DE2245769C3 - Verfahren zur Modulierung der Strahlung eines pyrotechnischen Spurgebers und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modulierung der Strahlung, die insbesondere von einer pyrotechnischen Quelle vom Typ eines weder Gas noch Partikel aussendenden Spurgebers abgestrahlt wird, der am Heck eines selbstrotierenden, auf einem optischen Strahl geführten Flugkörpers montiert ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der DT-OS 14 81 990 ist ein optisches System zur Führung eines Projektils zu einem Ziel bekannt, wobei das Projektil durch intensitätsmodulierte Laserstrahlen gesteuert wird, die von dem Projektil aufgefangen werden und die Steuereinrichtungen des Projektils betätigen. Dadurch wird um das Projektil ein Strahlenkorridor gebildet, in dem es geführt wird, bis es schließlich das Ziel erreicht. Dabei weist die Modulatoreinrichtung gekreuzte Polarisatoren auf, zwischen denen ein Medium mit elektrischer Doppelbrechung angeordnet ist. Unter der Wirkung einer Modulationsspannung, die mit Hilfe von Elektroden an das doppelbrechende Medium angelegt ist, wird das Strahlenbündel intensitätsmoduliert Bei diesem System werden also die Laserstrahlen in der Abschußbasis erzeugt, so daß es nicht bei einem Spurgeber verwendet werden kann, der am Heck eines selbstrotierenden Flugkörpers montiert ist.

Aus der DT-OS 15 06 099 ist ein Fernlenksystem für einen Flugkörper mit eigenem Antrieb bekannt, der auf ein Ziel gesteuert werden soll. Dazu werden sowohl der Flugkörper als auch das Ziel mit Infrarotstrahlen eines bestimmten Wellenlängenbereichs bestrahlt, wobei die reflektierte Strahlung sowohl in einem Bildwandler zur visuellen Beobachtung als auch in einer elektronischen Kamera zur Fernlenkung des Flugkörpers aufgefangen wird. Um die visuelle Beobachtung nicht durch die vom Flugkörper reflektierte Strahlung zu beeinträchtigen, ist der Flugkörper mit Reflektoren und Filtern ausgerüstet, die nur Infrarotlicht der Wellenlänge zurückstrahlen, auf die nur die elektronische Kamera, nicht jedoch der Bildwandler anspricht. Es wird auch vorgeschlagen, die von der Infrarotquelle abgegebene Strahlung beispielsweise mit Hilfe einer Drehblende und eines Motors zu modulieren, damit für das elektronische Peilgerät ein Wechselstromverstärker verwendet werden kann. Schließlich soll noch zur Erhöhung der Trennschärfe zwischen dem terrestrischen Rauschen und dem reflektierten Signal eine Modulation mit Hilfe der reflektierenden Vorrichtung am Flugkörper vorgenommen werden. Es wird jedoch nichts darüber ausgesagt, wie die Polarisierung erfolgen und wie das reflektierte, modulierte Signal verarbeitet werden soll. Es muß dazu

jedenfalls eine aufwendige, zusätzliche Vorrichtung am Flugkörper vorgesehen werden. Schließlich lassen sich auch die Prinzipien, die bei einem mk reflektierter Strahlung arbeitenden Fernlenksystem angewandt werden, nicht ohne weiteres auf die Steuerung eines Flugkörpers übertragen, der mit einem spurgeber ausgerüstet ist

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Modulierung der Strahlung eines pyrotechnischen Spurgebers der angegebenen Gattung sowie eine Vorrichtung zur Durchfühning des Verfahrens zu schaffen, bei denen mit einfachen Mitteln die am Heck des Flugkörpers erzeugte Strahlung moduliert und in der Empfangsvorrichtung aufgefangen und verarbeitet werden kann.

Diese Aufgabe wird für das Verfahren der angegebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch g~Jöst, daß die Strahlung im wesentlichen in der Selbstrotationsachse des Flugkörpers auf seiner Flugbahn ausgesendet wird daß die vcn der Sendequeüe abgegebene Strahlung durch ein bezüglich Drehung mit dem Flugkörper verbundenes Polarisationsfilter filtriert wird, und daß in dem optischen Weg der an sich bekannten, am Boden angeordneten Empfangsvorrichtung ein zweites Polarisationsfilter vorgesehen ist, das die von dem ersten Filter ausgesendete rotierende, polarisierte Strahlung auffängt und deren sinusförmige Modulation mit einer Frequenz bewirkt, die von der zwischen den bcsden Filtern auftretenden relativen Drehgeschwindigkeit abhängt.

