DE1958139A1 - Anordnung zur optischen Leitstrahllenkung von Flugzeugen und Flugkoerpern - Google Patents

Description

• Anordnung zur Optischen Leitstrahllenkung von Flugzeugen und Flugkörpern Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur optischen Leitstrahllenkung von Flugzeugen und Flugkörpern mit Hilfe ortsfest aufgestellter Lichtsender.
• Die eingangs genannten Anordnungen werden benötigt zur gezielten Fernlenkung von Raketen und Flugzeugen auf einem Leitstrahl bzw, zur Erleichterung des Landeanflugs und der Landung von Flugzeugen auf Landepisten.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zur Leitstrahllenkung derart auszubilden, daß sie nicht störbar lst, wie dies bei bekannten funktechnischen Einrichtungen der Fall ist, und daß sie gegenüber bekannten optischen Einrichtungen, die zur Leitstrahllenkung in einer Ebene dienen, wie sie für die Schiffahrt vorgeschlagen wurden, eine selbst für die Landung von Flugzeugen hoher Landegeschwindigkeit ausreichende Informationsgeschwindigkeit aufweist und die Erfassung eines räumlichen Winkelbereiches sowie die Bestimmung von Entfernungen und Höhenlagen gestattet.
• Zur Beseitigung der Mängel bokannter Einrichtungen ist bei einer anordnung zur optischen Leitstrahllenkung von Flugzedgen und Flugkörpen mit Hilfe von zwei ortsfest aufgestallten Lichtsandern, die scharfgebündelte Leitstrahlen aussenden, sowie im Flugzeug bzw. Flugkorper angeordneten Lichtempfängern erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Lichtsender mit Einrichtungen zur Erzeugung von Lichtstrahlbündeln quadratischen Querschnittes versehen sind und ferner senderseitig Ablenkeinrichtungen vorgosehen sind, mit donen die Lichtstrahlbündel in quer zu einer einzuhaltenden Flugrichtung liegenden Flächen, die sich überschneiden, Innerhalb einer Zelle und von Zelle zu Zelle in Sprüngen ablenkbar sind, die der Öffnung der Lichtstrahlbündel in diesen Flichen entsprechen und daß ferner jedem der belden Dichwender eine Modulationseinrichtung zugeordnet ist, mit der seinem Lichtstrahl entsprechend seiner jeweillgen @@ge in der von ihm bestrichenen Flache nach Höhe und Seite eine Modulation aufgepragt ist, daß wolterein im Flugzeug, @@ @ Flugkörper zwel kolektiv arbeitende Empfangsanlagen vorgesehen sind, von donen jede nur die Signals eines der beil @ Lichtsender empfängt, wobei mittels an sich bekannter Einrichtungen otisch angezeigte oder in die Steuereinrichtune des Flugzeugs bzw. des Flugkörpers elngegebene Signale gebildet sind, die ein Maß für die Ablage nach höhe und Seite von einer einzuhaltenden Flugrichtung und ein Maß der Entfernung von den bodenseitigen Lichtsendern sind.
• Im Gegensatz zum bekannten Stand der Techniic bei Anordnungen zur optischen Leitstrahllenkung konunen bei der vorgeschlagenen Anordnung anstelle voll Lichtstrahlbündeln krcisförmigen Querschnittes Lichtstrahlbündel zur Anwendung, die einen quadratischen Querschnitt aufweisen. Die ausgeleuchtete Fläche wird dabei lückenlos und in Verbindung mit der ferner vorgeschlagenen schrittweise erfolgenden Ablenkung und Modulation flächenelementweise abgetastet, wobei jedem Flächenelement eine eindeutige, seiner Lage in einem rechtwinkligen Koordinatensystem entsprechende Modulation zukoftunt, die mit relativ niedrigem Aufwand an technischen Mitteln in der bordseitigen Anlage die Bildung von Signalen gestattet, die der Ablage eines Flugzeuges nach Höhe und Seite sowie seiner Entfernung und Höhe über einem Fixpunkt proportional sind.
• Zur Modulation und Ablenkung der Lichtstrahlbündel ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß ein Ablenkgenerator verwendet wird, an den eine im Strahlengang eines Lichtsenders angeordnete elektrooptische Ablenkeinrichtung angeschlossen ist und ferner unter Zwischenschaltung einer Synchronisiereinrichtung und eines Wobbelgenerators eine ebenfalls im Strahlengang des Lichtsenders angeordnete Modulationseinrichtung.
