DE2152677A1

DE2152677A1 - Fernlenksystem zur Fuehrung eines Flugkoerpers zu einem Ziel

Info

Publication number: DE2152677A1
Application number: DE19712152677
Authority: DE
Inventors: Jean Turck
Original assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT
Current assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT
Priority date: 1970-10-22
Filing date: 1971-10-22
Publication date: 1972-04-27
Also published as: GB1350002A; US3743217A; DE2152677C3; FR2109488A5; DE2152677B2

Description

SOGIETE ANONIME DE TELECOMMUNICATIOIiS 41, Rue Cantagrel
Paria, Frankreich

Fernlenksystem zur Führung eines Flugkörpers

zu einem Ziel

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fernlenksystem zur Führung von Flugkörpern mit Eigenantrieb zu einem Ziel von einer Visier-, Schieß- und Flugbahnsteuerstelle aus.

Der Flugkörper kann beispielsweise bei einem Y/affensystem mit einer Sprengladung versehen sein und zur Abwehr von 3 ich auf dem Gelände bewegenden Panzerkampfwagen unter Führung von einer Bodenkampfstelle aus bestimmt sein.

E3 ist bereits ein System dieser Art bekannt, bei dem die Steuerbefehle für den Flugkörper au3 dem bekannten Winkelabstand zwischen der Visierrichtung des von der Bodenstelle aus gesehenen Flugkörpersund der Visierrichtung des Ziels von der gleichen Bodenstelle aus abgeleitet werden. Damit dieser V/inkelabstand erhalten wird, wird neben der Zielvisiervorrichtung eine Ortungsvorrichtung für den Flugkörper angeordnet

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Lei/Ba

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und die Achsen rl er beiden Vorrichtungen werden parallel gehalten.Der Plugkörper trägt an der Rückseite Spursätze, die eine Infrarotstrahlung aussenden, und die Ortungseinrichtung enthält ein Objektiv, das in seinem Brennpunkt das Bild der Spursätze des Flugkörpers auf der lichtempfindlichen Fläche eines Photodetektorelements bildet. Ein in der Ortungseinrichtung angeordneter Lichtoodulator in Porm einer rotierenden Scheibe weist gleiche Sektoren auf, die abwechselnd hell und lichtunclurchläasig sind, und deren Mittelpunkt eine Kreisbewegung um die optische Iifrarotach.se beschreibt, wodurch der von dem Flugkörper kommende Infratorstrahl moduliert wird. Man erhält dadurch am Ausgang des Photodetektorelements einen frequenzmodulierten Wechselstrom, dessen Frequenzhub und Phase (definiert als Zeitpunkt des Auftretens der maximalen oder minimalen Frequenz in Bezug auf einen Ursprung der Schwingungen) von der Ablage der Koordinaten des Bildes der Spursätze in Bezug auf die optische Achse der Ortungseinrichtung abhängen. In der später beschriebenen Figur ist mit b der Winkel zwischen der Richtung Beobachter-Flugkörper und der Richtung Beobachter-Ziel bezeichnet. Eine elektronische Schaltung bildet Signale, die den Werten cos b bzw. sin b proportional sind; diese Signale werden elektrisch zu dem Flugkörper übertragen und wirken in diesem auf Richtungssteuerorgane ein. Dadurch ist eine Regelschleife"Flugkörper-Visier3telle-Flugkörper" gebildet, welche die Richtung des Flugkörpers in die Zielrichtung bringt. Die Wirkungsweise des Licht modulators ist in der FR-PS 1 087 838 beschrieben.

Die Spursätze haben den Zweck, die Reichweite des Fernlenksystem^ durch Vergrößerung des Kontrasts zwischen Flugkörper und Umgebung zu erweitern. Es können jedoch

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Fälle eintreten, in denen zahlreiche Punkte großer Helligkeit in dem Gesichtsfeld der Fernlenkeinrichtung erscheinen können. Dies kann eine Blendung der Infraroteinrichtung und damit Fehlschüsse zur Folge Inben.