Außerdem wird diese Aufgabe für die erfindungsge mäße Vorrichtung dadurch gelöst, daß die in der Rotationsachse des Flugkörpers angeordnete. Strahlung aussendende Quelle ein erstes, bezüglich Drehung mit dem Flugkörper verbundenes und vor der Sendequelle angeordnetes, deren Strahlung polarisie rendes Polarisationsfilter und einen einen Wärmeschirm bildenden transparenten Träger aufweist, auf dem das Polarisationsfilter montiert ist, und daß die bekannte, am Boden angeordnete Empfangsvorrichtung in ihrem optischen Weg ein zweites Polarisationsfilter aufweist das die von dem ersten Filter ausgesendete, rotierende, polarisierte Strahlung auffängt und moduliert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß mit diesen relativ einfachen, auch nachträglich an einem Flugkörper anzubringenden Mitteln eine wesentliche Verbesserung des Verhältnisses von Signal zu terrestrischen Rauschen erreicht wird, wozu ausschließlich die Modulierung de^r von der Sendequelle abgegebenen Strahlung unter Ausnutzung der Rollbewegung des Flugkörpers verwendet wird, so daß kein zusätzlicher Motor eingesetzt werden muß. Weiterhin läßt sich auf diese Weise der Fugkörper auf seiner idealen Bahn dem Ziel zuführen, und zwar insbesondere auch dann, wenn dieses selbst durch einen optischen Strahl beleuchtet wird; außerdem kann der Flugkörper immer von einem Ziel getrennt werden, das vom Boden aus durch einen optischen Strahl angeleuchtet wird, der von einer Hilfsquelle in einem Spektralbereich ausgesendet wird, der sehr nahe bei dem Strahl des Senders des Flugkörpers liegt oder sogar mit ihm identisch isL Schließlich ist ai«ch die optische Fernsteuerung eines Flugkörpers auf ein Ziel möglich, wenn der Flugkörper und das Ziel durch denselben optischen Strahl angeleuchtet werden, da mit Hilfe der Modulierung immer eine einwandfreie Trennung dieser beiden Objekte erfolgt Weiterhin ergibt sich durch diese bessere Trennung zwischen terrestrischen Rauschen

und Signal eine Erhöhung der möglichen Reichweite sowie der Genauigkeit der Fübrang des Flugkörpers, und zwar insbesondere am Ende der Flugbahn. Und schließlich ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau und eine sehr günstige Funktionsweise, da die Polarisationsfilter fest installiert sind, und sich auf Grund der relativen Drehung zwischen dem Flugkörper und dem Empfangsgerät die Polarisation und damit die Modulation des Signals ohne weitere Hilfsmittel ergibt

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert Es zeigen

F i g. 1 und 2 schematische Darstellungen zur Erläuterung des Aufbaus und der Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Modulationsvorrichtung,

F i g. 3 eine schematische Darstellung, die zeigt auf welche Weise die von dieser Vorrichtung gelieferte Modulationsfrequenz erhöht werden kann.

F ι g 4 und 5 schematische Darstellungen, die zeigen. auf welche Weise automatisch die Winkelstellung eines mit einer erfindungsgemäßen Modulationsvorrichtung versehenen Flugkörpers in dem Empfangsfeld bestimmt werden kann,

Fig. 6 eine schematische Darstellung, die die Anwendung der Erfindung auf die optische Fernlenkung eines Flugkörpers zeigt

F i g. 7 und 8 zwei Blockschaltbilder, die das Grundarbeitsprinzip eines Systems zur Führung eines mit einer erfindungsgemäßen Modulationsvorrichtung versehenen Flugkörpers bei Verwendung eines Goniometers mit mechanischer Analyse bzw. eines Goniometers mit Mosaikzellen und elektronischer Analyse zeigen.

F i g. 9 eine schematische Darstellung der Anwendung der Erfindung auf die optische Fernlenkung eines Flugkörpers zu einem durch einen optischen Strahl angeleuchteten Ziei,

Fig. 10 eine scherr.atische Darstellung der Anwendung der Erfindung auf die Ortung eines Ziels und eines Flugkörper, die durch denselben optischen Strahl angeleuchtet werden,

F i g. 11 eine schematische Darstellung der Anwendung der Erfindung auf die Selbstlenkung eines Flugkörpers zu einem durch einen optischen Strahl angeleuchteten Ziel.

Vor der Beschreibung der Einrichtungen zur Durchführung der Erfindung sei noch einmal darauf hingewiesen, daß diese die Modulation der Strahlung betrifft die insbesondere von einer pyrotechnischen Quelle vom Typ eines Spurgebers ausgesendet wird, der weder ein Gas noch Partikeln aussendet und zur Montage auf selbstrotierenden, auf einem optischen Strahl geführten Flugkörpern bestimmt ht

Diese Modulierung dient zur Verbesserung des Verhältnisses von Signal und terrestrischen Rauschen und gestattet gleichzeitig eine Verringerung der von der Sendequelle ausgestrahlten Nutzintensität ohne Gefahr e-^er Änderung ihres Strahlungsdiagramms.

Die schematische Darstellung von F i g. 1 zeigt einen weder Gase noch Partikeln aussendenden pyrotechnischen Spurgeber 1 beliebiger bekannter Art auf dessen Rückseite eine Platte 2 beispielsweise aus Tantal befestigt ist, die eine Strahlung R\ aussendet In einem Abstand von einigen Millimetern von der Platte 2 ist eine Wärmeschutzplatte 3 befestigt die zweckmäßigerweise aus MgO-IRTRAN-5-Glas oder aus Korund AI2O3 mit einer Stärke von einigen Millimetern besteht.

Auf diese Platte 3 ist ein Polarisationsfilter 4 angelegt.

das zweckmäßigerweise aus Acrylkunststoff besteht und das die Strahlung R\ polarisiert und infolgedessen eine polarisierte Strahlung Ri aussendet. Hierbei wird ein Polarisationsfilter benutzt, das im Sichtbaren, im Infrarot oder im Ultraviolett mit Spektralbereichen von λ = 0,4 bis 0,7 μ, λ - 0,7 bis 2,3 μ und λ = 0,25 bis 0,45 μ arbeiten kann.

