DE2224415C1 - Abstandszünder eines Geschosses oder einer Rakete - Google Patents

Description

gewählt ist, wobei c die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Impulse im Übertragungsmedium und y ein vorgegebenes Zeitintervall bedeuten, daß im Empfänger des Zünders die Mittel zur Ausnutzung des Dopplereffekts zeitlich selektive Überlagerungsschaltungen für die Sende- und Empfangsschwingungen enthalten, die aus den während jeden solchen Zeitintervalls einer Dauer t_p eintreffenden Empfangsschwingungen, das nach dem Beginnzeitpunkt jeden Sendeimpulses um t_v = 2t_p + y verzögert beginnt, amplitudenmodulierte Dopplerschwingungen ableiten, und daß der Zündschalter des Zünders als Zündkriterium das Absinken eines Signals, das durch Demodulation und Glättung der Dopplerschwingungen gewinnbar ist, auf einen vorgegebenen Wert, den es zuvor von der entgegengesetzten Richtung her überschritten hatte, ausnutzt.

2. Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgenerator der Sendeimpulsfolgefrequenz und der Impulsdauer t_p vorgesehen ist, der unmittelbar die Schwingungen eines Sendefrequenzgenerators mittels einer Taststufe (1) tastet und der mit einer Verzögerung f„ mittels einer weiteren Taststufe (2) die anteilig dem Überlagereingang einer Empfänger-Mischstufe zugeführten Sendeschwingungen tastet, daß der Mischstufe über einen Dopplerfrequenzbandpaß ein in sich rückwärts geregelter Signalverstärker nachgeschaltet ist, der das Signal annähernd auf die Maximalspannung Ur normiert, daß dem Signalverstärker ein Demodulator mit anschließendem Tiefpaß folgt, der eine Zündung durch mögliche Interferenzeinbrüche verhindert, und daß ein Komparator vorgesehen ist, der bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes (S) durch die Tiefpaßausgangsspannung den Zündschalter zündbereit (scharf) schaltet und bei anschließendem Erreichen des das Zündkriterium darstellenden Wertes den Zündschalter in Zündstellung bringt.

3. Zünder nach Anspruch 2 zur Bodenzielbekämpfung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitschalter vorgesehen ist, dessen Zeitfunktion abhängig von der Empfangsfeldstärke und von der Sinkgeschwindigkeit des Zünders gewählt ist und der die Zündung gemäß seiner Zeitfunktion sperrt.

4. Zünder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitschalter derart ausgebildet ist, daß er nach Ablauf einer vorgegebenen Scharfzeit, die mit der Scharfschaltung des Zündschalters beginnt, bei ausbleibendem Erreichen des Zündkriteriums den Zündschalter wieder in Sicherstellung zurückschaltet.

Die Erfindung betrifft einen Abstandszünder eines Geschosses oder einer Rakete, der nach dem Impuls-Rückstrahlprinzip unter Ausnutzung des Dopplereffektes und der Impulslaufzeit mit annähernd amplituden konstant periodisch oder aperiodisch abgestrahlten Sendeimpulsen vorgegebener Impulsdauer t_p arbeitet und der zündet, sobald ein vorgegebener Zielabstand Az erreicht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abstandszünder anzugeben, der sich gegenüber dem Stand der Technik dadurch besonders auszeichnet, daß bei seinem Einsatz in Geschossen oder Raketen gegen Erdziele die Sprengpunkthöhe möglichst weitgehend unabhängig von der Natur und den Eigenschaften des Zielgebietes bei einem vorgegebenen Wert liegt. In Abhängigkeit vom Reflexionsvermögen der Erdoberläche ergeben sich bei herkömmlichen Granaten-Abstandszündern, die nach dem Dauerstrich-Radarverfahreri arbeiten und den Dopplereffekt nur zur Trennung von Sende- und Empfangssignal ausnutzen, nämlich in weiten Grenzen streuen-

