DE2364243C3 - Method and device for determining the position and guiding of missiles - Google Patents
Method and device for determining the position and guiding of missilesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lagebestimmung und Lenkung, vorzugsweise von Flugkörpern, die längs eines von einer Abschußstelle ausgehendenThe invention relates to a method for determining the position and guidance, preferably of missiles, along one emanating from a launch site
is optischen Leitstrahl fliegen unter Ausnutzung der Intensitätsverieilung im Querschnitt des Leitstrahls sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. is flying optical beacon taking advantage of the Intensity distribution in the cross section of the guide beam and a device for carrying out the method.
Mit derartigen Verfahren und den dazugehörigen Einrichtungen werden Flugkörper nach dem Verlassen der Abschußstelle längs eines Leitstrahls von der Abschußstelle zu einem bestimmten Ziel geführt. Um eventuelle Abweichungen des Flugkörpers vom Leitstrahl korrigieren zu können, ist es erforderlich, die Lage des Flugkörpers während der gesamten Flugphase genau zu kennen.With such methods and the associated facilities, missiles are released after leaving the launch point along a guide beam from the launch point to a specific target. Around To be able to correct any deviations of the missile from the guide beam, it is necessary to Knowing the exact position of the missile during the entire flight phase.
Es ist bekannt, zur Erfüllung dieses Erfordernisses einen optischen Leitstrahl zu verwenden, dessen Querschnitt eine inhomogene Intensitätsverteilung aufweist und den Flugkörper mit entsprechenden photoelektrischen Sensoren zu versehen.It is known to use an optical guide beam to meet this requirement, its Cross-section has an inhomogeneous intensity distribution and the missile with corresponding to provide photoelectric sensors.
Aus der britischen Patentschrift 4 41866 ist ein Verfahren mit einer Einrichtung bekannt, bei dem ein ringförmiger Lichtstrahl als Leitstrahl verwendet wird.From British patent specification 4,418,666 there is a A method with a device is known in which an annular light beam is used as a guide beam.
.15 Die Intensität des Lichtes wächst vom inneren Rand des ringförmigen Lichtstrahls in Richtung zum äußeren Rand. Mit Hilfe von Fotozellen, die am hinteren Ende des Flugkörpers jeweils gegenüberliegend in bezug auf die Rollachse des Flugkörpers angeordnet sind, wird der Flugkörper auf einer Bahn innerhalb des ringförmigen Lichtstrahls gehalten..15 The intensity of the light grows from the inner edge of the annular light beam towards the outer edge. With the help of photocells at the rear end of the missile are arranged opposite each other with respect to the roll axis of the missile, the Missile held on a path within the annular light beam.
Ein weiteres optisches System zur Lenkung von Flugkörpern ist aus der US-Patentschrift 33 98 918 bekannt. Bei diesem bekannten System wird eine inhomogene Intensitätsverteilung dadurch erreicht, daß mehrere von der Abschußstelle fächerförmig ausgehende Lichtstrahlen, die einen balkenförmigen Querschnitt und eine Amplituden- oder Frequenzmodulation aufweisen, entweder einen geschlossenen Streckenzug bilden oder zwei solche Lichtstrahlen sich senkrecht kreuzen. Im Falle des geschlossenen Streckenzuges wird der Flugkörper mit Hilfe einer fotoelektrischen Steuerung innerhalb der entstandenen Dunkelzone gehalten. Bei den zwei sich senkrecht kreuzenden Lichtstrahlen wird frequenzmoduliert und der Flugkörper in den Kreuzungspunkt gesteuert.Another optical system for guiding missiles is from US Pat. No. 3,398,918 known. In this known system, an inhomogeneous intensity distribution is achieved in that several light rays emanating in a fan-shaped manner from the firing point, which have a bar-shaped cross-section and have amplitude or frequency modulation, either a closed path form or two such light rays cross each other perpendicularly. In the case of the closed route the missile is controlled with the help of a photoelectric control within the resulting dark zone held. The two vertically crossing light beams are frequency-modulated and the missile steered into the crossing point.
Die beiden bekannten Verfahren gestatten jedoch — insbesondere infolge der Dunkelzonen — nur eine sehr ungenaue Lagebestimmung. Die Bahnführung desHowever, the two known methods only allow one very much, in particular as a result of the dark zones imprecise orientation. The path of the
do Flugkörpers wird dadurch entsprechend unruhig. Die Gewinnung einer Roll-Lage-lnformation ist bei den bekannten Verfahren überhaupt nicht möglich. Außerdem sind sie störempfindlich gegen feindliche Abwehrmaßnahmen. do missile becomes accordingly restless. the Obtaining roll position information is not at all possible with the known methods. aside from that they are susceptible to interference from hostile defensive measures.