Die oben beschriebene Einheit, die mit der allgemeinen Bezugszahl £Ί bezeichnet ist, bildet das Senderelement der erfindungsgemäßen Modulationsvorrichtung und ist zu diesem Zweck am hinteren Teil von selbstrotierenden, auf einem optischen Strahl geführten Flugkörpern montiert.

Das Empfangselement besteht aus einem zweiten Polarisationsfilter 5, das ohne besondere Maßnahmen am Boden in dem optischen Weg der Strahlung R2 angeordnet ist.

Wie F i g. 1 zeigt, bewirkt die Drehung mindestens eines der Filter, im vorliegenden Fall des Filters 4, das bezüglich Drehung (in Richtung des Pfeils F) mit dem Flugkörper verbunden ist, an welchem es befestigt ist, zwei allmähliche Löschungen der Strahlenquelle R2, und zwar jedesmal nach 180 Winkelgraden. Dadurch wird eine sinusförmige Modulation bewirkt, deren Frequenz von der Drehgeschwindigkeit des Filters abhängig ist.

Trägt man, wie Fig.2 zeigt, auf der Abszisse die Drehwinkel des Filters 4 und auf der Ordinate den Wert A der ausgestrahlten Intensität auf, so erhält man bei einer 360°-Drehung des Filters 4 den Durchgang der ausgestrahlten Intensität bei 0 und bei 180°, bei denen das Zusammenfallen der Polaritäten der Filter 4 und 5 diesen Durchgang gestattet, und bei 90 und 270° eine je nach den Eigenschaften des Filters fast vollständige Verschließung.

Mit anderen Worten, es zeigt sich, daß die ausgesendete und empfangene Strahlung auf das Zweifache der Drehfrequenz des Flugkörpers, auf dem die Sendereinheit Et montiert ist moduliert wird.

Auf Grund der Sinusform der Welle ist es, wie es im Nachstehenden noch näher erläutert wird, möglich, einen selektiven Schmalband-Verstärker zu schaffen, der auf das Zweifache der Drehfrequenz des Flugkörpers zentriert ist, wodurch nicht nur das elektronische Rauschen verringert wird, sondern auch das terrestrische Rauschen fast vollständig ausgeschaltet wird.

Dieses bewirkt nämlich ein schwankendes, kontinuierliches Restsignal, was zur Folge hat, daß die Sendequelle, die moduliert wird, von dem Geräuschsi' gnal getrennt ist und daß ihre Information auf sehr einfache Weise elektronisch behandelt werden kann.

So kann beispielsweise bei einem Flugkörper, dessen Drehgeschwindigkeit zwischen 10 und 20 U/Min liegt und der mit einem Spurgeber bestückt ist, der seinerseits mit einer Vorrichtung zur Polarisierung der ausgesendeten Strahlung versehen ist, eine Modulationsfrequenz von 20 bis 40 Hz erreicht werden,

Die Schaffung eines elektrischen selektiven Filters für den Empfang bei derartigen Frequenzen sowie die Schaffung der Kette zur elektronischen Verstärkung und Behandlung der Signale, von der noch zwei Ausfuhrungsbeispiele beschrieben werden, ist sehr einfach.

Die Modulationsfrequenz kann ferner künstlich auf den Empfang von einigen Hundert Hertz pro Sekunde erhöht werden, wenn das analysierende Empfangsfilter 5 durch einen geeigneten Antriebsmotor (nicht dargestellt) gedreht wind (vgL F i g. 3).

F i g. 3 zeigt daß die Umgebung P. die nur durch das Analysefilter 5 über das Objektiv 6 gesehen wird, das ein optisches Feld mil dem Öffnungswinkel Ω ergibt, nicht moduliert wird. Nur die mit dem Polarisationsfilter 4 ausgestattete pyrotechnische Sendequelle, die unter dem Winkel Ω gesehen wird, wird durch das Analysefilter 5 moduliert, dessen Drehgeschwindigkeit Fi eine Frequenz erzeugt, die wesentlich höher als die ursprünglich durch die Drehung Fi des Flugkörpers allein erzeugte Frequenz ist.

Auf diese Weise wird eine eindeutige Verbesserung des Verhältnisses von Signal zu terrestrischen Rauschen erreicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet ferner auf sehr einfache Weise die Bestimmung der Stellung des mit dieser Vorrichtung ausgerüsteten Flugkörper; zu einem bestimmten, genauen Zeitpunkt in den Empfangsfeld.

Zu diesem Zweck wird das Analysefilter aus vier Sektoren 5a, 5b,5c und Somit verschiedenen Polaritäten gebildet, wobei die aufeinanderfolgenden Polaritäten beispielsweise gegeneinander um 90° versetzt sind (vgl F i g. 4 und 5).

Jeder Sektor besitzt somit eine andere Phase als die anderen Sektoren. Diese Phasen Sa, Sb, Sc und Sd sind ihrerseits um 90° gegeneinander versetzt (Fig. 5).

Die Stellung des Flugkörpers in dem Empfangsfeld wird also zu einem bestimmten, genauen Zeitpunk durch die Polarität des Sektors angegeben, in welchem die Sendequelle des Flugkörpers gesehen wird.