so de Sprengpunkthöhen, die bis zum Verhältnis 1 :5 auseinanderliegen können. Weiterhin soll beim erfindungsgemäßen Zünder bei seinem Einsatz zur Erdzielbekämpfung die Sprengpunkthöhe weitgehend unabhängig vom Einfallswinkel und von der Sinkgeschwindigkeit sein oder in vorgegebener Weise davon abhängen, so daß man diese Abhängigkeit kompensieren kann. Weiterhin wird in Weiterbildung der Erfindung eine möglichst hohe ECM-Sicherheit angestrebt, so daß Störsender zur vorzeitigen Zündung möglichst weitgehend unwirksam bleiben.

Es ist zwar bereits ein Abstandszünder der einleitend genannten Art vorgeschlagen worden, der in seiner Funktion vom klassischen Funkhöhenmesser ausgeht, d. h. nach dem CW/FM-Radarverfahren arbeitet. Gegenüber diesem vorgeschlagenen Zünder zeichnet sich der Erfindungsgegenstand durch starke Reduzierung des zu seiner Realisierung erforderlichen wirtschaftlichen Aufwandes aus.

Der zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagene Zünder ist dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Impulsdauer der Sendeimpulse entsprechend

τ hz
t„=2-f--y

.

gewählt ist, wobei c die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Impulse im Übertragungsmedium und y ein vorgegebenes Zeitintervall bedeuten, daß im Empfänger des Zünders die Mittel zur Ausnützung des Dopplereffekts zeitlich selektive Überlagerungsschaltungen für die Sende- und Empfangsschwingungen enthalten, die aus den

während jeden solchen Zeitintervalls einer Dauer t_p eintreffenden Empfangsschwingungen, das nach dem Beginnzeitpunkt jeden Sendeimpulses um t_y = 2 t_p + /verzögert beginnt, amplitudendemodulierte Dopplerschwingungen ableiten, und daß der Zündschalter des Zünders als Zündkriterium das Absinken eines Signals, das durch Demodulation und Glättung der Dopplerschwingungen gewinnbar ist, auf einen vorgegebenen Wen. den es /υ vor von der cnigegengesetzten Richtung her überschritten hatte, ausnutzt.

Anhand der Zeichnungen werden im folgenden die Erfindung und Weiterbildungen derselben näher erläutert.

F i g. la bis Ig zeigen Impulsfahrpläne zur Erläuterung des Arbeitsprinzips des erfindungsgemäßen Zünders, der nach dem Radar-Impulsverfahren arbeitet. Vom Sender des Zünders wird in periodischer oder aperiodischer Wiederholung beispielsweise durch Tastung der Ausgangsschwingungen des Sendefrequenzgenerators ein annähernd amplitudenkonstanter Impuls einer Impulsdauer

'' c

gemäß F i g. 1 a ausgesendet, wobei hz die gewünschte Sprenghöhe bzw. der gewünschte Zielabstand im Spreng-Zeitpunkt und cdie Lichtgeschwindigkeit bedeuten, während y ein vorgegebenes Zeitintervall symbolisiert. Die Impulsdauer t_p entspricht somit der Signallaufzeit zwischen Zünder—Erdboden—Zünder abzüglich des vorgegebenen Intervalls y. Nach einer Verzögerungszeit t_v = 2 t_p + y wird der Überlagerungsempfänger des Zünders beispielsweise durch Öffnung eines Empfangstores gemäß Fig. Ib für eine Zeitdauer t_p empfangsbereit gemacht. Nähert sich der Zünder seinem Ziel, beispielsweise dem Erdboden, so schiebt sich der am Ziel reflektierte Sendeimpuls (Fig. la), der um die Laufzeit t (Zünder—Zielobjekt—Zünder) verzögert ist, mit der Zielannäherungsgeschwindigkeit v_a über das Empfangszeitintervall der F i g. 1 b.