Ferner entstehen Probleme bei der Übertragung der Signale zu dem Flugkörper, die am Boden in Abhängigkeit von der Augenblicksgröße des Abstands zwischen der Richtung Beobachter-Flugkörper und der Richtung Beobachter-Ziel gebildet werden. Wenn diese Übertragung nit Funkwellen erfolgt, wird die gewünschte Diskretion nicht immer eingehalten, und es können wirksame Störungen vom Feind vorgenommen werden. Wenn Leiterdrähte verwendet werden, die am Flugkörper befestigt sind, kann dieser eine gewisse, durch das einwandfreie Abrollen der Drähte vorgeschriebene Grenzgeschwindigkeit nicht überschreiten, so daß dieses Verfahren bei modernen schnellen Flugkörpern nicht anwendbar ist.

Ea ist auch bekannt, an der Schießstelle eine intensitätsmodulierbare Qualle für die Beleuchtung des Flugkörpers anzuordnen, und den Flugkörper mit optischen Reflektororganen zu versehen, beispielsweise mit Rückstrahlern, oder rait Tctalreflexions-Tetraederprismen.

Die Rückseite desFlugkörpers erscheint dann wie eine Sakundärq.uelle für eine modulierte Strahlung, wodurch ein besserer Betrieb der Ortungseinrichtung ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß ist eine solche Beleuchtungsquelle vorzugsweise ein Infrarotlaser, weil ein solches Laser gleichzeitig mit Signalen großer Frequenzbandbreite , die als Steuersignale dienen, und mit Niederfrequenz-Sinussignalen,

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die zur Identifizierung de3 Flugkörpers dienen, moduliert werden kann. Es ist dadurch möglich, Steuersignale zu dem Flugkörper durch Modulation des Laserstrahls zu übertragen. Die Anwendung dieser Maßnahme ergibt eine bessere Geheimhaltung bei der ÜbertiEgung der Befehle und einen wirksamen Schutz des Fernlenksystems gegen Störungen.

Die Rückseite des Flugkörpers ist dann mit einer den doppeltmodulierten, vom Laser der Bodenstelle ausgesendeten Infrarotlichtstrahl optisch reflektierenden Fläche sowie mit einem Photodetektorelement für dieses Infrarotlicht ausgestattet. 55er Flugkörper enthält Steuereinrichtungen für seine Bewegung, welche durch die Signale gesteuert werden, die am Ausgang eines elektronischen Schaltungskanals erhalten werden, der an das Photodetektorelement angeschlossen ist, das in einem an der Rückseite des Flugkörpers vorgesehenen nicht reflektierenden Abschnitt liegt, wobei der elektronische Schal tungskanal wenigstens einen Decodierer für die das auffallende Licht modulierenden Steuersignale enthält.

Der Laserstrahl des an der Bodenstelle angeordneten Lasers wird durch an sich bekannte Folgeregeleinrichtungen so geregelt, daß er den Flugkörper verfolgt. An der Bodenstelle ist neben der Lichtquelle ein Empfänger für die von der Rückseite des Flugkörpers reflektierte Infrarotstrahlung angeordnet, der einen Teil der eigentlichen Ortungseinrichtung für den Flugkörper bildet, wobei die optischen A)hsen der Lichtquelle und des Empfängers parallel und starr miteinander verknüpft sind. Der Empfänger speist die zuvor erwähnte Regeleinrichtung, die auf Grund der eintreffenden Informationen der "Verfolgungs"-Steuersignale auf die gemeinsame Richtung der 'beiden optischen Achsen einwirkt.