• Zweckmäßigerweise ist dabei der Ablenkgenerator, die Synchronisiereinrichtung und der Wobbelgenerator beiden Lichtsendern gemeinsam zugeordnet.
• Gegenüber Ablenkeinrichtungen, die mit mechanisch bewegten Spiegeln bzw. Prismen arbeiten, gestattot die vorgeschlagene Ablenkeinrichtung eine wesentlich feinere Unterteilung der ausgeleuchtoten Fläche, wobei letztere mit wesentlich höherer Geschwindigkeit abtastbar ist Mit Hilfe der vorgeschlagelien Synchronisations- und Modulationseinrichtung und durch die lückenlose Erfassung der ausgeleuchteten Fläche ist sichergestellt, daß Jedem Flächenelement eine eindeutige Modulation zukommt.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist zur empfangsseitigen Trennung der in den sich überschneidenden auagoleuchteten Flachen enthaltenen Signale vorgesehen, jeden der beiden Lichtsender und den ihm zugeordneten Empfänger mit einander entsprechenden Polarisationsfiltern zu vorsehen. die in spezieller Weiterbildung dor Erfindung als Zirkular-Polarisations-Filter ausgebildet sind, wobei durch letzteres die Signale unabhängig von der Lage des Flugzeuges oder Flugkörper unverfälscht empfangen werden.
• Speziell für eine Einrichtung zur Leitstrahllenkung beim Landeanflug und bei der Landung von Flugzeugen sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Lichtsender zu bei den Seiten einer Landepiste angeordnet. In zweckmäßiger Ausbildung ist dabei dio Ablenk- und Modulationseinrichtung derart beschaffen, daß das Lichtstrahlbündel eines Lichtsenders in einer quer zu ihm angestellton Fläche ein Flächenelement ausleuchtet, dessen Modulationsfrequenz sich bei einer Verschiebung um einen Ablonkschritt in waagrechter Richtung in der Größenordnung von 4 x 10 3 Hz ändert und bei einer Verschiebung in senkrechter Richtung in einer Größenordnung von 10 6 Hz ändert. Die Offnungswinkel des Lichtstrahlbündels liegen dabei in der Größenordnung von 0,02 ° und die gesamte Ablenkung nach Höhe und Seite schließt Winkel in der Größenordnung von 5 ein.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dor Zeichaung schematisch vereinfacht dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht einer Einrichtung zur Loitstrahllenkung von Flugzeugen bein Landeanflug und bei der Landung, Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Anordnung nach Fig. 1, Fig. 3 den in dor Fig . 1 dargestellten Lichtsender II in vergrößertem Maßstab, Fig.4 eine vom Lichtsender ausgeleuchtete Fläche mit Raster, Ft. 5 das Dlockschaltbild dor Lichtsender, Fig. 6 das Blockschaltbild der bordseitigen Empfangsanlage.
• In den Figuren 1 und 2 ist eine Landepisto 1 dargestellt, an deren beiden Seiten Lichtsender 1 und II aufgestellt sind. Die seitlichen Abstände von der Pistenmittellinie und die Entfernung der beiden Sender von einem Aufsetzpunkt 2 ist dabei so gewählt, daß sich die von ihren Lichtstrahlbündeln bei der Ablenkung ausgeleuchteten Flächen 3 und 4 im flaum zwischen don Lichtsendern I und II und dem Aufsetzpunkt 2 zu überschneiden beginnen. Die von den beiden Sendern I und II ausgestrahlten Lichtstrahlbündel bestreichen bei ihrer Ablenkung dabei nach Höhe und Seite einen Winkelbereich von etwa 5 °, wobei die äußeren bzw. unteren Schenkel der Ablenkwinkel parallel zur Landepiste verlaufen und die inneren Schenkel sich zwischen den Lichtsondern und dem Aufsetzpunkt überschneiden. Ein im Landeanflug befindliches Flugzeug 5 erhalt aus einem später beschriebenen Empfänger mit Hilfe der bisher beschriebenen Einrichtung eine doppelt gegebene Information Uber die Ablage nach Höhe und Seite, sobald es sich in einem Boreich befindet, der von beiden Lichtsendern I und II ausgeleuchtet ist, d. h. in dem Bereich, in den sich die ausgeleuchteten Flächen 3 und 4 überschneiden.