Die Fig. Ic bis Ie zeigen Empfangsimpulse bei verschiedenen Zielabständen, und zwar die Fig. Ic die zeitliche Lage des Empfangsimpulses bei Übereinstimmung des Endes der Empfangsbereitschaft gemäß F i g. Ib mit dem Beginn des Empfangsimpulses der Fig. Ic, während Fig. Id den Empfangsimpuls bei einem Zielab-

stand—£ wiedergibt. Die Größe hr bedeutet den Zielabstand, bei dem der Empfangsimpuls zeitlich mit der c

Empfangsbereitschaft voll übereinstimmt.
F i g. Ie zeigt die zeitliche Lage des Empfangsimpulses bei einem Zielabstand —-.

Die Empfangsimpulse werden während der Empfangsbereitschaft gemäß Fig. Ib mit Schwingungen der Sendefrequenz überlagert, woraus sich Dopplerschwingungen ergeben, was sich in folgender Weise mathematisch ableiten läßt:

Der Zünder sei gegen Erdziele eingesetzt. Dann ergibt sich die am Eingang der Mischstufe stehende Empfangsleistung N_e gemäß der bekannten Radar-Reichweitenbeziehung gegen den Erdboden zu

16 · π ' " ■' " ' ^ul '" ^t2 '

K

λ = Wellenlänge

// = Wirkungsgrad

G = Gewinn der Antenne gegen einen Hertz'schen Dipol

p² = Reflexionsfaktor der Leistung

h = senkrechter Abstand Zünder—Erdboden

Die Verzögerungszeit t_v, nach der die Empfangsstufe geöffnet wird, ist

t_v = 2 · ί +y = —^2_ _ j, = _^L·

C C

wobei Λτ = senkrechter Abstand Zünder—Erdboden, bei dem der wieder empfangene Impuls voll im offenen Empfangstor liegt.
Setzt man noch

/'/ <v

N, - K ■ NJh], Nr = Signalleistung, wenn empfangener Impuls voll im offenen Empfangstor liegt so ergibt sich

_ K-N₅ _ K-N_s h\ _ N

Schiebt sich nun bei der Annäherung an den Erdboden der Empfangsimpuls, d. h. der reflektierte Sendeimpuls, mit der Annäherungsgeschwindigkeit v_a über das Empfangstor, so ergibt sich — bis der Empfangsimpuls voll im Empfangstor liegt — die Signallinienleistung

= ff_t pL±ie_LT = N,Al + -^- (1 - x)T,
fl₊i0-:

χ²

Schiebt sich der Empfangsimpuls weiter aus dem Empfangstor heraus, so ergibt sich die Signallinienleistung

*-»

TV₂ = N_T

X²

Siehe dazu F i g. la— If.
In F i g. Ig ist der über

t _ h

t_v Ar

aufgetragene, auf t/rnormierte Signalverlauf bei der Annäherung des Zünders an den Erdboden wiedergegeben. Es ist bei der Erfindung zweckmäßig, durch eine Regelschaltung des Signalverstärkers die Normierung auf das Signal Ut vorzunehmen, dann kann man nämlich als Zündkriterium den Signalabfall auf einen vorgegebenen Wert Z benutzen. Dieses Zündkriterium ist nur noch von

t _ h

t_v h_T

abhängig. Für den Zündpunkt Abgilt:
U h₂

^Z /, h_T

xz und damit auch die Zündhöhe hz sind nur noch von den Laufzeitverhältnissen tz/t_v abhängig und damit unabhängig von den Eigenschaften des Erdbodens.

Vorteilhafterweise regelt man den Signalverstärker so, daß die Regelschleife beim ersten Impuls einschwingt und den jeweiligen Maximalwert festhält (lange Ausschwingzeitkonstante); dann bleibt der für das Zündkriterium wichtige Signalverlauf N₂ erhalten, wohingegen Ni je nach Feldstärke zwischen zwei Grenzwertkurven verlaufen kann (siehe F i g. Ig — ausgezogene und strichpunktierte Kurve —).

