DE2618703A1 - Vorrichtung zum lenken eines geschosses gegen sein ziel - Google Patents

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ELECTRONIQUE MARCEL DASSAULT, SAINT-CLOUD, Prankreich

Vorrichtung zum Lenken eines Geschosses gegen sein

Ziel

Die Erfindung betrifft die Steuerung eines Geschosses oder Projektils bezüglich einer Achse; insbesondere befaßt die Erfindung sich mit der Steuerung eines Projektils bezüglich der Achse eines gegen sein Ziel gerichteten Bündels und hat auch ein Verfahren und eine Vorrichtung derartiger Ausbildung zum Gegenstand, daß das Anvisieren und die wenigstens angenäherte Messung der Entfernung zum Ziel sichergestellt wird.

Das Lenken von Geschossen,insbesondere von Raketen, wird zur Zeit durch Einrichtungen mit ein oder mehreren Gyroskopen sichergestellt. Diese Einrichtungen arbeiten aber nicht völlig zufriedenstellend, insbesondere weil

starke Beschleunigungen ihnen nicht zuträglich sind, 709830/0596

was die Austrittsgeschwindigkeit aus der Lafette oder dem Abschußrohr begrenzt und die Streuung beim Abschuß sowie die Bahndauer erhöht.

Demgegenüber soll eine Vorrichtung geschaffen werden, bei der diese Nachteile nicht in Kauf zu nehmen sind und welche im übrigen unempfindlich gegen zur Zeit bekannte Störungen ist.

Somit befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren, welches die Steuerung eines in Autorotation befindlichen Geschosses bezüglich einer Achse erlaubt, wobei elektromagnetische Strahlen sehr kurzer Wellenlänge in Form eines amplitudenmodulierten Bündels ausgesandt werden und dieses Bündel durch wenigstens einen Strahlungsdetektor abgetastet wird, welcher auf dem in Autorotation befindlichen Geschoß oder Projektil angeordnet ist, wobei die durch diese Detektoren ausgesandten Signale es ermöglichen, die für die Selbststeuerung des Geschosses bezüglich der durch die Mitte des Bündels und das Ziel definierten Achse notwendigen Daten herzuleiten.

Vorzugsweise besteht das Bündel aus kreisförmigen Ringen, wobei die Radien der verschiedenen Kreise von der Form

a = kⁿ 1

sind, wobei in dieser Formel 1, 2, 3·..K eine Folge 709830/0596

ganzer Zahlen und η eine Exponent nahe 1 und 1 schließlich eine Länge bedeuten.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Vorrichtung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß sie einerseits auf dem Abschußrohr des Geschosses einen Sender mit einem optischen System von variabler Brennweite aufweist, der es ermöglicht, dem Geschoß im Zuge seiner Entfernung zu folgen, das Ziel zu belichten und es zu ermöglichen, es mit einer Fernsehkamera mit Achsenkreuz zu erfassen und zeichnet sich andererseits aus durch ein oder mehrere auf dem Geschoß angeordnete Detektoren in Form elektrooptischer,durch eine konvergente Linse gebildeterEinrichtung en, in deren Brennpunkt eine für die Stärke der elektromagnetischen Strahlung empfindliche Zelle angeordnet ist, die eine Veränderung erfährt, wenn von einem Ring auf einen anderen übergegangen wird, wobei im übrigen Einrichtungen im Geschoß vorgesehen sind, um die aufgezeichneten Signale zu analysieren, die Entfernung zur Achse des Bündels sowie seine Abweichung festzulegen und die Bahn des Geschosses ausgehend von diesen Informationen zu korrigieren.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen

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nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen:

Fig. 1 ein Schnitt durch eine Ausführungsform eines von der elektromagnetischen Strahlungsquelle ausgesandten Bündels längs einer durch das Geschoß gehenden Ebene zeigt;

Fig. 2 zeigt schematisch ein Mittel zur Realisierung eines solchen Bündels;

Fig. 3 zeigt im Schnitt eine zweite Ausfülirungsform eines solchen durch die elektromagnetische Strahlungsquelle ausgesandten Bündels längs einer durch das Geschoß gehenden Ebene;

Fig. k zeigt im Schnitt ähnlich Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines solchen Bündels; die

Fig. 5 und 6 zeigen in ähnlichen Schnitten zwei weitere Ausführungsvarianten solcher Strahlungsbündel; die

Fig. 7 und 8 verdeutlichen theoretische Schemata, die für die Realisierung einer weiteren Ausführungsvariante nach der Erfindung bestimmt sind; und

709830/059ß

Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines solchen Bündels.

Das nach der ersten Ausführungsform verwendete Strahlenbündel wird in einer Ebene P unter einem Abstand D zu einer Strahlungsquelle ( und in der Nähe dieser Ebene ) aus einer Folge konzentrischer kreisförmiger Ringe gebildet, die abwechselnd erhöhte Strahlungsstärken und solche benachbart O aufweisen. Die Mitte O der konzentrischen, die Ringe bildenden Kreise definiert mit dem Sender die Achse des Bündels (Fig.l).

Wenn 1, 2, 3... k eine Folge ganzer Zahlen bilden und wenn η ein Exponent benachbart 1 ist ( gewählt wird η > i , damit die Abstände zwischen den Kreisen mit k zunehmen ) und wenn 1 eine Länge ist, so ergeben sich die Radien der verschiedenen Kreise in der Form von

a = kⁿ 1

Man kann selbstverständlich im Rahmen der Erfindung ein unterschiedliches Wachstumsgesetz wählen, das jedoch zu Abweichungen oder Abständen führt, welche mit k zunehmen: beispielsweise einem Wert von η für die geringen Werte von k und einem anderen Wert für große k.