(1S Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit der dazugehörigen Einrichtung zur Lagebestimmung und Lenkung von Flugkörpern zu schaffen, das eine nahezu beliebig genaue Lagebestim- (1S The invention is based on the object of creating a method with the associated device for determining the position and steering of missiles, which allows an almost arbitrarily precise position determination
mung mit einer zusätzlichen Roll-Lage-lnformaiion ermöglicht und außerdem eine geringe Störempfindlichkeit aufweist.with an additional roll-position information and also has a low susceptibility to interference.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Querschnitt des Leitstrahl durch Hell- und Dunkelzonen gemäß einem binären P>-eudorauschmuster nach einem rechtwinkligen Koordinatensystem in Rasterpunkte unterteilt und von der Abschußstelle als reelles Bild auf den davonfliegenden Flugkörper projiziert wi-d, daß die Struktur des Leitstrahl durch mindestens zwei am Flugkörper, vorzugsweise an einem Flügelpaar angeordnete fotoelektrische Bauelemente abgetastet wird, daß im Flugkörper über eine Vergleichs-Summierlogik aus dem Abtastsignal und dem Pseudorauschmuster takiweise Zeile für Zeile die Kreuzkorrelierte dieser beiden Signale mit einer Anzahl an Bits gebildet wird, die der Anzahl der Abiaststellen im Flugkörper entspricht, und daß aufgrund des zeillichen Auftretens des Maximums der Kreuzkorrelierten die Lage des Flugkörpers entsprechend der Feinheil der Unterteilung in Rasterpunkte bestimmt und ein vorhandener Rollwinkel des Flugkörpers in bezug auf das Koordinatensystem des Leitstrahls angezeigt wird.This object is achieved according to the invention in that the cross section of the guide beam is through light and Dark zones according to a binary P> -euda noise pattern according to a right-angled coordinate system divided into grid points and from the launch point as Real image projected onto the flying object wi-d that the structure of the guide beam through at least two photoelectric components arranged on the missile, preferably on a pair of wings is scanned that in the missile via a comparison summing logic from the scanning signal and the Pseudo-noise pattern, line by line, the cross-correlated of these two signals with a number is formed from bits that correspond to the number of Abiaststellen corresponds in the missile, and that due to the linear occurrence of the maximum of the cross-correlated the position of the missile determined according to the Feinheil of the subdivision into raster points and an existing roll angle of the missile with respect to the coordinate system of the guide beam is shown.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß se usgebildet, daß der Flugkörper mindestens zwei vorzugsweise an einem FIül ;lpaar angeordnete Fotozeilen aufweist, die mit den ersten Paralleleingängen der Vergleichs-Summierlogik im Flugkörper verbunden sind, daß der Ausgang eines von einem Taktgeber gesteuerten binären, rückgekoppelten Pseudorauschgenerators mit einer von der Anzahl der Bildpunkte des Leitstrahls abhängigen Anzahl an Speicherplätzen am Serieneingang eines Signalschieberegislers anliegt, dessen Parallelausgänge auf die zweiten Paralieieingänge der Vergleichs-Summierlogik geführt sind, daß der Ausgang der Vergleichs-Summierlogik gleichzeitig mit einem den Rollwinkel anzeigenden Korrelationsspitzendiskriminator und einem Schwellwertgeber verbunden ist, und daß einem vom Schwellwertgeber gesteuerten, den Schaltzustand des binären Pseudorauschgenerators anzeigenden Zähler ein Codewandler nachgeschaltet ist, an dessen Ausgängen die Lage des Flugkörpers in dem Koordinatensystem des Leitstrahls abnehmbar ist.According to the invention, the device for performing the method is designed in that the missile has at least two photo lines, preferably arranged on a tube pair, which are associated with the first Parallel inputs of the comparison summing logic in the missile are connected that the output of one of a clock controlled binary, feedback pseudo noise generator with one of the number of The number of memory locations at the serial input of a signal shift register, depending on the number of pixels of the guide beam whose parallel outputs are connected to the second parallel inputs of the comparison summing logic are performed that the output of the comparison summing logic simultaneously with a roll angle indicating Correlation peak discriminator and a threshold value generator is connected, and that one of the Threshold-controlled counter indicating the switching status of the binary pseudo-noise generator a code converter is connected downstream, at whose outputs the position of the missile in the coordinate system of the guide beam is removable.