In der Praxis genügt es, die zwischen den vier Sektoren bestehende Phasendifferenz an einen Phasen vergleicher anzulegen, der dann eine der Stellung der Quelle des Flugkörpers in dem Feld entsprechende Spannung liefert.

Im folgenden wird an Hand der Fig.6 bis 8 die Anwendung der Erfindung auf ein System zur optischen Führung eines Flugkörpers beschrieben.

Auf Fig.6, die das Prinzip dieser Anwendung schematisch zeigt, ist ein in seiner Flugbahn selbstrotie render Flugkörper 7 dargestellt Dieser Flugkörper is an seinem Heck mit einer pyrotechnischen Quelle 1 versehen, vor welcher ein Polarisationsfilter 4 auf die an Hand von F i g. 1 ausführlich beschriebene Weise befestigt ist. Der Flugkörper ist ferner auf herkömmli ehe Weise mit einem Fernsteuerempfänger 8 ausgerü stet der ein System 9 zum eigentlichen Antrieb der Steuerflächen steuert Der Flugkörper bewegt sich in dem optischen FeW mit der öffnung Ω einer bekannten Goniometereinheit 10 zur Abtastung und Ortung. In der

_So optischen Bahn der Empfangsvorrichtung 10 ist eir AnalysefOter 5 angeordnet, das auf die oben beschriebe ne Weise feststehend oder in Drehung versetzt sein

kann.

Wie bereits gesagt wurde, fängt dieses Filter 5 die vor der Quelle 1 Ober das Filter 4 ausgesendete polarisierte Strahlung R2 auf und moduliert sie mit dem Zweifacher der Drehfrequeriz des Flugkörpers, wenn es selbs feststehend ist, oder mit einer wesentlich höherer! Frequenz, wenn es gedreht wird.

Das von dem Goniometer 10 zur Abtastung unc Ortung ausgesendete Signal wird in einem Korrektur netz 11 beliebiger bekannter Art behandelt und speis dann eine Abweichungsmeßvorrichtung 12, die ihrer seits zwei Abweichungsmeßspannungen Vx und V

liefert, die zu d<5r Abweichung des Flugkörpers voi seiner idealen Flugbahn proportional sind. Dies« Spannungen V» und Vy werden durch Funk oder übe Drähte dem Fernsteuerempfänger 8 zugeführt der de^

Antrieb 9 der Steuerflächen steuert.

Die auf dem Flugkörper montierte Sendereinheit Ei gestattet zusammen mit der Empfängereinheit £2 am Boden die Fernsteuerung des Flugkörpers 7 auf seiner idealen Bahn.

F i g. 7 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Führung durch Winkelmessung mit mechanischer Analyse unter Verwendung einer Vorrichtung zur Modulierung eines pyrotechnischen Spurgebers.

Die auf dem Flugkörper montierte Sendereinheit E\ ist dieselbe wie die oben beschriebene Sendereinheit und wird deshalb nicht weiter beschrieben. In dem Block ß der Fig.7 sind lediglich dieselben Bezugszahlen eingezeichnet wie auf F i g. 1. 1 s

Die Empfängereinheit £2 auf dem Boden besteht im wesentlichen aus einem optischen Objektiv 6, das sich in dem optischen Feld mit der Öffnung Ω befindet und die polarisierte Strahlung Ri der Sendequelle 1 empfängt und sie über das Analysefilter 5 moduliert, das vorzugsweise in Drehung versetzt wird (Pfeil F2), aus einem Interferenzfilter 13 von 1,7 μ Wellenlänge und aus einer bekannten Ortungs-Modulationsscheibe 14. Diese wird so gedreht, daß sie ein synchrones Bezugssignal liefert, das nach Verstärkung durch einen 2 s Verstärker 15 in Form der Phase Si einem Phasenvergleicher 16 eingegeben wird.

Das Signal der Frequenz der modulierten Strahlung wird bei 17 hinter der Scheibe 14 empfangen, wird einem Vorverstärker 18 eingegeben, durch ein selektives Filter 19 gefiltert und in 20 verstärkt. Der Verstärkungsfaktor g des Verstärkers 20 unterliegt der Steuerung eines Entfernungskorrekturorgans 21. Wie schematisch in dem Block 21 von F i g. 7 gezeigt wird, muß der Verstärkungsfaktor g in Abhängigkeit von de-Entfernung Din der Zeit zunehmen.

Das von dem Verstärker 20 gesendete Frequenzsignal wird einem bekannten Behandlungsnetz 22 und dann dem Phasenvergleicher 16 in Form der Phase 52 eingegeben. 4c

Der Phasenvergleicher 16 liefert nun Abweichungsmeßspannungen V« und Vy, die, wie bereits erwähnt wurde, durch Funk oder über Drähte dem Fernsteuersystem 8 des Flugkörpers zugeführt werden.

Bei dieser Ausführungsform des Goniometers mit mechanischer Analyse zeigt die Phase des Signals S2 gegenüber dem synchronen Bezugssignal Si der Drehung der Scheibe 14 zu jedem Zeitpunkt den Polwinkel der Stellung der pyrotechnischen Quelle in dem optischen Feld mit der öffnung Ω an.

Gemäß einer anderen Ausführungsform, die schematisch auf Fig.8 dargestellt ist, kann ebensogut auch eine Führung durch ein Mosaikgoniometer und elektronische Analyse benutzt werden.