Nach einem ^Ausführungs£beispiel der Erfindung kann 709830/0596

das Bündel erhalten werden, indem man auf der Außenfläche einer halbreflektierenden Scheibe einer Laserresonanzkammer einen metallischen reflektierenden,das Muster der Ringe reproduzierenden Überzug abscheidet. Man bildet so ein Netz R (Fig. 2).

Für den Fall, daß die halbreflektierende Schicht auf der Innenfläche der Scheibe angeordnet ist, ist es von Interesse, um soweit wie möglich jede Störung für den Laser zu vermeiden, eine Dicke der Glasscheibe oder des Spiegels derart zu wählen, daß ein System stationärer Wellen sich zwischen den beiden metallischen Schichten einstellen kann, indem der Tatsache Rechnung getragen wird, daß der Vibrationsknoten sich im Inneren des Metalls befindet.

Damit man konstant ein Bild des Netzes R in einer durch das Geschoß gehenden Ebene erhält, umfaßt die Vorrichtung nach der Erfindung ein optisches System variabler Brennweite, welches vom Netz R ein Bild dieser Ebene P gibt. Aus Vereinfachungsgründen ist in Fig. 2 diese Vorrichtung in Form einer einzigen Linse L dargestellt, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, um ein Bild bestimmter Abmessungen unter unterschiedlichen Entfernungen zu erhalten.

Die Öffnung der Optik muß derart sein, daß die Filterung 709830/0596

«I

A -

des Bildes unter den betrachteten Entfernungen brauchbar bleibt.

Zweckmäßig sind auch Einrichtungen vorgesehen, die es ermöglichen, so gut wie möglich die geometrischen Aberrationen zu korrigieren; gerade diese Fehler und auch die Diffraktion bedingen einen Minimumabstand zwischen zwei Kreisen bei einer gegebenen Entfernung.

Existiert eine Strahlung von einer Intensität ungleich O in den Ringen geringerer Strahlungsstärke, so sorgt man dafür, daß diese Strahlung eine Phasendifferenz TT bezüglich der Maximalstrahlung aufweist,um den Einfluß der Diffraktion zu vermindern.

Man kann zeigen, daß für eine feste Einstellung der Optik ein Bild analog dem in der Ebene P vorhandenen in dem Raum vor und hinter dieser Ebene P bis auf Entfernungen existiert, die eine Funktion des Verhältnisses zwischen der Abweichung zweier aufeinanderfolgender Kreise und dem Durchmesser der Austrittspupille ist. Die Änderung in den Lichtstärken ist aber progressiver. Außerhalb dieser Zonen gibt es in der Nutzzone des Feldes keine Extinktion mehr. Man kann als Telemeter den mit einer einstellbaren Optik versehenen Strahler eines solchen Bündels verwenden. Die Ergebnisse sind jedoch weniger genau als die, welche mit Lasertelemetern erhalten werden. Die Vorrichtung ermöglicht es auch, die Harmonisation zwischen der Achse

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-JB-

des Bündels und dem Achsenkreuz der Fernsehkamera zu verifizieren.

Ordnet man in dieser Ebene P eine elektro-optische Einrichtung, die !beispielsweise durch eine konvergente Linse gebildet ist, an, in deren Brennpunkt sich eine für die Stärke der elektromagnetischen Strahlung empfindliche Zelle befindet, so wird eine solche Vorrichtung eine Änderung ermitteln, wenn auf dem Niveau der Ebene P sie von einem Ring in einen anderen übergeht. Es kann auch von Interesse sein, diese Einrichtung mit einem Filter auszustatten, welches nur die monochromatische Strahlung des Strahlers durchläßt.

Nach der Erfindung ist der in Autorotation sich befindende bewegliche Körper,beziehungsweise das zu lenkende Geschoß_fmit einer oder mehreren solchen elektro-optischen Einrichtungen ausgestattet. Diese Einrichtungen überstreichen also das Strahlungsbündel oder tasten es ab, indem sie sich um eine Achse, die in etwa parallel zur Achse des Strahleungsbündels ist, mit einer Winkelgeschwindigkeit

ω=2ΤΓΝ . Sf

drehen, wobei N die Anzahl von Umdrehungen/Sek. des Körpers,

U) seine augenblickliche Rotationsgeschwindigkeit und O der Peilwinkel ist.

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Die Analyse der aufgezeichneten Signale ermöglicht es, die Entfernung zur Achse des Bündels und ihre Abweichung bzw. ihre Ableitung zu bestimmen.

Nach dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt der bewegliche Körper ( hier ein in Autorotation befindliches Geschoß ) zwei elektro-optische Einrichtungen A und B, die an den Enden eines durch die Rotationsachse 0^f gehenden Durchmessers angeordnet sind.

Wenn AB = 2r
00'= ?

^V = ΈΓ

OX eine feste Bezugsachse im Raum; O'X¹ eine Achse parallel zu OX durch 0';

o =

ist und wenn β der Winkel entsprechend dem Schnitt des Kreises von der Ordnung k oder ^wiso k" ist, so gilt

,211,2 ρ 2 2 klF

= arc cos

Analysiert wird zunächst der Fall für ⁰C = 0. Es sei C der Punkt 0 = 0, wenn oC = 0.