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Die zuvor erwähnten M_nüulationen können dadurch erhalten werden, daß dem laser ein Modulator zugeordnet wird, beispielsweise ein PockeIs-Effekt-Modulator der die Laserstrahlung -gleichzeitig mit einem für die Identifizierung der von dem Flugkörper kommenden reflektierten Strahlung dienenden Niederfrequenz-Sinus signal und mit Navigationssteuersignalen für den Flugkörper moduliert.

Die NavigationssteuereignaIe werden von einem Rechengerät auf Grund der eingegebenen Informationen geliefert, d.h. auf Grund der von dem Empfänger gelieferten Signale, und der Meßsignale, für den Winkel zwischen der Richtung der gemeinsamen optischen Achse des Lasers und der Ortungseinrichtung und der Richtung der Zielvisierachse , unter Berücksichtigung der Entfernung zwischen Beobachter und Flugkörper, die beispielsweise von einem Zeitzähler geliefert wird, der beim Abschuß des Flugkörpers ausgelöst wird, für den das Gesetz der Änderung der Geschwindigkeit als Funktion der Zeit bekannt ist.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigen:

Fig.1 ein geometrisches Schema zur Erläuterung des Fernlenksystems zur Führung eines Flugkörpers zu einem Ziel nach der Erfindung,

Fig.2 den Lichtmodulator der Verfolgungs- und Ortungseinrichtung,

Fig.3a und 3b Diagramme des Verlaufs von Signalen zur Erläuterung der Fig.2,

Fig.4 die am Boden angeordnete Fernlenkeinrichtung,

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Fig.5 etas Gestell zur Lagerung eines Sende-und Empfangsspiegels für den Laserstrahl und des Zielfernrohrs mit zwei Freiheitsgraden und

Fig.6 die Richtungssteuerschaltungen des Flugkörpers.

Fig.1 zeigt einen Flugkörper E , ein Ziel C, das eine Bahn T beschreibt, und ein Koordinatensystem Oxyz, wobei 0 die Visier-, Schieß- und Steuerstelle ist. Die xy-Ebene ist so gewählt, daß sie die Gerade OC enthält. Der Punkt E ist die Projektion des Flugkörpers E auf die xy-Ebene, und der Punkt e ist die Projektion des Flugkörpers E auf die Gerade OG.

Der Wert des Winkels a = EOC ist der Winke!abstand zwischen der Richtung Beobachter-Flugkörper und der Visierrichtung. Die Länge der Geraden eE ist der metrische Abstand zwischen Flugkörper und Visierachse. Dieser Abstand kann in zwei Komponenten X und Y zerlegt werden, von denen X senkrecht zu der Visierachse OC und Y senkrecht zu der xy-Ebene liegen. Die auf den Flugkörper durch Einwirkung auf die Ruderflächen auszuübenden Kräfte sind den Faktoren cos b und sin b proportional, wobei b der in Fig.1 dargestellte Winkel ist.

Fig. 2 zeigt den Lichtmodulator der VerfoTgungs- und Ortungseinrichtung , der, wie noch zu erkennen sein wird,vor einer Detektorzelle (Fotodetektor) angeordnet ist und sich vor deren Photokatode dreht. In Fig.2 ist angenommen, daß der Lichtmodulator unbeweglich ist, und daß das Bild des Flugkörpers einen Kreis beschreibt. Die Bezugs richtung O-o liegt parallel zu der Geraden e-E von Fig.1. Der Punkt M

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ist das Bild des Flugkörpers, von dem angenommen ist, daß es

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in einer Linie mit der Richtung Beobachter-Flugkörper liegt, una der Punkt M¹ ist das Bild des Flugkörpers, von dem angenommen ist, daß es außer Fluchtung mit dieser gleichen Richtung gebracht ist. Dem Punkt M entspricht das Signal von Fig.3a, das ein Rechtecksignal mit konstanter Frequenz ist. Dem Punkt M¹ entspricht das Signal von Fig.3b, das frequenzmoduliert ist. Es ist zu erkennen, daß der Frequenzhub ein Maß für den Winkel des Aus rieht fehle rs des Flugkörpers ist, d.h. für den Winkel des Kegels, der als Achse die Achse des Infrarotstrahls hat, und von dem eine Mantellinie durch den Flugkörper gehtjferner ist zu erkennen, daß das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt t« des Auftretens des Maximums oder des Minimums derA_ugenblicksfrequenζ und dem Zeitpunkt t_Q des Durchgangs des Punktes M' durch die Gerade O-o ein Maß für den Drehwinkel dieser Mantellinie um die Achse ist.

