DE2643175A1 - Raketenfuehrungssystem - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DIETRICH LEWINSKY H¹- NZ-JO' CHlM HUBER REINfS- P R ! Ξ T S C H MDtKHEN 21 GOTTHARDSTR.01

9135

24.9.1976

THO M SON-CSF 173, Bd Haussmann

75008 - Paris / Frankreich

Raketen fuhrungs sys tem

Priorität aus der französischen Patentanmeldung Nr. 75/29266 vom 24. September 1975

Die Erfindung betrifft Raketenführungssysteme, insbesondere sogenannte halbaktive Zielsuchverfahren, die mit Doppler-Effekt arbeiten.

Derartige Systeme dienen dazu, ein Ziel mit Hilfe eines Zielsuchgeräts zu erreichen, das eine Antenne im vorderen Geräteteil und eine Antenne im hinteren Geräteteil aufweist, wobei ein Beleuchtungsgerät gleichzeitig das Ziel und das Zielsuchgerät bestrahlt. Das Beleuchtungsgerät ist mit einem Verfolgungsradar verbunden.

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Die von dem Ziel zurückgeworfenen Beleuchtungswellen werden von dem Kopfteil des Zielsuchgeräts empfangen und kohärent mit den Wellen nachgewiesen, die unmittelbar von dem Heckteil empfangen werden. Das Spektrum des resultierenden Signals enthält das Zielecho bei einer Frequenz, die genau proportional seiner relativen Geschwindigkeit ist. Die Frequenzfolgeeinrichtungen werden dann benutzt, um auf dem Zielecho den Empfang zu blockieren und die für die automatische Führung der Rakete erforderlichen Informationen zu gewinnen.

Derartige Systeme haben jedoch schwerwiegende Nachteile, die sich aus der Hotwendigkeit ergeben, einen hinteren Kanal an Bord der Rakete benutzen zu müssen.

Das nutzbare Echo, das von dem Empfänger vorn an der Rakete aufgenommen wird, kann nämlich durch die Beleuchtungswelle abgedeckt werden, die unmittelbar durch die diffusen Keulen der vorderen Antenne aufgenommen wird. Wenn auch diese beiden Signale nicht die gleiche Frequenz haben (das Nutzecho hat eine Frequenzverschiebung erfahren, die der Relativgeschwindigkeit zwischen Ziel und Rakete proportional ist), kann das von den diffusen Keulen empfangene Störecho, das durch von dem Beleuchtungsgerät und dem Hilfsoszillator des Empfängers herrührendes Phasenrauschen beeinflußt ist, einen Pegel haben, der für die Doppler-Frequenz des Nutzechos wichtig ist. Ausserdem verbreitert dieses Rauschen unnötigerweise das von den Bodenechos empfangene Spektrum.

Die übliche Lösung, bei der der Hilfsoszillator des Empfängers in Phase der Beleuchtungswelle nachgeführt wird, die von der hinteren Antenne empfangen wird, ermöglicht eine Einengung des Eigenrauschens des Hilfsoszillators, das ausserdem das Eigenrauschen des Beleuchtungsgeräts überdeckt

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(franz.: recopier).

Um die Beleuchtung des hinteren Kanals in einem ausreichend grossen Raumwinkel sicherzustellen, ist es üblich, eine als 'antenne ancillaire¹ bezeichnete Antenne mit breitem Strahlungsbündel mit einem Teil der Leistung des Beleuchtungsgeräts zu beaufschlagen.

Wenn das Beleuchtungsgerät des Waffensystems von dem Radar getrennt ist, können die beiden Sender auf die gleiche Hauptrichtantenne geschaltet werden, während das Beleuchtungsgerät selbst die Zusatzantenne (franz.: antenne ancillaire) speist. Diese Lösung führt jedoch zu verhältnismässig hohen Gewichten und ist nur schlecht ausführbar.

Wenn der Radarstrahl selbst gleichzeitig die Beleuchtung übernimmt, ist die Zusatzantenne zwangsweise mit dem Radarsender verbunden. Die Antenne setzt die Leistung der Hauptantenne herab und verschlechtert auch die Leistung des Radars bei niedriger Höhe, weil wegen der Nähe des Erdbodens der Pegel des Störechos erhöht wird.