Gezeigt werden soll, daß die Zahl ^Miso k", die durch

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A und B bei einer Drehung um 180 geschnitten wird mit sehr guter Annäherung unabhängig von ν und lediglich eine Funktion von s ( ausgenommen für ¥ *~^ 0 ) ist. V soll dieser gegebene Wert sein. Dann gilt:

η kr . n-i

Wenn Δ. Y die algebraische Differenz zwischen der Anzahl der geschnittenen durch A aufgezeichneten Netzringe ist, so gilt, wenn A sich von O auf 180 verschiebt und die von B sich in der gleichen Zeit verschieben, mit guter Annäherung:

ν=- Δ V . 4 r N (2) V

Bildet man die Summe dreier aufeinanderfolgender Winkel (oder von Zeiten, die zwischen vier aufeinanderfolgenden Schnitten vergehen ), so stellt man fest, daß diese Summe aufweist:

- ein erhebliches Maximum für Q ^, 0

- ein im allgemeinen weniger großes Maximum, insbesondere wenn J nicht so groß ist für θ ^ 180° und

- ein absolutes Minimum für θ = ± 90 .

Nimmt man die Mitte des zentralen Schnittes, wenn die

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-VL-

Summe maximal ist, so kann man auf alle Fälle die nicht orientierte Gerade 0 bis 180 sowie Δ V "bestimmen.

Wenn f nicht zu groß bezüglich r ist, so bestimmt man so gleichzeitig den Punkt C in Fig. 1 entsprechend θ = oC ( und θ = 0, wenn oL = 0).

Wenn T zu groß bezüglich r ist, so kann das Maximum von 0 = Λ + 180 wieder das Niveau des Maximums von Q = ch treffen und sogar für gewisse Werte von J überschreiten. Man vergleicht so die aus der Gleichung (2) berechnete Geschwindigkeit mit der aus der Änderung von γ als Funktion von S abgeleiteten. Man kann so die Mehrdeutigkeit für große f beheben.

Andere Messungen ermöglichen es auch / und ν zu bestimmen.

Es zeigt sich, daß dann, wenn T die Zeit zwischen zwei Schnitten ist, wenn die Summe der drei Schnitte minimal für die elektro-optische sich von 0 bis 180 verschiebende Einrichtung ist und T die Schnittzeit für die andere Einrichtung ist, gilt:

1_ + 1_ ist unabhängig von ν und lediglich i 2

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Y2. -

eine Funktion von i -

Dagegen ist — - — proportional zu -v , und 1 2

T - T

_l 2 ν

T₁ + T ruJ

Wir haben oben gesehen, daß für ν = O die Bezugsgröße θ = d, fur die Mitte des zentralen Schnitts von drei Intervallen gegeben ist, die eine Maximaldauer aufweisen. Wenn ν nicht vernaehlässigbar ist, so kann man eine Korrektur gleich

_ Ζ— ( — ₊ -. ) radians vornehmen, die man, da ÖJ r J

ν es sich um ein Korrekturglied handelt, an - ___

Ui r annähern kann, was nach der Beziehung (3) gleich

^Ti " ^T2 _Λ . ² L ν nach " ist, wo — -r—

i 2

der Beziehung (2) ist.

Für den Fall, daß die Erfindung auf das Lenken eines in Autorotation befindlichen Geschosses angewendet werden soll, nuß man für letzteres eine Zeitbasis vorsehen. Insbesondere muß man bei dieser Basis die Zeit kennen, die das Projektil zur Ausführung einer Umdrehung braucht. Wenn d ⁰^ angenähert O ist,

dt

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so ist dies die Zeit, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hauptmaxima vergeht oder die doppelte Zeit, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Minima vergeht. Für schnelle Geschosse und für N in der Größen-

d 06 Ordnung von 10 Umdrehungen pro Sekune, wird -77—

vernachläs s igbar.

Es soll also angenommen werden, daß das Projektil mit einer Zeitbasis behaftet ist. Im übrigen soll darauf hingewiesen werden, daß es nicht notwendig ist, daß diese Zeitbasis genau ist, und daß es genügt, daß diese während der Flugdauer relativ stabil bleibt.

In dieser Zeitbasis mißt man die Zeit entsprechend von drei aufeinanderfolgenden Intervallen und man leitet die Augenblicke T₉ T₀ ,T, etc. entsprechend den aufeinanderfolgenden Hauptmaxima ab. Unter diesen Bedingungen sind

^L 2 1 1

T3 - T₂ = ^T2 ^etC···

die zur Ausführung einer Umdrehung notwendigen Zeiten. Diese Zeiten variieren nur langsam als Funktion der Fluggeschwindigkeit. Man mißt mit V die Anzahl der von 0 bis 180° von A erfahrenen Schnitte, mit » die Anzahl der von B in der gleichen Zeit erfahrenen Schnitte, d. h. von 180 bis 36O und leitet hieraus ab:

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= V _± + V^₂ und AV = V

sowie n

und ν=- A J 4rN = - Δ, ^ ^4r

ν \» τ

d λ
Wenn ττ— ni*cht vernachlässighar sein soll, muß

CLTf

man die Rotationsgeschwindigkeit LC messen. Man kann dies tun, indem man im Projektil zwei gleiche Beschleunigungsmeßgeräte anordnet, die symmetrisch "bezüglich der longitudinalen Hauptträgheitsachse unter einer Entfernung d zu dieser Achse angeordnet sind. Die Harbsumme ihrer Messung ergibt