• Die Fi. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen der boden Lichtsender, der ein Lichtstrahlbündel 6 quadratischen Querschnittes aussendet, das Öffnungswinkel von 0,02 ° weist. Die Ablenkwinkel für dieses LichtstrahlbUndel betragen dabei nach Höhe und Seite 5 °. Die Ablenkung des Lichtstrahlbündels 6 erfolgt schrittweise um Beträge, die gleich dem Öffnungswinkel (0,02 °) des Lichtstrahlbündels 6 sind. Eine ausgeleuchtete Fläche 4 wird dabei nacheinander vom querschnitt des LichtstrahlbUndels lückenlos ausCcleuchtet und bildet einen in der Fig. 4 vergrößert dargestellten Raster, bei dom Jedem Roatorfeld eine bestimmte Modulation zukommt. Im dargestellten Raster nimmt bei einer Anfangsmodulation von 250 MHz die Modulationsfrequenz bei der horizontalen Ablenkung von Rasterfeld zu Rasterfeld um 4 MIz zu und erreicht am Ende der ersten Zeile 250,996 MHz.
• Bei dieser Frequenzzuordnung ist dem ersten Rasterfeld der folgenden Zeile dann eine Modulationsfrequenz zugeordnet, die um 1 MHz höher liegt als die des Anfangsfeldes, und dem letzten IEsterfeld entspricht dann eie Modulationsfrequenz von 499,996 MHz.
• Anhand der Fig. 5, die ein Blockschaltbild der Lichtsender zeigt, ist im Folgenden deren Aufbau und Wirkungsweise beschrieben.
• Jeder der beiden Lichtsender I und II weist einen Lasergenerator 10,10' auf, der mit einem Strahlformer 11,11' versehen ist, der zur Bildung eines Lichtstrahlbündels 12,12' mit quadratischem Querschnitt und einem Öffnungs winkel von 0,02 ° dient. Die schrittweise Ablenkung des Lichtstrahlbündels 12,12' erfolgt in horizontaler Richtung so lange, bis das abgelenkte LichtatrahlbUndel 13,13' eine Gesamtablenkung von 5 ° erreicht hat, wonach eine Ablenkung in vertikaler Richtung um 0,02 erfolgt und die nächste Zeile mit gleichem Richtungssinn durchlaufen wird, bis von jedem der beiden Lichtsender I und II Je ein Quadrat ausgeleuchtet ist, das aus 230 x 250 r 62.500 Einzelquadraten besteht. Die Ablenkung der LichtstrahlbUndel 12 und 13 wird mit hilfe elektrooptischer Ablenkeinrichtungen 14 und 14' erreicht, die im Strahlengang der beiden Lichtsender 10 und 102 angeordnet sind und von einem Ablenkgenerator 15 gesteuert sind, der beiden Lichtsendern 10 und 10' gemeinsam zugeordnet ist.
• Der Ablenkgenerator 15 steuert über eine Synchronisiereinrichtung 16 auch einen Wobbelgenerator 17, aus den Modulatoren 1 und 18', die im Strahlengang der beiden Lichtsender 10 und 10' angeordnet sind, die Modulationsfrequenzen zugeführt werden. Jedem Rasterquadrat 7 (Fig. 4) ist dabei eine ihm eigene periodisch wiederkehrende Modulationsfrequenz zugeordnet.
• Die beiden ausgeleuchteten Flächen 3 und 4 in Fig. 2 und ihre Raster sind spiegelgleich, sowohl in Bezug auf die Modulationsfrequenzen als auch auf die Reihenfolge der Abtastung. Sie werden unter den beschriebenen Verhältnissen 50 x pro Sekunde ausgeleuchtet, voraus sich eine Schrittfolgefrequenz von 3.125 las ergibt. Durch genaue Ausrichtung der Lichtsender ist erreicht, daß sich die der Piste zugekehrten Flachen der Ausleuchträume auf der Mittellinie der Piste 1 (Fig. 1 und 2) schneiden und daß die Außenflachen der Ausleuchträume zueinander und zur Pistenmittellinie parallel verlaufen. Es entsteht eine senkrechte Ebene aus Orten gleicher Modulationsfrequenzen, die Leitebene. Sie verläuft in Richtung der Pistonmittellinie und steht senkrecht auf ihr. Der Empfänger an einem Flugzeug 5, welches sich der Piste nähert und sioh im ausgeleuchteton Raum befindet, wird 50 s pro Sekunde von den Lichtstrahlbtlndeln 6 (Fig. 3) der beiden Lichtsender 10,10' bzw. I und II in Fig. 2 getroffen. Um die herkunft der Lichtstrahlbündel 6 unterscheiden zu können, sind sie unterschiedlich zirkular polarisiert. Zu letzterem sind am Ausgang der Lichtsender 10 und 10' Polarisationsfilter 19 und 192 vorgesehen. Vom Luftfahrzeug 5 aus gesehen wird der Strahl des Llohtsenders 10 rechts und der des Lichtsenders 10' links zirkular polarisiert.