Die rotierende Modulationsscheibe des vorhergehenden Ausführungsbeispiels wird hierbei durch ein Goniometer beispielsweise mit Mosaikzellen aus Bleisulfid ersetzt, das schematisch mit 23 dargestellt ist Ein elektronischer Umschalter 24 gestattet einerseits eine senkrechte Analyse bei 25 und andererseits eine waagerechte Analyse bei 26. Die von diesen beiden Analysen ausgesendeten Signale werden einem Synchro-Mischer 27 eingegeben. Das Signal, das von diesem das Bezugssignal liefernden Synchro-Mischer ausgesendet wird, wird einem Video-Synchro-Mischer 28 eingegeben, der ferner das von dem Verstärker 20 gelieferte Signal erhält, nachdem es wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel durch einen Vorverstärker 18, ein selektives Filter 19 und ein Entfernungskorrekturorgan 21 behandelt wurde.

Die von dem Video-Synchro-Mischer ausgesendeten Signale werden einem Vergleicher 29 eingegeben, der Signale der Stellung des Flugkörpers in dem Feld in der senkrechten Richtung V und der waagerechten Richtung //liefert. Wie im vorhergehenden Fall, werden die ausgesendeten Abweichungsmeßspannungen V«und V) über Funk oder über Drähte dem Fernsteuersystem 8 des Flugkörpers zugeführt.

Daß die Verwendung einer pyrotechnischen Quelle für die die zu modulierende Strahlung aussendende Quelle der Verwendung einer Lampe mit einem Wolframfaden oder einem Gas, wie Xenon, Quecksilberdampf, Zäsium od. dgl., vorgezogen wird, ist dadurch durchaus berechtigt, daß die erforderliche Energie, das Gewicht von mehreren Kilogramm, der Platzbedarf von mehreren zehn Kubikzentimetern und insbesondere der sehr geringe Wirkungsgrad von etwa 1,5% in dem benutzten Spektralbereich von λ = 2,2 μ -I- 0,2 dieser Sendequellen mit einem Verlust-Flugkörper, dessen Kosten möglichst niedrig sein müssen, nicht vereinbar sind und für diesen nicht rentabel sind.

Um beispielsweise eine ausgestrahlte Intensität von 30 W/st/μ in dem Spektralbereich von λ = 2,2 μ + 0,2 zu erreichen, müßte eine Lampe benutzt werden, die eine elektrische Leistung von 2 kW erfordert, während ein pyrotechnischer Spurgeber von etwa 200 cm³ weit ausreicht.

Ebenso würde eine Infrarotleistung von 150 W/st/μ eine elektrische Leistung von 2 kW erfordern, während ein pyrotechnischer Spurgeber von etwa 350 Gramm ausreicht, und zwar ohne Zufuhr irgendeiner Zwischenenergie.

Bei dem speziellen Fall der an Hand von F i g. 1 beschriebenen Ausführungsform ist die empfangene Leistung Pr bei 2000 Meter, die von einem mit einem Polarisationsfilter ausgerüsteten pyrotechnischen Spurgeber kommt, durch die Formel

Pn= '

gegeben, in welcher

V τ,

,I²

Ie die in der Achse ausgesendete Intensität, im vorliegenden Fall 100 W/st/μ.

Γη der atmosphärische Übertragungsfaktor bei einer Entfernung von 2000 m unter ungünstigen Umständen, im vorliegenden Fall 0,6,

Tp der Übertragungsfaktor des Polarisationsfilters im vorliegenden Fall 0,4 bei Ä = 22 μ,

Tf der Übertragungsfaktor des das Filter tragender Fensters, im vorliegenden Fall 035 bei Λ = 1,7 μ,

Tf, der Übertragungsfaktor des Interferenzfilters, in vorliegenden Fall 0,7 bei λ = IJ μ, der den Maximum der von einem pyrotechnischen Spur geber ausgestrahlten Intensität entspricht, und

d die Tast- und Führungsentfernung, im vorliegen den Fall 2000 m, ist

Dies ergibt für den vorliegenden Fall:

1 10- 6 10 ^!·4- 10 ' 9.5 10 ' -7 10 '
κ - 4 . ,_oi"

4 · H) "' W cm- - u.

609 6-17 ?S

Die für eine Führung erforderliche Nutzleistung ist durch die Formel

Pb,- K- F

gegeben, in welcher

Pb, das innere Rauschen* 5 · 10-" W/cm² ■ μ.

K das Verhältnis Signal/Rauschen = 4, um günstig

zu sein und ι ο

F der Faktor des terrestrischen Rauschens «= 1 (der Rest des Polarisationsfilters ist = 5 · 1O-^3O/o)ist.

Im vorliegenden Fall ergibt dies:

Pu = 5 · 10-" -4-1=2- 10-¹⁰W/cm² · μ.

Man erhält also mit der Erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer Ertfernung von 2 km und unter ungünstigen meteorologischen Bedingungen ein günstiges Nutzsignal. :o

Bei sehr sonnigem Wetter ist das von der erfindungsgemäiBen Vorrichtung gelieferte Signal stärker als das von einer nicht modulierten Vorrichtung gelieferte Signal. Bei einem atmosphärischen Übertragungsfaktor von Tw = 0,8 bei 2000 m beträgt hierbei ;> die empfangene Leistung

Pr = 532 · 10 ¹⁰ W/cm²

μ-

Im vorstehenden wurde gezeigt, auf welche Weise ein System zur optischen Führung eines Flugkörpers mit <o Hilfe von zwei Abweichungsmeßspannungen VV und V. geschaffen wenden kann, die zu der Abweichung des Flugkörpers von seiner idealen Flugbahn proportional sind und von dem auf dem Boden befindlichen System geliefert und über Funk oder über Drähte dem Fernsteuerempl'änger 8 zugeführt werden, der den Antrieb 9 der Steuerflächen steuert, um den Flugkörper zu seinem Ziel zu leiten.