• 2 dö

d w _f woraus man ableitet ^ = ;

dt

eine Zeitbasis läßt sich hieraus herleiten mit ττ

dt

Um diese Rotationsgeschwindigkeit des Geschosses um seine Achse O zu Null zu machen, muß man die Reihenfolge bzw.. Befehle um eine Größe £ « ■—- -—

verschieben. Man kann so den Befehlen oder Reihenfolgen eine feste Verschiebung ^ verleihen, um eine Verzögerung zu berücksichtigen, die zwischen dem Augenblick vergeht, wo der elektrische Befehl zum Projektil geschickt wird und demjenigen, an dem der Befehl ausgeführt wird, beispielsweise durch die Leiteinrichtungodes Geschosses (Verzögerung des Leitwerks bzw. der Steuerfläche) und eine

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Verschiebung q zum Kompensieren des Gyroskopeffektes.

Aus Gründen der Beschreibung wurde angenommen:

a) daß das Leitwerk des Geschosses nach einer Ja/Nein-Regelung betätigt wird. Unter diesen Bedingungen ist das Leitmoment proportional der Dauer, während der man die Betätigung des Leitwerks veranlaßt, unter der Bedigung, daß Winkel, die klar über M

2 liegen, nicht überstrichen werden;

b) daß das Geschoß in einer Ebene nur mit einem Leitwerk bzw. einer Leitfläche versehen ist, wobei diese Hypothese nicht unerläßlich ist, jedoch aufgrund der in Betracht gezogenen Rotationsgeschwindigkeiten eine korrekte Lenkung des Geschosses zuläßt;

c) daß das momentane Leitmoment in der Ebene AB liegt;

d) daß ein Steuergesetz vorgegeben ist

Λ = f ( i , v)

unter Berücksichtigung einer mehr oder weniger starken Glättung von J* und v. Man sieht, daß die Anzahl der Informationen pro Sekunde mit N und mit der Anzahl von an Bord des Geschosses angeordneten Detektoren zunimmt.

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Beispielsweise unter der Annahme, daß das Moment des Leitwerks gegen O gerichtet sein soll, ist der Augenblick des Beginns des Befehls vom Rang i:

i 1 ⁺ 2 2 ~ ^l>

und der Augenblick der Beendigung des Befehls vom Range i ist

wobei c/ die algebraische Summe des Voreilens oder Verzögerns, das berücksichtig werden soll, ist (insbesondere,) , J oder _rJ ).

Aus den vorstehenden theoretischen Darlegungen geht hervor, daß die Kombination eines ein Bündel der beschriebenen Art erzeugenden Senders und ein oder mehreren am in Autorotation befindlichen Körper angeordneten Strahlungsdetektoren die Steuerung des beweglichen Körpers bezüglich der Achse der Bahn sicherzustellen ermöglicht. Im übrigen kann das ausgesandte Bündel verwendet werden, um das Richten bzw. Visieren einer Lafette sicherzustellen und die Entfernung zum Ziel zu messen.

Nach dem oben beschriebenen .Ausführungsbeispiel ist das Bündel elektromagnetischer Strahlen durch kreisförmige konzentrische amplitudenmodilierte Ringe ge-

7 0 9 8 3 0 / 0 5 9 fi

bildet.

Nach einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung verwendet man ein Bündel bestehend aus einem Netz von Bändern oder Banden, vorzugsweise gleicher Breite, welche alternativ opak und transparent ausgebildet sind, wobei dieses Netz erhalten wird, indem man eine Ebene P, die unter einer Entfernung D von der Strahlenquelle entfernt ist, in ja gleiche Winkelsektoren, deren Mitte die Spur 0 der Achse des Bündels in dieser Ebene ist, unterteilt, wobei u eine gerade ganze Zahl ist, indem man vorzugsweise auf den u Winkelhalbierenden der Sektoren eine Vielzahl von Punkten M , M ... M aufträgt, die wie folgt angeordnet sind:

(M = M_-4M₀ = ... M, M = d und 1 i 2 k-1 k

ausgehend von diesen Punkten Parallelen zu den Geraden führt, welche die Winkelsektoren begrenzen, wobei das so erhaltene Bündel um seine Achse in einer Richtung in Drehung versetzt wird, die entgegengesetzt zu der der Rotation des Geschosses ist.

In Fig. 3 dagegen ist das Bündel in einer Ebene P dargestellt, die unter einer Entfernung D vom Strahlungssender und benachbart dieser Ebene sich befindet. Mit 0 ist die Spur der Achse dieses Bündels in dieser Ebene P bezeichnet. Letztere ist in η gleiche Winkelsektoren vom

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Zentrum O unterteilt, wobei /U vorzugsweise eine gerade ganze Zahl ist.

Ausgehend von O trägt man auf den/U Winkelhalbierenden der so erhaltenen Winkelsektoren eine Vielzahl von Punkten

M_J, M ...M , wie beispielsweise : 12k

^OM1 =^Mi^M2=

auf. Ausgehend von den Punkten M , M ....M führt man Parallelen zu den Geraden, welche die ^Tinkelsektoren begrenzen und man definiert so ein aus Bändern gleicher Breite gebildetes Netz, wobei man diese abwechselnd opak und transparent macht.