Um den Leitstrahl mit den obengenannten Eigenschaften zu erzeugen, ist die erfindungsgemäße Einrichtung weiter so ausgebildet, daß ein den Leitstrahl erzeugender Sender ebenfalls einen binären, rückgekoppelten Pseudorauschgenerator aufweist, dessen Ausgangssignale zeilenweise in Form von Hell- und Dunkelzonen auf ein Diapositiv aufgebracht sind, daß der Sender eine Projektionsoptik enthält, in deren Gegenstandsebene das Diapositiv angebracht ist und eine zur Ausrichtung der Strahlachse auf das Ziel dienende Nachführeinheit aufweist.In order to generate the guide beam with the properties mentioned above, the inventive The device is further designed so that a transmitter generating the guide beam also has a binary feedback Has pseudo noise generator whose output signals line by line in the form of light and Dark zones are applied to a slide that the transmitter contains a projection optics in which Object level the slide is attached and one to align the beam axis to the target has serving tracking unit.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Einrichtung zur Erzeugung des Leitstrahls so beschaffen, daß ein den Leitstrahl erzeugender Lasersender ebenfalls einen binären, rückgekoppelten Pseudorauschgenerator aufweist, dessen Ausgangssignale auf dem zeilenweise abgetasteten Laserstrahl als eine Modulation in Form von Hell- und Dunkelzonen erscheinen und die Fotozellen am Flugkörper eine ftC-Beschaltung aufweisen.According to a further development of the invention, the device for generating the guide beam is designed in such a way that that a laser transmitter generating the guide beam also has a binary, feedback pseudo-noise generator has, whose output signals on the line-by-line scanned laser beam as a Modulation in the form of light and dark zones appear and the photocells on the missile one have ftC wiring.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß neben der genauen Lage- und Roll-Lage-lnformation. die das Verfahren liefert, infolge derThe advantages achieved with the invention are that in addition to the precise position and roll position information. which the method delivers, as a result of
Korrelationsauswertung auch einzelne Bildpunktfehler ohne Informationsverlust toleriert werden können. Bei einer kleinen Bildstörung ist auch noch eine Roll-Lagelnformation vorhanden. Infolge der hohen Lageauflösung ergibt sich eine ruhige und exakte Bahnführung.Correlation evaluation, even individual pixel errors can be tolerated without loss of information. at If there is a small image disturbance, there is also a roll-positional formation. As a result of the high positional resolution the result is a smooth and exact path guidance.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below described. It shows
Fig. 1 den in Hell- und Dunkelzonen unterteilten Querschnitt des Leitstrahl, projiziert auf einen davonfliegenden Flugkörper, und1 shows the cross section of the guide beam subdivided into light and dark zones, projected onto a missile flying away, and
F i g. 2 die Einrichtung im Flugkörper zur Gewinnung der Lageinformation.F i g. 2 the device in the missile for obtaining the position information.
In F i g. 1 wird auf einen davonfliegenden Flugkörper FK, der als Kreuzflügler ausgebildf-t ist, das reelle Bild eines optischen, durch Hell- und Dunkelzonen gemäß einem binären Pseudorauschmuster strukturierten Leitstrahls projiziert. An einem gegenüberliegenden Flügelpaar Λ/. N sind mehrere Fotozellen F1, F2, Fm\, Fm angeordnet. Das dazu senkrecht stehende Flügelpaar ist ohne Fotozelle.In Fig. 1, the real image of an optical guide beam structured by light and dark zones according to a binary pseudo-noise pattern is projected onto a missile FK that is flying away and is designed as a cross-wing aircraft. On an opposite pair of wings Λ /. N several photocells F 1 , F 2 , Fm \, Fm are arranged. The pair of wings that are perpendicular to this is without a photocell.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der elektrischen Einrichtung im Flugkörper zur Gewinnung der Lageinformation. Die Ausgänge der Fotozellen Fi, Fi Fu-1,Fig. 2 shows a block diagram of the electrical device in the missile for obtaining the position information. The outputs of the photocells Fi, Fi Fu-1,
Fm sind mit den ersten Paralleleingängen PEi, PEi Fm are connected to the first parallel inputs PEi, PEi