• Die Fig. G zeigt den bordseitigen Teil der Anlage. Zwei Lichtempfängern 20 und 20' sind Polarisationsfilter 21 und 21' zugeordnet, die in ihrer Wirkungsweise den senderseitigen Polarisationsfiltern 19 und 19' entsprechen. Der Lichtempfänger 20 empfängt somit nur Licht aus dem Sender 10, wobei das aus dem anderen Sender 10' einfallende Licht an seinem Pllter 21 unterdrückt wird Analoge Verhältnisse gelten tur den anderen Ltehtsender 10 und den ihm zugeordneten Lichtempfänger 20'. Aus den Lichtempfängern 20 und 20' gelangt das empfangene Licht getrennt nach seiner herkunft von einem der beiden Lichtsender 10 und 10' in die Demodulatoren 22 und 22', in denen die Signale vom Träger getrennt werden. Die in den Demodulatoren 22 und 22' erhaltenen Signale sind nun Frequenzanalysatoren 23 und 23' ' zugeführt, aus denon vier Signale gewonnen werden, die den beiden durch ein Lichtstrahlbündel gelieferten Informationen entsprechen, nämlich dem Seiten- und Höhenwinkel des Lichtstrahlbündels.
• Die letztgenannten vier Signale gelangen nun aus don Frequenzanalysatoren 23 und 23' in ein Anpaßglied 24, das sie in Impulse umwandelt, die von einem angeschlossenen Reclrner 25 verarbeitbar sind. Aus den erhaltenen Impulsen ermittelt der Rechner 25 die Werte über die seitliche ablage von der Leitebene, die senkrecht auf der Pistenmittellinie steht, sowie die Werte über die Entfernung des Flugzeugs vom Aufsetzpunkt und seine Höhe über dem Aufsetzpunkt. Diese Worte sind sowohl einem Sichtgerät 26 zugeführt, das sie zur Anzeige bringt, als auch einem weiteren Rechner 27, der die erforderlichen Steuersignale zur Steuerung der Detätigungseinrichtungen für ein Höhenruder 28, ein Seitenruder 29, ein Querruder 30 und einem Triebwerksregler 31 bildet. Der Landeanflug und die Landung kann somit durch Handsteuerung oder mit Hilfe der Flugregelanlage ausgeftihrt werden.
• Der Aufbau und die Wirkungsweise von Einrichtungen zur Fernlenkung von Flugkörpern sind analog dem beschriebenen Beispiel, wobol auf eine Sichtanzeige verzichtet ist. Die flasisfläche des ausgeleuchteten Raumes kann dabei eine beliebige Neigung zu einer horizontalen Ebene haben.
• - Patentansprüche -

Claims (10)

1. Patentansprüche (1.)Anordnung zur optischen Leitstrahllenkung von Flugzeugen und Flugkörpern mit Hilfe von zwei ortsfest aufgestcllten Lichteendern, die scharf gebündelte Lichtstrahlen aussenden (Laser), sowie im Flugzeug bzw. Flugkörper angeordneten Lichtempfängern, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Lichtsender mit Einrichtungen zur Erzeugung von Lichtstrahlbündeln quadratischen Querschnittes versehen sind und ferner senderseitig Ablenkeinrichtungen vorgesehen sind, mit denen die LichtstrahlbUndel in quer zu einer einzuhaltenden Flugrichtung liegenden Flächen, die sich überschneiden, innerhalb einer Zeile und von Zeile zu Zeile in Sprüngen ablenkbar sind, die der Öffnung der Lichtstrahlbilndel in diesen Flüchen entsprechen und ferner jedem der beiden Lichteendor eine Nodulationseinrichtung zugeordnet ist, mit der seinem Lichtstrahlbündel entsprechend seiner Jeweiligen Lage in der von ihm bestrichenen Fläche nach Höhe und Seite eine Modulation aufgeprägt ist, daß weiterhin im Flugzeug oder Flugkörper zwei selektiv arbeitende Empfznesanlagen vorgesehen sind, von denen Jede nur die Signale eines der beiden Lichtsender empfängt, wobei mittels an sich bekannter Einrichtungen optisch angezeigte oder in die Steuereinrichtung des Flugzeugs bzw. des Flugkörpers eingegebene Signale gebildet sind, die ein Maß für die Ablage nach Höhe und Seite von einer einzuhaltenden Flugrichtung und ein Maß der Entfernung von den bodenseitigen Lichtsendern sind.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z c i c h -n e t , daß ein Ablenkgenerator vorgesehen ist, an den oine im Strahlengang eines Lichtsenders angeordncte olektrooptische Ablenkeinrichtung angeschlossen ist und ferner unter Zwischenschaltung einer Synchronisiereinrichtung und eines Wobbelgenerators eine ebonfalls im Strahlengang des Lichtsenders angeordnete Modulationseinrichtung.