Wie aus Fig. Ig ersichtlich, liegt der Punkt Z über der gewünschten Zündhöhe hz. Man kann durch die Dimensionierung der Schaltung die Verzögerungszeit t_Y entsprechend korrigieren. Sieht man als Empfangsso mischstufe eine Speichermischschaltung vor, so ergibt sich der gestrichelt gezeichnete Kurvenverlauf in Fi g. Ig. Da dieses Verfahren mit einer absinkenden Spannung als Zündkriterium arbeitet, ist es zweckmäßig, im ansteigenden Signallast N\ eine Zündbereitschaftsschwelle S\ zu legen. Erst nach Überschreiten dieser Schwelle kann beim Absinken des Signals auf den Wert .Zdie Zündung erfolgen. Da dieses Verfahren infolge der Pulsfolge mehrdeutig ist, muß der Pulsabstand so gewählt werden, daß für den zweiten möglichen Fall die Empfangsleistung unter die Ansprechschwelle abgesunken ist. Da die Empfangsleistung mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt, sind Tastverhältnisse von 1 :20 bis 1 :30 ausreichend. Damit Interferenzeinbrüche keine Zündung herbeiführen, sind noch entsprechende Integrationsfilter vorzusehen. Aus diesen Überlegungen ergibt sich das Blockschaltbild der F i g. 2 für einen vorteilhaften Zünder nach der Erfindung.

Beim Zünder nach F i g. 2 wird beim Abschuß die nicht gezeigte Versorgungsspannungsbatterie aktiviert, und die Sicherungseinrichtung bringt die Zündkette in die pyrotechnische Wirkungslinie, wie bei allen solchen elektronischen Zündern; das Gerät arbeitet.

Die zur Abstrahlung notwendige Sendeleistung wird in einer Sendestufe G erzeugt. Diese Sendeleistung wird in einer Taststufe 1 entsprechend der im Impulsgenerator erzeugten Sendeimpulsfolge getastet und über eine Richtungsweiche zur Antenne geleitet und dort abgestrahlt. Die Impulsdauer ist dabei f,,. Die im Impulsgencrator erzeugte Impulsfolge wird aber auch in einer Verzögerungsschaltung, die z. B. aus zwei monostabilen Multivibratoren bestehen kann, entsprechend der Verzögerungszeit t_r verzögert. Eine Taststufe 2, die von der um t_v verzögerten Impulsfolge gesteuert wird, schaltet die Sendestufe über ein Dämpfungsglied auf eine Mischstufe. In der Mischstufe kann nur dann ein auswertbares Signal entstehen, wenn neben dem empfangenen Signal

auch ein Teil des Oszillatorsignals aus der Sendestufe zur Verfügung steht. Durch diese Schaltung wirkt die Mischstufe als Empfangstor.

Nähert sich nun das Geschoß und damit das Gerät dem Erdboden, so wird die abgestrahlte getastete Hochfrequenzenergie am Erdboden reflektiert. Die reflektierte Energie wird von der Antenne aufgenommen und über die Richtungsweiche zur Empfangsmischstufe gegeben. Die Frequenz dieser empfangenen Leistung ist ^r> durch den Dopplereffekt um

Jo —

gegenüber der Sendefrequenz verschoben. Kann nun die Mischstufe über das Dämpfungsglied und die Taststufe einen kleinen gedämpften Teil der Sendeenergie erhalten (Empfangstor offen) so werden beide Anteile — Empfangs- und Sendeenergie — gemischt, so daß sich die Frequenzdifferenz aus Sende- und Empfangsfrequenz, nämlich die Dopplerfrequenz

ergibt. Diese entstehende Frequenz ist durch die Tastung zerhackt. Erst in einem nachfolgenden Bandpaß wird der Dopplerfrequenzanteil ausgesiebt. Die Amplitude dieser Frequenz wird in einem geregelten Signalverstärker verstärkt. Die Regelschleife ist so ausgelegt, daß das Signal praktisch auf die maximale Spannung Ur normiert wird. Das wird zweckmäßigerweise durch entsprechend dimensionierte Ein- und Ausschwingzeiten in Verbindung mit der Regelverstärkung erreicht. Bandpaß, Signalverstärker und Regelschleife sind vorteilhafterweise als integrierte Bausteine zusammengefaßt.