Nach dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist beispielsweise gewählt worden η = 8; der Winkel der Sektoren ergibt sich also zu:

2 TT JL

und die Breite jedes der Bänder beträgt:

C = d sin = d sin

ν» π 8

Nach der Erfindung veranlaßt man eine Drehung des Bündels um seine Achse mit einer Winkelgeschwindigkeit «Π-Macht das Bündel eine Umdrehung, so ist die Anzahl der Wechsel, welche ein Detektor A, der an einer festen Stelle

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des Raumes angebracht und unter einer Entfernung O zwischen (k-l)d und kd vorgesehen ist, registriert, gleich:

Diese Zahl ist also proportional zu k und damit zur Entfernung zur Mitte O. Um dieses Netz zu erhalten und seine Projektion im Raum zu realisieren, kann man also die oben beschriebenen Einrichtungen verwenden, d. h. , einen Laser, wobei das Bündel auf der Außenfläche der halbreflektierenden Scheibe seiner Resonanzkammer durch Abscheidung eines metallischen reflektierenden,= das Muster des Netzes reproduzierenden Überzuges erhalten wurde.

TJm die Rotation des Bündels zu realisieren, kann man veranlassen, daß die Resonanzkammer insgesamt sich um ihre Achse dreht. Man kann so allein eine durchbrochene Scheibe sich drehen lassen und das Bild dieser Scheibe projizieren.

Nach einer anderen Ausführungsform kann man Netze unterschiedlich zu den mit Bezug auf Fig. 3 beschriebenen verwenden. So kann man beispielsweise anstelle von die Winkelsektoren begrenzenden Geraden Kurven, z.B. Spiralen, benützen.

Wie Fig. 4 erkennen läßt, kann man auch Bänder gleicher

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-SKf-

Breite, die abwechselnd opak und transparent sind, deren Achsen durch O verlaufen, verwenden.

In Fig. 3 ist das Projektil mit dem Zentrum O' dargestellt, welches sich unter einer Entfernung f von 0 befindet. Dieses Geschoß befindet sich in Autorotation mit einer Winkelgeschwindigkeit Ul . Wie in dem oben genannten Fall umfaßt dieses Geschoß zwei Strahlungsdetektoren A und B, die an den beiden Enden eines durch die Rotationsachse O¹ gehenden Durchmessers angeordnet sind.

Es sei AB = 2 r ( interessant ist, r = d zu wählen) 00' = P

Die Rotationsgeschwindigkeit ιώ des Geschosses ist entgegengesetzt zu der -Q. des Bündels; man kann also sagen: tu ^C -O-

Man kann an der Abschußstelle die Rotationsgeschwindigkeit JTX einstellen, damit sie einen wohl definierten Wert erhält. Man wird die größtmögliche nehmen, die mit der Ansprechzeit der Detektoren kompatibel ist. Die Meßverfahren an Bord basieren auf dieser Hypothese.

Im Geschoß speichert man die Zeit:

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² '"

das ist die Zeit, die das Bündel braucht, um eine Umdrehung zu machen.

Unter diesen Bedingungen gilt also, wenn N und N

A. ±j

die durch die Detektoren A und B registrierten Schnittzahlen während
mit guter Annäherung:

2 ¹U" Schnittzahlen während der Zeit At= -^- sind,

f = —

^NA ^+NB

/^U

Damit diese Beziehung auch für J* nahe Null Gültigkeit hat, modifiziert man das Netz um das Zentrum, derart, daß die Schnitte um den Ursprung fortfallen, wie beispielsweise in Fig. 5 dargestellt. Auch beispielsweise in

hat man/diesem Netz die spitzen Winkel derart geschnitten, daß die Schnitte genauer werden ( in diesem Beispiel wurde gewählt: d = r und ja = h ).

Vählt man η = 2, so bevorzugt man eine Definition des Netzes, die geringfügig unterschiedlich zu der oben gegebenen theoretischen Definition ist, derart, daß das Band k = O rittlings auf dem Ursprung sitzt, wie in Fig. 6 dargestellt.

ja j

Das Band O erstreckt sich von - — bis ~— 709830/059R

d 3d Das Band 1 erstreckt sich von r— bis -—

-d -3d Das Band -1 erstreckt sich von -— bis

Das Band k geht von bis d

kd k + Das Band -k erstreckt sich von - -— bis ~—-— d

Damit die allgemeine Formel noch gültig ist für f benachbart 0, modifiziert man noch das zentrale Band um den Ursprung, wie in dieser Fig. 6 dargestellt. Man kann auch beispielsweise die Bänder wie in eben dieser Figur dargestellt,unterbrechen, um die Tangentialschnitte zu vermeiden.

Die Anzahl der Bestimmungen von / pro Sekunde, die

n.

man durchzuführen in der Lage ist - das ist r-=r

2 ii

liegt sehr hoch; man kann hieraus einen geglätteten ausreichend genauen Wert von f herleiten, um hieraus abzuleiten.

N - N
cos 9 = A B . d

Im übrigen gilt auch

k r ja

Insbesondeüs, wenn cos 0=1, d.h., wenn der Detektor A sich bei C befindet, gilt:

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N-N =

A B T

•τ

und wenn O = —2— gilt: N = N

A Jo

Hiraus läßt sich der Augenblick X des Durchgangs des Detektors A bei C bestimmen.