3. 3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e -k e n n z c i c h n e t , daß der Ablenkgenerator, die Synchronisioreinrichtung und der Wobbelgenerator beiden Lichtsendern gemeinsam zugeordnet sind.
4. 4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß jeder Lichtsender und der ihm zugeordnete Empfünger mit einander entsprechenden Polarisationsfiltern versehen sind.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch G e k e n n z e i c h -n e t , daß die Polarisationsfilter zirkular polarisiert sind.
6. 6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i o h n e t , daß die Lichtsender zu beiden Saiten einer Landepiste angeordnet sind.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Öffnungswinkel der Lichtstrahlbündel in der Größenordnung von 0,02 ° liegen und die gesamte Ablenkung nach Höhe und Seite einen Winkel in der Größenordnung von 5 einschließt.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die äußeren Schenkel der Ablenkwinkel paparallel zur Lande piste vorlaufen und die inneren Schenkel sich vor dem Aufsetzpunkt überschneiden.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Änderung der Modulationsfrequenz der Lichtstrahlbündel bei waagrechter Verschiebung um einen Ablenkschritt in der Größenordnung von 4 x 10 3 Hz und bei entsprechender Verschiebung in senkrechter Richtung in der Größenordnung von 10 6 Hz liegt.
10. 10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n s C i o h n e t , daß bordseitig an sioh bekannte Einrichtungen vorgesehen sind, die in Kombination umfassen: 1, zwei Lichtempfänger, die mit Polarisationsfiltern versehen sind, deren Wirkungsweise denen der zugeordneten Lichtsender entspricht, 2. den Lichtempfängern nachgeschaltete Demodulatoren und Frequenzanalysatoren, die aus Jedem der beiden empfangenen Lichtstrahlbündel zwei Signale entsprechend den Höhen- und Seitenwinkeln der Lichtstrahlbündel bilden, 3. ein Anpaßglied zur Umwandlung dieser Signale in Impulse, 4. einen Rechner zur Umwandlung der Impulse in Steuerspannungen, die proportional der Ablage nach Höhe und Seite sowio dor Entfernung vom Aufsetzpunkt und der Höhe über dem Aufsetzpunkt sind, 5. ein Sichtgerät zur Anzeige der im Rechner ermittelten Werte, 6. einen an den genannten Roclmer angeschlossenen weiteren Rechner, dessen Ausgänge mit Einrichtungen zur Betätigung eines Höhenruders, eines Seitenruders, eines Querruder und eines Triebwerkreglers verbunden sind.

    Bezugszeichenliste 1 Landepiste 2 Aufsetzpunkt 3 ausgeleuchtete Fläche 4 ausgeleuchtete Fläche 5 Flugzeug 6 Lichtstrahlbündel 7 Rasterquadrat 10,10' Lasergenerator 11,11' Strahlformer 12,12' Lichtstrahlbündel 13,13' abgelenkte Lichtstrahlbündel 14,14' elektrooptische Ablenkeinrichtung 15 Ablenkgenerator 16 Synchronisiereinrichtung 17 Wohbelgenerator 18,18' Modulator 19,19' Polarisationsfilter 20,20' Lichtempfänger 21,21' Polarisationsfilter 22,22' Demodulator 23,23' Frequenzanalysator 24 Anpaßglied 25 Rechner 26 Sichtgerät 27 Weiterer Rechner 28 Rohren oder 29 Seitsender 30 @@@r der 31 Telens @eg@@@ @ u@@ in Dichtsender L e e r s e i t e