Im folgenden wird an Hand von F i g. 9 die Anwendung der Erfindung auf die Führung eines Flugkörpers auf ein Ziel zu beschrieben, das selbst durch einen optischen Strahl beleuchtet ist

Auf dieser F i g. 9 ist schematisch die Landschaft P dargestellt, die durch das am Boden befindliche Analysefilter 5 gesehen wird und in der sich zu einem bestimmten Zeitpunkt f das Ziel C das sich in seiner eigenen Bshn bewegt und der Flugkörper M befinden, der so ferngelenkt werden soll daß er zu einem Zettpunkt t + £ das Ziel C erreicht.

In dem vorliegenden Fall wird das Ziel C durch einen optischen Strahl nut dem Öffnungswinkel ö, beispielsweise einen von einem Sender E ausgesendeten Infrarotlaserstrahl in einem Spektralbereich λι, beleuchtet. Wenn der Flugkörper M auf die oben ausführlich beschriebene Weise mit einem Infrarotsender £i ausgerüstet ist, der in einem Spektralbereich λι arbeitet, der dem Spektrafbereich Ai des optischen Senders E sehr nahe kommt oder sogar derselbe wie dieser ist, stellt sich das Problem der Trennung des Flugkörpers M und des Ziels C _to

Dieses Problem wird durch die im folgenden beschriebene Verbesserung auf besonders einfache und wirksame Weise gelöst.

Die Winkelstellung des Flugkörpers M wird gemäß dem oben ausführlich beschriebenen Verfahren abgetastet d. h. der Strahl, der in dem Spektralbereich L· von dem auf dem Flugkörper montierten Sender £1 ausgesendet wird, wird nach Filterung durch den ersten.

bezüglich Drehung mit dem Flugkörper verbundenen Polarisator 4 beispielsweise über einen Spiegel 30 und das zweite Polarisationsfilter 5 zu einem bekannten, am Boden befindlichen Winkelmeßempfänger 10a* geleitet. Die Ortung des Ziels C wird durch einen zweiten, ebenfalls am Boden befindlichen Winkelmeßempfänger 10c vorgenommen, der den Laserstrahl empfängt, der von dem Sender E in dem Spektralbereich Ai ausgesendet wird, von dem Ziel C und von dem Spiegel

30 reflektiert wird und dann von dem von dem Sender Ei ausgesendeten Strahl über einen dichroischen Schirm

31 abgetrennt wird, auf den die beiden von dem Spiegel

30 reflektierten und dabei zusammenfallenden Strahlen auffallen, und schließlich beispielsweise über einen weiteren Spiegel 32 zu einem Empfänger 1Or geleitet wird.

Die Differenzierung des Ziels und des Flugkörpers wird durch Verwendung einer Modulationsfrequenz Fi auf dem Empfänger 10m erreicht die auf die oben beschriebene Weise durch die rotierende Polarisation des Strahls erzeugt wird, der den dichroischen Schirm

31 durchquert und von dem Empfänger 10*f über das in Drehung versetzte Polarisationsfilter 5 und den die Stellung des Flugkörpers abtastenden Modulator 14m aufgefangen wird.

Der Empfänger 1Or ist ebenfalls mit einem Modulator 14c versehen, der die Stellung des Ziels abtastet.

Durch dieses verbesserte Verfahren erscheint das Ziel in Form eines kontinuierlichen Signals oder eines modulierten Signals, das sich von dem des Flugkörpers unterscheidet, so daß sich eine sehr saubere Trennung des Ziels und des Flugkörpers ergibt.

Gemäß einer Abwandlung kann der Strahl des Lasersenders E durch Verwendung desselben Verfahrens mit einer von Fi abweichenden Frequenz F> moduliert werden. In beiden Fällen werden die von den Empfänge/n. IOaj und 1Or gesendeten Signale einem Netz 11 zum Mischen und Behandeln der Informationen eingegeben, das eine Abweichungsmeßvorrichtung 12 speist die ihrerseits zwei Abweichungsmeßspannungen V> und Vi liefert, die zu der Abweichung des Flugkörpers von der idealen Flugbahn proportional sind. Diese Spannungen V» und V> werden über Funk oder Drähte zu einem Fernsteuerempfänger geleitet, der den Antrieb der Steuerflächen des Flugkörpers steuert, wie im Vorstehenden ausführlich beschrieben wurde.

Die auf dem Flugkörper M montierte Sendereinheit £1, der das Ziel C beleuchtende Lasersender E und die Empfängereinheit Ei auf dem Boden gewährleisten also die Führung des Flugkörpers M auf das durch einer optischen Strahl beleuchtete Ziel Czu.

Es ist zu bemerken, daß die Austrittsdüse des Antriebs des Flugkörpers eine gewisse Energie ausstrahlt, die je nach der Wellenlänge und dem Spektralband, die bei dei Sendung und bei dem Empfang benutet werden, mehl oder weniger abgeschwächt wird.