PEm i, P/ftf der Vergleichs-Summierlogik VS/. verbunden. Im Flugkörper FK ist ferner der vom Taktgeber I1 gesteuerte binäre, rückgekoppelte Pseudorauschgeneralor PG vorgesehen, der eine von der Anzahl der Bildpunkte des Leitstrahls abhängige Anzahl an Speicherplätzen aufweist. Der Ausgang A des Pseudorauschgenerators PC liegt am Serieneingang SE des Signalschieberegisters SR an, dessen Paralleiausgänge PEm i, P / ftf of the comparison summing logic VS /. tied together. The missile FK is also provided with the binary, feedback pseudo-noise generalor PG controlled by the clock generator I 1 , which has a number of storage locations that is dependent on the number of pixels of the guide beam. The output A of the pseudo noise generator PC is connected to the series input SE of the signal shift register SR, its parallel outputs
PAu PA2 PAm i, PAm mit den zweiten Parallelein- PAu PA 2 PAm i, PAm with the second parallel input
gangen peu pi'.> ρεκι \, pcv der Vergleichs-Summierlogik VSL verbunden sind. Der Ausgang der Vergleichs-Summierlogik VSL, an dem die Kreuzkorrelierte der beiden anliegenden Signale zur Verfügung steht, ist gleichzeitig auf den Korrelationsspitzendiskriminator KSD und den Schwellwertgeber Sch W geschaltet. Während am Ausgang des Korrelationsspitzendiskriminators KSD die Rollage unmittelbar angezeigt wird, ist der Ausgang des Schwellwertgebers Sch W auf den vom Taktgeber fc gesteuerten Zähler Z geführt. Der Zähler Z ist mit dem Codewandler CW verbunden, an dessen Ausgang die dem Zählerstand entsprechenden Lagekoordinaten zur Anzeige gelangen. went peu pi '.> ρεκι \, pcv of the comparison summing logic VSL are connected. The output of the comparison summing logic VSL, at which the cross-correlated of the two signals present is available, is switched to the correlation peak discriminator KSD and the threshold value transmitter Sch W at the same time. While the roll position is displayed immediately at the output of the correlation peak discriminator KSD , the output of the threshold value transmitter Sch W is fed to the counter Z controlled by the clock generator f c . The counter Z is connected to the code converter CW , at whose output the position coordinates corresponding to the counter reading are displayed.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Lagebestimmung von Flugkörpern funktioniert derart, daß dieThe inventive device for determining the position of missiles works in such a way that the
Fotozellen Fi, F2 /7M-I, Fm den Hell- undPhotocells Fi, F 2/7 mi, Fm the light and
Dunkelzonen des binären Pseudorauschmusters des Lichtstrahls entsprechende Signale an die erstenSignals corresponding to dark areas of the binary pseudo-noise pattern of the light beam to the first
Paralleleingänge PEu PE2 PEm-u PEmabgeben. DerOutput parallel inputs PEu PE 2 PEm-u PEm . Of the
vom Taktgeber fc gesteuerte binäre, rückgekoppelte Pseudorauschgenerator PC mit N Speicherplätzen speist taktweise ein binäres Pseudorauschsignal in das Signalschieberegister SR ein. Dieses Pseudorauschsignal wird auch benutzt, um das PseudorauschmuEter des Leitstrahls zu erzeugen. Durch Verwendung eines rückgekoppelten Pseudorauschgenerators benötigt man im Flugkörper nur wenige Speicherplätze, nämlich nur /V = ld (K + 1), wobei Id der Logarithmus dualis und K die Anzahl der Bildpunkte ist. Im Ausführungsbeispiel beträgt /C= 513 nach Fig. 1, d.h. /V = 15. Mit Hilfe des Taktgebers fc wird nun, wie bereits erläutert, das ganze Bildmuster Zeile für Zeile in das Signalregister SR eineesoeist und anschließend in der Vergleichs-Binary, feedback pseudo-noise generator PC controlled by the clock f c and having N storage locations feeds a binary pseudo-noise signal into the signal shift register SR in cycles. This pseudo-noise signal is also used to generate the pseudo-noise pattern of the beacon. By using a feedback pseudo noise generator, only a few storage spaces are required in the missile, namely only / V = ld (K + 1), where Id is the logarithm dualis and K is the number of pixels. In the exemplary embodiment, / C = 513 according to FIG. 1, ie / V = 15. With the aid of the clock f c , as already explained, the entire image pattern is now one line by line in the signal register SR and then in the comparison
Summierlogik VSL die Kreuzkorrelierte mit M Bit aus den beiden anliegenden Signalen gebildet. Tritt das Maximum der Kreuzkorrelierten nach k Takten auf (0 < k < K), so spricht der Schwellwertgeber Sch Wan, so daß über den Zähler Zund den Codewandler CWauf > einen Bildpunkt genau die x- und y-Lagc des Flugkörpers relativ zum Muster des Leitstrahls herausgegeben wird.Summing logic VSL, the cross-correlated with M bits is formed from the two signals present. If the maximum of the cross-correlated occurs after k clocks (0 < k < K), the threshold value transmitter Sch Wan speaks, so that via the counter Z and the code converter CW on> one pixel exactly the x and y position of the missile relative to the pattern of the beacon is issued.