Das verstärkte Signal wird demoduliert und in einem Tiefpaß geglättet, damit Interferenzeinbrüche zu keiner Zündung führen können. Die nachfolgende Komparatorschaltung schaltet bei Erreichen des Schwell wertes S¹ auf die Stellung zündbereit«, z. B. von Betriebsspannung auf die Spannung »Null«. Wird nun der eingestellte Zündspannungwert Z unterschritten, schaltet die Komparatorschaltung zurück auf den Ausgangswert, z. B. von »Null« auf Betriebsspannung; es entsteht ein positiver Schaltvorgang, der über ein Differenzierglied den Zündschalter steuert; dieser schaltet durch und die Zerlegung des Geschosses wird eingeleitet.

F i g. 3 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung des Zünders nach F i g. 2, soweit zum Verständnis erforderlich. Die F i g. 2 und 3 sind in diesem Zusammenhang gemeinsam zu betrachten. Diese Weiterbildung der Erfindung sieht einen Zeitschalter vor, dessen Zeitfunktion r abhängig sowohl von der Empfangsfeldstärke durch Anschluß des Zeitschalters an den Regelverstärker als auch von der Sinkgeschwindigkeit des Zünders durch Anschluß des Zeitschalters über einen Diskriminator an den Signalverstärkerausgang (F i g. 2) gewählt ist. Hierdurch wird erreicht, daß nach Erreichen des Schwellwertes 5 die Zündung erst nach Ablauf gemäß dieser Zeitfunktion des Zeitschalters und bei Erreichen der Zündschwelle Z eingeleitet wird. Es ist zweckmäßig, um eine zusätzliche ECM-Sicherheit zu erzielen, den Zeitschalter derart auszubilden, daß er nach Ablauf einer vorgegebenen Scharfzeit, die mit der Scharfschaltung des Zündschalters beginnt, bei ausbleibendem Erreichen des Zündkriteriums, den Zündschalter wieder in Sicherstellung zurückschaltet. Hierzu arbeitet der Zünder gemäß der Weiterbildung der F i g. 3 auf eine Logik, die bewirkt, daß nur dann der vom Komparator abgegebene Zündimpuls zum Zündschalter gelangt, wenn der Zeitschalter in Stellung »scharf« steht.

Aus Gründen der ECM-Sicherheit ist die Weiterbildung der Erfindung nach F i g. 4 vorteilhaft, die das Blockschaltbild einer Tempierschaltung zeigt. Diese Schaltung wird vor dem Abschuß des Zünders mittels eines Stellgliedes zur Beeinflussung des Zeitgliedes wie ein Zeitzünder eingestellt und schaltet den elektronischen Teil des Zünders nach F i g. 2 und/oder F i g. 3 erst nach Ablauf der Sperrzeit kurz vor Erreichen des Zielgebietes mittels ihres Zeitschalters ein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Abstandszünder eines Geschosses oder einer Rakete, der nach dem Impuls-Rückstrahlprinzip unter Ausnutzung des Dopplereffektes und der Impulslaufzeit mit annähernd amplitudenkonstant periodisch oder aperiodisch abgestrahlten Sendeimpulsen vorgegebener Impulsdauer t_p arbeitet und der zündet, sobald ein vorgegebener Zielabstand hz erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Impulsdauer der Sendeimpulse entsprechend