Unter Zählen der Anzahl der Schnitte während einer bestimmten Zeit, kann man so an Bord die Daten erhalten, welche die Selbststeuerung des Geschosses gegenüber der Achse des Bündels ermöglichen.

Aus der vorstehenden Beschreibung resultiert, daß nach der Erfindung (Fig. 7 und 8) in dem Raum in Richtung des Zieles B' ein Bündel elektromagnetischer Strahlen, beispielsweise ein Laserbündel, über einen Drehspiegel* M und einer Optik mit variabler Brennweite T derart ausgesandt wird, daß der gerade Abschnitt

des Bündels S am Ort des Geschosses M¹ konstant längs der gesamten Flugbahn verbleibt. bzw.Visierkreuz

Das Geschoß wird mit einer starken Schlingerrotation angetrieben und trägt zwei Detektoren in einer Ebene normal zu seiner einzigen Betätigungsebene oder, wenn zwei Manövrierebenen da sind, eben mehr.

Wie dargelegt wurde, besteht das Lenkprinzip nach der

709830/0598

Erfindung darin, in einem System, hei dem die Achse mit dem Geschoß (Fig.8) verknüpft ist, die Polarkoordeinaten ¥ und T der Lage des Geschosses

mm

■bezüglich der Mitte C des Bündels zu berechnen, wobei P die Entfernung der Achse des Geschosses zur Mitte des Bündels und T die Neigung des Manovrierzentrums

bezüglich der durch die Achse des Geschosses gehenden Radialen bezeichnet.

Ein Ja/Nein-Lenkbefehl zu einem gewissen Augenblick t wird ausgehend von der Durchgangsstelle durch *f = 0

¹ m

gegeben, dessen Dauer beispielsweise proportional

ρ J J m

Man bestimmt die Werte von *f und f in folgender

¹ m ^J m

Weise:

a) Das Gravieren des Spiegels M wird derart realisiert, daß die durch die Detektoren ermittelte Information proportional zum Radius ist;

b) Da der Spiegel sich bei sehr großer Geschwindigkeit

bezogen auf die Schlingergeschwindigkeit des Gegeschosses ( rotation en roulis du projectile) dreht, liefern die Detektoren D und D des letzteren die Informationen ? . und f ,wie beispielsweise Visierkreuz

709830/0 5 96

- 35 -
S 1 ⁺/ 2

fl = Arc sinus

γ = Arc sinus

wobei 1 die Entfernung zwischen den beiden Detektoren D und D ist.

Nach den verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen wird die Gravur des Spiegels M nach Interferenzstreifen der Familien bzw. Fransenfamilie realisiert und die Ablesung von f und f_o erfolgt durch einfaches Zählen der durch die Detektoren bei Durchgang von jedem Interferenzstreifen erzeugten Impulse. Es zeigt sich, daß die Verwendung von Interferenzstreifenspiegeln ( de mires ä franges) die folgenden Begrenzungen

*
mit sich bringt: Visierkreuz

1) erhebliche Quantifizierungsstörungen aufgrund der

begrenzten Anzahl der "Fransen";

2) Schwierigkeiten einen pulsierenden Laser zu verwenden, der eine zusätzliche Quantifizierungsstörung einführt.

Es ist aber interessant, einen pulsierenden Laser zu verwenden, wodurch es möglich wird, insbesondere den Energieverbrauch und damit Gewicht und Volumen der Akkumulatorbatterien zu vermindern, was in dem Fall, wo der Illuminator tragbar ist, wichtig ist.

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26Ί8703 Sl

So liest man nach einer Ausführungsform der Erfindung die Informationen f und j , die durch die Detektoren des Geschosses geliefert wurden, durch Zählen der Taktgelberimpulse al», welche während des Bestätigungs-(rechteck)impulses angelegt wurden, welcher durch den Detektor während der Belichtungszeit ermittelt wurde.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung verwendet man einen pulsierten Läser als BUndelstrahler und die Ablesung von ->^J und f erfolgt durch Zählen der Impulse, welche durch den Detektor erarbeitet wurden.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Gravieren des Spiegels mit Hilfe eines Sektors, der durch geometrische Kurven begrenzt ist, welche zu Sektoren relativer Breite führen, die mit der Entfernung zur Mitte variieren, beispielsweise in Form von Spiralen.

Nach Fig. 9 der beigefügten Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel eines Spiegels mit Spiralsektor gegeben.

In dieser Fig. sieht man bei D die Spur eines Geschoßdetektors in der Ebene des Bündelschnittes. Wie oben angegeben, erfolgt das Lesen der Informationen £ und

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durch einen Zeitzählvorgang, genauer durch das Zählen der Beleuchtungszeiten und Dunkelzeiten als Funktion der Entfernung γ

Die Verwendung eines Spiegels mit Spiralsektor ermöglicht die Verwendung eines pulsierten Lasers und vermindert die Quantifizierungsstörung.

Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung ist die Abschußstation besonders einfach^und gewisse ihrer Elemente können für andere Zwecke dienen.

Sie umfaßt nämlich im wesentlichen den Sender mit Netz und Optik mit variabler Brennweite, die während des Schusses im allgemeinen entsprechend dem theoretischen Gesetz der Entfernung des Geschosses programmiert ist. Gewünschtenfalls kann ein die Entfernung des Geschosses messendes Telemeter die Optik steuern. Vor dem Schuß befindet sich die Optik in der Stellung entsprechend der Entfernung der Anfangsstrecke D . und besitzt

mm

somit das größte Feld. Der Strahler erhellt dann in etwa gleichförmig die Landschaft, die sich in seinem Feld hinter der Distanz D . befindet.

min

Nach der Erfindung kann man eine für die Strahlung des Strahlers empfindliche Fernsehkamera verwenden, die mit einem Achsenkreuz versehen ist, um bei Tag und Nacht Beob-

709830/059Θ

achtungen sowie das Auslösen des Schusses zu ermöglichen, wenn das Ziel im Schießbereich liegt.