Infolgedessen tritt ein kontinuierliches Restsignal aui das jedoch mit dem modulierten Signal gekoppelt ist das von dem an dem Flugkörper befestigten Sender E kommt Da dieses Restsignal die Bewegungen der ai Bord des Flugkörpers installierten Sendequelle ger.ai mitmacht ergeben sich also keine störenden Folgen.

An Hand von Fig. 10 wird die Anwendung diese verbesserten Verfahrens auf die Ortung eines Ziels < und eines Flugkörpers M beschrieben, die durcl denselben optischen Strahl angeleuchtet werden.

Da sich hierbei das Problem stellt daß di

Winkelstellung ε der Bahn des Flugkörpers zu der des Ziels C festgestellt werden muß, kann folgendermaßen vorgegangen werden:

Die Sendequelle Ei, die normalerweise am Heck des Flugkörpers befestigt ist, wird in diesem Fall so am Boden aufgestellt, daß ihr optischer Strahl in dem Spektralbereich λ\ gleichzeitig den Flugkörper und das Ziel beleuchtet.

Das Heck des Flugkörpers ist mit einem tetraederförmigen Rückreflektor 33 und dem Polarisationsfilter 4 versehen, während der Winkelmeßempfänger 10, der mit dem zweiten, in Drehung versetzten Polarisationsfilter 5 und der Ortungsmodulationsscheibe 14 versehen ist, wie in dem im vorstehenden an Hand von F i g. 9 beschriebenen Fall am Boden angeordnet ist.

F i g. 10 zeigt, daß die Winkelstellung ε des Flugkörpers M durch die Rückreflektierung des ausgesendeten optischen Strahls festgestellt wird, der dann von dem Spiegel 30 reflektiert wird und anschließend von dem vor dem Winkelmeßempfänger 10 angeordneten rotierenden Polarisator 5 aufgefangen wird.

Die Ortung des Ziels C wird von demselben Winkelmeßempfänger 10 vorgenommen, der den von dem Ziel reflektierten und nicht polarisierten Strahl empfängt.

Wie bereits erwähnt wurde, wird die Differenzierung des Ziels und des Flugkörpers durch Verwendung einer Frequenz Fi erreicht, die durch die rotierende Polarisation des Strahls erzeugt wird, der von dem tetraederförmigen Rückreflektor 33 reflektiert wird, der mit dem an Bord des Flugkörpers M installierten Polarisator 4 ausgerüstet ist.

Hierbei erscheint also das Ziel C in der Form eines kontinuierlichen Signals oder eines Signals mit einer Frequenz F2, wenn der Sendestrahl bei Mi (auf F i g. 10 in unterbrochener Linie dargestellt) in Impulse moduliert wird, und der Flugkörper M erscheint in der Form eines tiefenmodulierten Signals von der Frequenz Fi, das von dem von deni Ziel C kommenden Signal differenziert ist.

Es ergibt sich also eine sehr klare Trennung des Flugkörpers Mund des Ziels C, während die Trennung dieser beiden Elemente ohne Anwendung des Verfahrens sehr schwierig durchzuführen wäre.

Wie im vorhergehenden Fall werden die von dem Winkelmeßempfänger 10 ausgesendeten Signale nach Ausschaltung der Fixechos in einem geeigneten Netz 34 einem Netz 11 zum Mischen und Behandeln der Informationen eingegeben, das insbesondere einen Vergleicher enthält, der Signale der Stellung des Flugkörpers und des Ziels in dem Feld in senkrechter und waagerechter Richtung liefert Das Netz 11 speist eine _t Abweichungsmeßvorrichtung 12, die ihrerseits zwei Abweichungsmeßspannungen Vx und Vy liefert, die zu der Abweichung des Flugkörpers von seiner idealen Flugbahn proportional sind. Diese Spannungen Vx und Vy werden über Funk oder Drähte dem Fernsteuerempfänger zugeleitet, der d^n Antrieb der Steuerflächen des Flugkörpers steuert, wie es im Vorstehenden ausführlich beschrieben wurde.

Das an Hand der F i g. 10 beschriebene Verfahren zur Ortung eines Ziels und eines Flugkörpers, die von demselben optischen Strahl beleuchtet werden, kann zweckmäßigerweise so ergänzt werden, daß am Ende

der Flugbahn eine halbaktive Selbstführung des Flugkörpers durchgeführt wird, wodurch die mögliche Reichweite und die Genauigkeit des Schusses erhöht werden.

Fig. 11 zeigt schematisch, auf welche Weise

vorzugehen ist, um insbesondere am Ende der Flugbahn

die Selbstführung des Flugkörpers M auf das Ziel C zu

zu erreichen, das seinerseits durch einen optischen Strahl beleuchtet ist.

Bei dieser besonderen Anwendung des verbesserten Verfahrens werden die Standorte der Sender- und Empfängereinheiten miteinander vertauscht, d. h., die Sendereinheit £1 mit ihrem Polarisationsfilter 4 wird am Boden aufgestellt und die goniometrische Empfängereinheit 10m mit ihrem Analysefilter 5m und ihrem Modulator 14m wird an dem Flugkörper montiert.