Wenn der Frequenzhub und dieses Zeitintervall gleichzeitig Null sind, ist der Flugkörper auf den Infrarotstrahl ausgerichtet; Wenn ferner die Achse des Infrarotstrahls und die Visierachse parallel gemacht werden, liegt der Flugkörper in äiner Linie mit'dem Ziel.

Es soll nun auf Fig.4 und 5 Bezug genommen werden. Die dort gezeigte Anordnung enthält ein COp-Infrarotlaser 10, einen Pockelseffekt-Modulator 11, eine Kollimationsoptik für den Laserstrahl, Umlenkspiegel 13 und 14 sowie einen großen Spiegel 15» der durch eine geeignete mechanische Halterung mit zwei Rotations-Freiheitsgraden montiert ist, nämlich eineo Freiheitsgrad dem Seitenwinkel nach und einem Freiheitsgrad dem üöhenwinkel nach. Anordnungen, bei denen nur der Sende- und Empfangsspiegel für den Laserstrahl mit zwei Freiheitsgraden drehbar ist, während

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das eigontliche Laser selbst und der Lichtempfänger feststehend sind, sind in der leöhnik bekannt und brauchen hier nicht näher beschrieben zu werden. Der Laserstrahl wird von dem Spiegel 15 zu dem Flugkörper E geschickt. Der von dem Rückspiegel des Flugkörpers zurückgeschickte Strahl wird von dem Spiegel 15 zu dem parabolischen Reflektorspiegel 16 gerichtet, der den Laserstrahl in seinen Brennpunkt fokussiert. Ein Spiegel 17 schickt den Laserstrahl über das Infrarotfilter 20 zu der Riehtungsdetektorzelle 21. Vor dieser befindet sich der Lichtmodulator 22, der in Verbindung mit Fig.2 beschrieben worden ist, und dessen P Drehachse sich in einer gleichförmigen Kreisbewegung um

den Kittelpunkt der Photokatode der Richtungsdetektorzelle dreht.

Ein Niederfrequenz-Sinusgenerator 24 ist an den Lasermodulator 11 angeschlossen.

Die lichtempfindliche Fläche der'Detektoreelle 21 1st voreugeweiee aus einer Mischung von Quecksilber- und Kadmiumtelluriden gebildet. Das von dieser Zelle gelieferte Signal wird BU eine« Rechengerät 26 geschickt. Dieses Rechengerät empfängt außerdem Meßsignale für den Seltenwinkel und den Höhenwinkel des Spiegels 15 und für entsprechende Winkel der Vislerachse des Zielfernrohrs 39 (Flg.5) von Stellungafühlern 27, 28, 29, 3Q, die an den beispielsweise kardanisch aufgehängten Seitenwinkel-Höhenwlnkelachsen montiert sind. Aus diesen Daten berechnet das Rechengerät den Winkel a, den Winkel b, die Komponenten sin b und cos b und die Seitenwinkel- und Höhenwinkel-Komponenten des Laserstrahls, die den Kegelablagen (Scheitelwinkel des Kegels und Winkel der Richtung "Bodenstelle-Flugkörper" rings um den Kegel). Diese zuletzt genannten Komponenten werden dem Seitenwinkel-Stellmotor 31 und dem Höhenwinkel-Stellmotor 32 des Spiegels

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zugeführt. Die Komponenten sin und cos b werden einem Codierer 38 zugeführt, der sie in einen Binärcode umsetzt. Dieser Codierer ist mit dem Modulator 11 verbunden. Die Navigationssteuerdaten werden also durch Lasermodulation zu dem Flugkörper übertragen.