Gewünschtenfalls kann der den Schuß Auslösende unter Modifizierung der variablen Brennweite in etwa die Entfernung des Ziels messen , indem er für die Einstellung der Ringe auf letzteres sorgt. Gleichzeitig kann er die Koinzidenz von Achsenkreuz und Bündelachse verifizieren und einstellen.

Selbstverständlich kann ein gewöhnliches Fernrohr, welches mit den beiden oben genannten Einrichtungen harmonisiert ist, die Abschußstation komplettieren und die Beobachtung bei Tag erleichtern und sogar die Fernsehkamera ersetzen.

Eine solche Abschußstation ermöglicht es, eine korrigierte Kranate oder Rakete sowie irgendeinen ballistischen Flugkörper abzuschießen.

Durch die Vorrichtung nach der Erfindung wird es mögich, die Gyroskope an Bord des gelenkten Flugkörpers zu vermeiden, was zu folgenden Vorteilen führt:

- Es ist nicht notwendig, dem Flugkörper auf seiner Lafette oder in seinem Abschußrohr eine bestimmte Schlingerposition zu geben, da das Gyroskop nicht in die richtige Lage gebracht zu werden braucht; die

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se

Schräglage der Abschußstation ist von keinerlei Wichtigkeit mehr und die Blockierungseinrichtung kann beachtlich vereinfacht werden oder sogar fortfallen.

- Bei Flugkörpern mit Gyroskop ist es notwendig,

eine elektrische oder mechanische Verbindung zwischen dem Plugkörper und der Abschußstation vorzusehen, um Abschießen zu können und das Gyroskop vor dem Abschuß deblockieren zu können; bei der Vorrichtung nach der Erfindung kann man auf jede elektrische Verbindung zwischen Mittelstreckenrakete und Abschußstation verzichten.

- Bei klassischen Mittelstreckenraketen ist das Gyroskop das Element, welches die zu Beginn zu gebenden Beschleunigungen begrenzt. Es ist nämlich wesentlich, daß man die Beschleunigung im Rohr oder an der Lafette erhöhen kann, damit die Mündungsgeschwindigkeit so hoch wie möglich wird. Die Beschleunigung in der freien Luft ist nämlich eine erhebliche Quelle der Dispersion, einer Dispersion, die manchmal die Übernahme durch die Führungseinrichtung schwierig macht und auf jeden Fall die Genauigkeit auf kurze Reichweiten vermindert.

Die anderen Zubehörteile des Flugkörpers wie Batterien,

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elektronische oder optische Bauteile, Leitwerksteuerungen etc. können derart angeordnet oder ausgebildet sein, daß sie Beschleunigungen von mehreren Tausend g ertragen, derart, daß eine einwandfreie über Schallgeschwindigkeit liegende Mündungsgeschwindigkeit erreicht wird.

Bis zur Übernahme und Ausrichtung ist es wichtig, daß der Schub des evtl. Plugantriebs so weit wie möglich den Luftwiderstand ausgleicht, um auf diese Weise die Dispersion auf ein Minimum herabzusetzen.

Anwendungsbeispiele für die Erfindung liegen auch auf dem Gebiet der Topographie; es kann aber auch interessant sein, die Lage einer Achse anzupeilen.

Ansprüche

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se

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   (lj Verfahren zum Lenken eines in Autorotation befindlichen Flugkörpers, insbesondere eines Geschosses, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines sich drehenden Visierkreuzes und einer Optik mit variabler Brennweite elektromagnetische Strahlen sehr kurzer Wellenlänge in Form eines amplitudenmodilierten Bündels ausgesandt werden und dieses Bündel durch wenigstens einen auf dem in Autorotation befindlichen Geschoß angeordneten Strahlungsdetektor überstrichen und abgetastet wird, wobei die durch diese Detektoren ausgesandten Signale es ermöglichen, die zur Selbstlenkung des Geschosses bezüglich der durch die Mitte des Bündels und das Ziel definierten Achse notwendigen Daten abzuleiten.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur des Bündels derart gewählt wird, daß die angenäherte Messung der Entfernung zum Ziel und die Harmonisation der Achsen ermöglicht wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Bündel aus kreisförmigen Ringen gebildet ist, wobei die Radien der verschiedenen Kreise von der

   , n_
   a = k 1

   sind, wobei in dieser Formel 1, 2, 3...k eine Folge ganzer Zahlen, η ein Exponent benachbart 1 und 1 eine

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   Länge bedeuten.

   h. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Bündel durch ein Netz von Bändern im wesentlichen gleicher Breite gebildet wird, welche abwechselnd opak und transparent gemacht sind, wobei das Netz erhalten wird, indem eine Ebene P, die unter einer Entfernung D zum Abstrahler sich befindet, in /U gleiche Winkelsektoren unterteilt wird, deren Mitte die Spur O der Achse des Bündels in dieser Ebene ist, wobei ,u vorzugsweise eine gerade ganze Zahl ist, wobei auf den ja. Winkelhalbierenden der Sektoren eine

   ja. un die derart angeordnet sind, daß

   Vielzahl von Punkten M , M ....M aufgetragen werden,

   -L w IC

   = d

   ist und daß ausgehend von diesen Punkten Parallelen zu den die Winkelsektoren begrenzenden Geraden geführt werden, wobei das so erhaltene Bündel um seine Achse in Rotation, vorzugsweise in einer Richtung entgegengesetzt zu der der Rotation des Geschosses, versetzt wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kurven, beispielsweise Spiralen, anstelle der die Winkelsektoren begrenzenden Geraden verwendet werden.