Der polarisierte Strahl wird ferner zum Abtasten des Ziels Cbenutzt, indem er dieses beleuchtet und seinen je nach der benutzten Wellenlänge und seiner Struktur veränderlichen Reflexionskoeffizienten ausnutzt, wobei dann der von ihm reflektierte Strahl von einem auf dem Boden befindlichen Winkelmaßempfänger 10 aufgefangen wird, der ein in Drehung versetztes Analysefilter 5 und einen Modulator 14 besitzt.

Andererseits wird der polarisierte, von der Quelle Ei

is ausgesendete und von dem Ziel C reflektierte Strahl auch von dem an der Spitze des Flugkörpers M vorgesehenen Empfänger 10.« abgetastet. Dieser Selbstleit-Bordempfänger bestimmt auf bekannte Weise die Winkelabweichungen des Ziels. Er führt seinerseits an Bord Korrekturen aus, indem er Befehle erzeugt, die zur Einhaltung der idealen Flugbahn des Flugkörpers auf das anvisierte Ziel zu erforderlich sind.

Wie bereits gesagt wurde, kann für den Beginn der Flugbahn des Flugkörpers eine Führung benutzt

werden, bei der beispielsweise das an Hand von F i g. 10 beschriebene Verfahren angewandt wird. Diese Lösung ist besonders einfach, da hierzu nur das Heck des Flugkörpers mit einem tetraederförmigen Rückreflektor und einem Polarisationsfilter versehen zu werden braucht. Diese Einheit wird für den Beginn der Flugbahn benutzt Die am Kopf des Flugkörpers angeordnete goniometrische Empfängereinheit wird für das Ende der Flugbahn benutzt, wodurch ihre Reichweite erhöht wird und die Genauigkeit des Schusses verbessert wird.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Modulierung der Strahlung, die

- insbesondere von einer pyrotechnischen Quelle vom Typ eines weder Gas noch Partikel aussendenden Spurgebers abgestrahlt wird, der am Heck eines selbstrotierenden, auf einem optischen Strahl geführten Flugkörpers montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung im wesentli- ι ο chen in der Selbstrotationsachse des Flugkörpers (7) auf seiner Flugbahn ausgesendet wird, daß die von der Sendequelle (1) abgegebene Strahlung durch ein bezüglich Drehung mit dem Flugkörper (7) verbundenes Polarisationsfilter (4) Filtriert wird, und daß in dem optischen Weg der an sich bekannten, am Boden angeordneten Empfangsvorrichtung (£2) ein zweites Polarisationsfilter (S) vorgesehen ist, das die von dem ersten Filter (4) ausgesendete rotierende, polarisierte Strahlung (R2) auffängt und deren sinusförmige Modulation mit einer Frequenz bewirkt, die von der zwischen den beiden Filtern (4,5) auftretenden relativen Drehgeschwindigkeit abhängt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur das Polarisationsfilter (4) am Flugkörper (7) gedreht wird, während das zweite Polarisationsfilter (5) in der Empfangsvorrichtung (£2) stationär ist

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Modulationsfrequenz des Signals auf einen bestimmten Wert das zweite Polarisationsfilter (5) in der Empfangsvorrichtung (£2) gedreht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsfilter (5) in der Empfangsvorrichtung (£2) zur Bestimmung der Stellung des Flugkörpers (7) im optischen Empfangsfeld zu jeweils genau bestimmten Zeitpunkten von mehreren Sektoren (5a, 5$ 5t; 5d) mit unterschiedlichen Polaritäten gebildet wird, die jeweils ein bestimmtes, moduliertes, gegenüber den anderen phasenverschobenes Signal liefern.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, mit dem Flugkörper (7) verbundene Polarisationsfilter (4) auf einem transparenten, einen Wärmeschirm gegenüber der pyrotechnischen Quelle bildenden Träger (3) befestigt wird.

6. Vorrichtung zur Modulierung der Strahlung, die insbesondere von einer pyrotechnischen Quelle vom Typ eines weder Gas noch Partikel aussendenden Spurgebers ausgestrahlt wird, der am Heck eines selbstrotierenden, auf einem optischen Strahl geführten Flugkörpers montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Rotationsachse des Flugkörpers (7) angeordnete Strahlung (Ri) aussendende Quelle (£1) ein erstes, bezüglich Drehung mit dem Flugkörper (7) verbundenes und vor der Sendequelle angeordnetes, deren Strahlung (Ri) polarisierendes Polarisationsfilter (4) und einen Wärmeschirm bildenden transparenten Träger (3) aufweist, auf dem das Polarisationsfilter (4) montiert ist, und daß die bekannte, am Boden angeordnete Empfangsvoirrichtung (£2) in seinem optischen Weg ein zweites Polarisationsfilter (5) aufweist, das die von dem ersten Filter (4) ausgesendete, rotierende, polarisierte Strahlung (Ri) auffängt und moduliert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Drehung des zweiten Polarisationsfilters (5) am Boden vorgesehen sind, wobei die Modulationsfrequenz des Signals auf einen gewünschten Wert einstellbar ist

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsfilter (5) aus mehreren Sektoren (5a, 5b, 5c, 5d) mit unterschiedlichen Polaritäten besteht, die jeweils zur Bestimmung des Sektors, in dem die Quelle erfaßt wird, und infolgedessen der Stellung des Flugkörpers (7) in dem optischen Empfangsfeld ein bestimmtes moduliertes, im Vergleich mit den anderen phasenverschobenes Signal liefern.