In Fig.6 ist zu erkennen, daß der Flugkörper an seiner Rückseite einen Rückspiegel 33 und einen Photodetektor 34 trägt. Der Photodetektor ist mit einem Decodierer 35 verbunden, an den zwei Verstärker 36 und 37 angeschlossen sind, die in an sich bekannter Weise auf die Seitenruder bzw. die Höhenruder einwirken.

Die vorstehende Beschreibung gibt ein vollständiges Ausführungsbeispiel an, doch sind verschiedene Abänderungen für den Fachmann ohne weiteres vorstellbar. Beispielsweise kann die Verfolgungs-Regelschleife anstatt eines Fehlersignaldetektors in Form eines einer Detektorzelle zugeordneten Lichtmodulators einen Fehlersignaldetektor in Form einer BiIdteilerdetektorzelle enthalten.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Fernlenksystem zur !Führung eines Flugkörpers zu einem Ziel mit Hilfe eines Laserstrahls, mit einer an einer Bodenstelle angeordneten Visiereinrichtung für den Flugkörper, •3ie eine optische Visierachse hat, einem Laserstrahlsender und einem Laserstrahlempfänger mit parallelen optischen Achsen, Einrichtungen zur Messung des Winkelabstands zwischen der optischen Visierachse und den parallelen optischen Achsen, Einrichtungen zur Messung weiterer Winkelabstände, welche die Lage des Flugkörpers in Bezug auf die optische Ach3e des ausgesendeten Laserstrahls angeben, Einrichtungen, die aus dem zuerst genannten Winkelabstand Verfolgungsbefehle für den Flugkörper ableiten, die auf die gemeinsame Richtung der parallelen Achsen einwirken, und Einrichtungen, welche aua den Messungen der Gesamtheit der Winkelabstände Steuersignale ableiten und über den Laserstrahl zu von dem Flugkörper getragenen Navigationseinrichtungen übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugkörper einen Rückspiegel trägt, der einen Teil des Lichts des ausgesendeten Laserstrahls zu ™ dem Empfänger zurückschickt, in welchem er von einem Photodetektor (21) empfangen wird, daß der von dem Sender ausgesendete Laserstrahl eine Doppelmodulation in einem Modulator (11) erfährt, der einerseits von einem permanente Modulationssignale erzeugenden Generator (24) und andrerseits von einer Steuersignalerzeugerschaltung (26, 38) empfängt, und daß die Steuersignalerzeugerschaltung (26, 38) einerseits das Ausgangssignal des Photodetektors (21) und andrerseits die Ausgangs Signa Ie der Meßeinrichtungen (27, 28, 29, 30) für die Winkelabstände zwischen der Visierachse und den parallelen Achsen empfängt und zu dem Modulator (11) die zu den Navigationseinrichtungen übertragenen Steuersignale liefert.

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Fernlenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Flugkörper getragener Photodetektor (34) einen elektronischen Schaltungskanal speist, der wenigstens einen Decodierer (35) für die vom Photodetektor empfangenen Modulationssignale des Laserstrahls enthält und die Navigationseinrichtungen speist.

Fernlenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die permanenten Modulationssignale Intensitätsmodulationssignale sind.

Fernlenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignalerzeugerschaltung einen Codierer (38) enthält, der die von einem Rechengerät (26) in Analogform abgegebenen Steuersignale in digitale Signale umwandelt, die dem Modulator (11) augefliirt werden, und daß der Flugkörper einen Photodetector (34) enthält, der einen Decodierer (35) epeiet, der die in Digitalforo von dem Pnotodetektor (34) eepfangenen Steuersignale In Analogsignale umwandelt.

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