Außer der Information über die a- und y-Lage des Flugkörpers ist auch noch eine Information über seine i< Rollage erhältlich. Tritt nämlich die Korrelationsspitzc für (pma,<Mauf, ζ. B. cpnm= M-I, so ist das ein Indiz dafür, daß der Flugkörper relativ zum Muster einen Rollwinkel Φ 0° aufweist. Die Anzeige des Rollwinkels erfolgt am Ausgang des Korrelationsspitzendiskrimina- .<, tors KSD. Für einen schnellrotierenden Flugkörper ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich, im Flugkörper jeweils den Zeitpunkt zu melden, in dem das mit Fotozellen versehene Flügelpaar waagerecht liegt. ίοIn addition to the information about the a- and y-position of the missile, information about its i <roll position is also available. If the correlation peak occurs for (p ma , <Mauf, ζ. B. cpnm = MI, then this is an indication that the missile has a roll angle Φ 0 ° relative to the pattern. . <, tors KSD. For a rapidly rotating missile it is also possible with the method according to the invention to report in the missile the point in time at which the pair of wings provided with photocells is lying horizontally
Durch Ergänzung der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Einrichtung im Flugkörper durch cine z. B. aus der britischen Patentschrift 4 41 86b bekannte Steuereinrichtung wird der Flugkörper entlang der Achse des Leitstrahls geführt. «By adding the device described in the embodiment in the missile by cine z. B. from British patent specification 4 41 86b known control device is the missile along the Axis of the guide beam guided. «
Die Einrichtung zur Erzeugung des Leitstrahls und der Hell- und Dunkel-Zonen besteht bei einem ersten Ausfiihrungsbcispiel aus einem binären rückgekoppelten Pseudoraiischgenerator mit gleichem Aufbau, wie er im Flugkörper zur Signalauswcrtung verwendet wird und dem Leitstrahlsender mit Projektionsoptik. Die Hell- und Dunkel-Zonen sind zeilenweise in Form von durchlässigen Zonen entsprechend den Ausgangssignalen des Pseudorauschgenerators auf ein Diapositiv aufgebracht. Das Diapositiv liegt in der Gegenstandsebene der Projektionsoptik, die zur Erzeugung eines konstanten l.citstrahldurchmesscrs am jeweiligen Ort des Flugkörpers als 200-M-Optik ausgeführt ist. Als Lichtquelle dient ein Laser oder eine Halogenlampe.The device for generating the guide beam and the light and dark zones exists in a first one Embodiment example from a binary feedback pseudo-Arabic generator with the same structure as it is used in the missile for signal evaluation and the beacon transmitter with projection optics. the Light and dark zones are line by line in the form of transparent zones according to the output signals of the pseudo noise generator applied to a slide. The slide lies in the plane of the object the projection optics, which are used to generate a constant central beam diameter at the respective location of the missile is designed as 200-M optics. A laser or a halogen lamp is used as the light source.
Bei einem /weiten Ausfiihrungsbcispiel wird ein I.ascr-Scannverfahren benutzt, das eine große Projektionsoptik überflüssig macht. Hierzu wird ein Diapositiv mit einem durch einen Pseudoreusehgenerator modulierten Laserstrahl zeilenweise abgetastet. Der Scann-Vorgang erfolgt mechanisch oder akustooptisch so schnell, daß ca. 50 Vollbilder/Sekunden entstehen. Die Fotozellen am Flugkörper weisen eine RC-Beschallung auf, so daß die Einrichtung im Flugkörper das Scann-Bild als Dauerbild wahrnimmt.In a wide embodiment, an I.ascr scanning method is used, which makes large projection optics superfluous. For this purpose, a slide is scanned line by line with a laser beam modulated by a pseudo-vision generator. The scanning process takes place mechanically or acousto-optically so quickly that approx. 50 full images / seconds are produced. The photocells on the missile have RC sound so that the device in the missile perceives the scanned image as a continuous image.
Die Nachführung des Leitstrahls erfolgt mittels bekannter Richtmittel, z. B. einem Zielfernrohi mit angekoppelten Servomotor. Sie kann manuell oder automatisch erfolgen.The tracking of the guide beam takes place by means of known directional means, e.g. B. a telescopic sight with coupled servo motor. It can be done manually or automatically.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (4)
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