   6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

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   daß das Bündel aus Bändern gleicher Breite aufgebaut wird, die abwechselnd opak und transparent sind und deren Achsen durch die Mitte O gehen.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche h bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz um seine Mitte modifiziert wird, derart, daß die Schnitte um diese Mitte fortfallen.

   8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Geschoß die für das Bündel zur Durchführung einer Umdrehung notwendige

   2 ti"
   Zeit ( t = ) gespeichert wird, wobei die Rotationsgeschwindigkeit Λ dieses Bündels derart eingestellt wird, daß die Berechnung der Zahl der Schnitte des Bündels durch die Detektoren während dieser Zeit ( Δ. t ) möglich wird.

   9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationen f * t welche die Entfernung der Detektoren zur Achse des Bündels darstellen und durch diese Detektoren geliefert werden durch Zählen von Taktgeberimpulsen gelesen werden, die während des Bestätigungsrechteckimpulses, der durch den Detektor während der Belichtungszeit erarbeitet wird, angelegt werden.

   10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn-

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   zeichnet, daß das Gravieren des Spiegels mit Hilfe von geometrischen Kurven vorgenommen wird, welche zu Sektoren relativer Breite führen, die mit der Entfernung zum Zentrum variieren.

   11. Verfahren nach \nspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gravieren des Spiegels mit Hilfe von Spiralen durchgeführt wird.

   12. Verfahren nach einem der "nsprüche 9 his 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel durch einen pulsierten Laser abgestrahlt wird und daß die Ablesung der Informationen f . durch Zählung von durch den Detektor erarbeiteten Impulsen vorgenommen wird.

   13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet einerseits auf der Abschußeinrichtung des Geschosses

   durch einen mit einem optischen System mit variabler Brennweite versehenen Strahler, der es erlaubt, dem Geschoß während seiner Entfernung zu folgen, das Ziel zu beleuchten ; und andererseits durch ein oder mehrere Detektoren auf dem Geschoß, die in Form elektrooptischer Einrichtungen ausgebildet sind, die durch eine konvergente Linse gebildet sind, in deren Brennpunkt eine für die Stärke der elektromagnetischen Strahlung empfindliche Zelle angeordnet ist und eine Änderung erfährt, wenn sie von einem Ring zu einem anderen übergeht, wobei Einrichtungen im übrigen in dem Geschoß vorgesehen

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   sind, um die aufgezeichneten Signale zu analysieren, die Entfernung zur Achse des Bündels sowie seine Abweichung zu bestimmen und die Geschoßbahn ausgehend von diesen Informationen zu korrigieren.

   Ik. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Strahler ein Laser ist, und daß das Bündel erhalten wird, indem auf der Außenfläche der halbreflektierenden Scheibe seiner Resonanzkammer ein metallischer reflektierender Überzug, der das Muster der Ringe reproduziert, abgeschieden ist.

   15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß diese halbreflektierende Schicht auf der Innenfläche der Scheibe oder des Spiegels vorgesehen ist, wobei die Dicke der letzteren derart gewählt ist, daß sie den Aufbau eines Systems stationärer Wellen zwischen den beiden metallischen Schichten unter Berücksichtigung der Tatsache ermöglicht, daß der Vibrationsknoten im Inneren des Metalls sich befindet.

   16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Korrigieren der geometrischen Aberrationen.

   17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die elektro-optische Einrichtung ein Filter umfaßt, welches nur die monochromatische Strahlung des Strahlers durchläßt.

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   is -

   18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 his 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektil oder Geschoß mit einer Zeitbasis behaftet ist.

   19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß mit zwei gleichen Beschleunigungsmessern versehen ist, die symmetrisch bezüglich der longitudinalen Hauptträgheitsachse angeordnet sind.

   20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, gekennzeichnet durch ein Telemeter an der Abschußstation, welches die Entfernung des Flugkörpers mißt und dem das optische System des Strahlers zugeordnet ist.

   21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abschußstation eine für die Strahlungen des Strahlers empfindliche Fernsehkamera vorgesehen ist, die mit einem Achsenkreuz versehen ist, um die Beobachtung bei Tag und Nacht sowie die Auslösung des Schusses, wenn das Ziel im Schußbereich sich befindet, zu ermöglichen.

   22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abschußstation ein Fernrohr vorgesehen ist, dessen Achsenkreuz mit der Achse des Bündels harmonisiert ist und welches die Beobachtung und den Abschuß bei Tage ermöglicht.

   709830/05 ö'h

   -Tl-

   23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche lh his 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzkammer insgesamt um ihre Achse für die Rotation des Bündels drehbar ist.

   2h) Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation des Bündels erhaltbar ist, indem man eine durchbrochene Scheibe in Drehung versetzt und das Bild dieser Scheibe projiziert.

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