehung kontinuierlich auf das Ziel zu gedreht wird. Der Oszillator 32, z.B.

ein ortsfester Festkörperoszillator (SSLO), wandelt die Frequenz der Empfängerausgangssignale nach der Phasenverschiebung in eine Zwischenfrequenz um, bevor sie in dem Summierkreis 48 summiert werden. Der Summierkreis 48 wandelt die Phasendifferenz (zwischen den Eingangssignalen) in eine Amplitudenmodulation am Ausgang um.

Der rotierende magnetische frei»· Kreisel 36 in dem Flugkörper 18 erzeugt magnetische Flußl'nien senkrecht zu seiner Drehachse, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

ν Die Drehung des Kreisels 36 induziert eine elektromotorische Kraft in der Spule 38, die kennzeichnend ist für die Kreisellage relativ zu der Spule 38 bzw. dem Flugkörper 18. Der Winkel zwischen dem Kreisel 36 und der Spule 38, der mit β bezeichnet ist, ist der gleiche Winkel wie der Winkel zwischen dem Flugkörpervektor und dem Kreiselvektor von Fig. 1. Der Kreisel 36, der raumstabil ist, erzeugt eine sofortige Änderung der induzierten EMK in der Spule 38 proportional zu einer auftretenden Flugkörperbewegung φ.

Diese induzierte EMK wird, wie gezeigt, der Schaltung von Fig. 2 zugeleitet und zusammen mit den Empfängerausgangssignalen dazu verwendet, den maonetkrhrn Kreisel 36 durch Induzieren eines FeI-des in der Präzessionsspule 46 zu drehen. Durch entspiechendes Vorsehen einer Verstärkung nahe »1« zwischen de Spule 38 und den Phasenschiebern 28 und 30 kann irgendeine Korperbewegung, die durch die am Flugkörper befestigten Empfänger 20 und 22 festgestellt wird, durch die mit Hilfe der Spule 38 von dem magnetischen Kreisel 36 abgetastete Flugkoi perbewegung aufgehoben werden. Das Korrekuirsignal von den. Phasen- und Verstärkungsregler 56 ist daher nur der Flr.gkörper-Ziel-Sichllinienänderung a proportional.

Eine Anwendung des Flugkörper-Lenksystems auf einen um die Längsachse nicht drehenden Flugkörper ist in Fig. 3 dargestellt. Grundsätzlich wird diese An-

passung einfach durch das Verdoppeln gewisser Elemente des Systems von Fig. 2 für sich um die Längsachse drehende Flugkörper erreicht.

Vier Empfänger 62, 64, 66 und 68 sind in Abständen von 90" um die vordere Außenseite des Flugkörpers herum angeordnet und in zwei getrennten Empfängerpaaren gruppiert, nämlich 62 und 66 und 64 und 68. Das erste Empfängerpaar 62 und 66 ist mit den Mikrowelleiimischern 70 bzw. 72 gekoppelt. Separate Phasenschieber 74 und 76, die: durch einen Oszillator 78 und einen Phasenschiebertreiber oder -verstärker 80 in einem Phasenschieberkreis gespeist werden, sind mit den Mikrowellenmischern 70 bzw. 72 gekoppelt. In ähnlicher Weise sind die mit den Empfängern 64 bzw. 68 gekoppelten Mikrowellenmischer 82 und 84 mit separaten Phasenschiebern 86 bzw. 88 gekoppelt, die ihrerseits durch einen Oszillator 90 und einen Phasenschiebertreiber oder -verstärker 92 in einem Phasenschiebernetzwerk gespeist werden.

Die induzierte EMK der Spule, die die Lage des rotierenden magnetischen freien Kreisels feststellt, wird einem Verstärkungs- und Phasenkreis 94 zugeleitet und dann in zwei Kanäle aufgeteilt. Der erste Kanal enthält einen Modulator 96 und ein Filter 98, das mit einem Phasenschiebertreiber 80 gekoppelt ist, wogegen der zweite Kanal einen Modulator 100 und ein Filter 102 enthält, das mit einem Phasenschiebertreiber 92 gekoppelt ist. Eine Halleffekt-Generatoranordnung 104, die durch einen Gleichstrom und den Magnetfluß des Kreisels gespeist wird, ist direkt gekoppelt mit dem Modulator 96 und über einen Phasenschieber 106 in einem Phasenschieberkreis mit dem Modulator 100, um die Ausgangssignale der Modulatoren entsprechend der Stärke des Kreiselmagnetflusses zu verändern.

Ein Summierkreis i08 erhält die Ausgangssignalc von den Mikrowellenmischern 70,72,82 und 84, und von hier ab ist die Schaltung identisch mit der von Fig 2, d.h. sie enthält einen Amplitudendctcktor 110, ein Filter 112, einen Modulator 114, einen Phasen- und Verstärkungsregler 116 und einen Präzes-

sionsverstärker 1181 Die HaimEffekt-Generatoran-.ordnung:120,dic denModulatorll4speist und dessen Ausgangssignal verändert, kann gemeinsam sein mit der Hall-Effekt-Generatoranordnung 104, die die Modulatoren 96 und 100 speist.

■5 Der Betrieb des Steuersystems für den sich nicht um die Längsachse drehenden Flugkörper ist im wesentlichen identisch mit dem der Anordnung von Fig. 2 fur den sich um die Längsachse drehenden Flugkörper.

Das Sys'iem hat außer der oben beschriebenen Entkopplung der Flugkörperbewegung den Vorteil, leicht anpaßbar zu sein auf einen Doppelwellenbetrieb, d.h. daß sie eine Sucheinrichtunghaben kann, die auf mehr als eine Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung anspricht. Es ist ersichtlich, daß der KreisJt 36 in einer Richtung gehalten wird, die auf das Zie' zu zeigt, von dem die Energie durch den Empfänger aufgenommen wi.'.l. Demzufolge kann der Empfänger für eine Doppelwellensucheinrichtung, wie z.B. ein

3" Schallwellenwandler, direkt auf dem sich drehenden Kreisel befestigt werden und kann mit seinem eigenen Korrektursignal auf die Erreichungeines genügenden Energiepegels antworten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Flugkörper-Lenksystem mit einem innerhalb des Flugkörpers starr angeordneten, von einem Ziel Signale erhaltenden Empfänger, welcher ein Ausgangssignal mit einer Signal-Komponente entsprechend der Veränderung der Sichtlinie Flugkörper-Ziel gegenüber der Achse des Empfängers erzeugt, einem irn Flugkörper vorgesehenen Kreisel und einem Regelkreis, welcher, abhängig von Ausgangssignal des Empfängers und des Kreisels, die Flugrichtung des Flugkörpers lenkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisel (36) magnetisiert ist und in einer die Lage des Empfängers (16; 20,22; 62,64,66,68) anzeigenden Spule (38) ein Fehlersignal erzeugt das dem Winke! (ß) zwischen der Figurenachse des Kreisels (36) und der Flugkörperlängsachse (tjj) entspricht und das zusammen mit dem Ausgangssignal des Empfängers mittels einer Präzessionsspule (46) eine Präzession des Kreisels (36) erzeugt, wodurch bei einem Verstärkungsverhältnis nahe »1« zwischen dem Ausgang der Spule (38) und dem Eingang des Regelkreises jede Verfäl- ^Z5 schung des Flugkörper-Steuersignals durch ein von einer Relativbewegung des Flugkörpers herrührendes Fehlersigna! (KE) verhindert wird.