In einem System, bei dem das Verfolgungsradar als Doppler-Impulsradar ausgebildet ist, das ebenfalls als Beleuchtung für ein Doppler-Impuls-Zielsuchgerät verwendet wird, ergeben sich zweifache Schwierigkeiten:

- Es ist nicht mehr möglich, die Zusatzantenne nicht an den Radarsender anzuschließen, dessen Leistung in geringer Höhe mit Sicherheit beeinträchtigt wird.

- Die Abtastung des von dem Raketenheck .empfangenen Signals mit der Radartaktfreguenz, engt den Übertragungsbereich der Phasennachfuhrung des Hilfsoszillators des Empfängers ein,

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wodurch dessen Leistung beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu finden, die diese Nachteile und Einschränkungen nicht aufweist.

Ferner soll mit der Erfindung ein System angegeben werden, das auch die Vorteile der mit ungedämpften Wellen arbeitenden Zielsuchgeräte besitzt.

Schließlich soll das erfindungsgemäße System nur ein Minimum an Zusatzlast und Platz in der Radarstation beanspruchen, was ein Vorteil besonders für Flugzeugradarstationen ist.

Das Führungssystem enthält somit eine Rakete, die einen Empfänger besitzt, der mit einer nach vorn gerichteten und mit einer nach hinten gerichteten Antenne versehen ist und der einen Hilfsoszillator aufweist, der von der von der hinteren Antenne empfangenen Welle phasengesteuert wird; ferner enthält das Führungssystem ein Radarsystem mit einem Gerät zum Beleuchten des von der Rakete zu treffenden Ziels. Gemäß der Erfindung ist in dem Raktenfuhrungssystem ausserdem eine weitere Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, die die hintere Antenne der Rakete mit einer ungedämpften Welle beleuchten soll, die kohärent mit derjenigen ist, die von der ersten Beleuchtungseinrichtung emittiert wird, aber eine andere Frequenz hat, sowie eine Einrichtung für eine entsprechende Frequenzänderung in der Phasensteuerung des Hilfsoszillators an Bord der Rakete.

Für das erfindungsgemäße System ist daher an Bord der Radarstation eine zusätzliche Antenne erforderlich. Aber eine solche Antenne gibt es bereits an Bord der meisten Kampfflugzeuge. Es handelt sich um die Antenne des Sekundärradars, das zur Identifizierung der Ziele dient. Diese Breitbündel-

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antenne ist mechanisch starr verbunden mit der Antenne des Hauptradars. Sie zielt daher in die gleiche Richtung und emittiert gemäß der Erfindung eine ungedämpfte, mit der Radarwelle kohärente Welle, d.h., durch den gleichen Steuersender erzeugt, jedoch mit abweichender Frequenz.

Der hintere Kanal und der vordere Kanal des Zielsuchgeräts arbeiten somit in unterschiedlichen Frequenzbändern. Da die am Raketenheck aufgefangene Welle ungedämpft ist, kann der Hilfsoszillator des Empfängers in einem weiten Bereich entsprechend der Beleuchtungswelle phasengesteuert werden.

Die angegebene Lösung hat zahlreiche Vorteile:

- Man kann das Hauptradar als Beleuchtungsgerät verwenden, ohne die Kennwerte im Zeitpunkt des Raketenabschusses ändern zu müssen, da die emittierten Wellen kohärent mit denen des Beleuchtungsgeräts für den hinteren Kanal der Rakete bleiben. Auf diese Weise läßt sich eine große Vielfalt von Kennwerten des Beleuchtungssignals verwenden.

- Man behält die Vorteile der mit ungedämpften Schwingungen arbeitenden Zielsuchgeräte, was die Güte der Rückkehr der von den diffusen Keulen der vorderen Antenne empfangenen Signale und die Einengung des Eigenrauschens des Hilfsoszillators bei diesen Geräten betrifft, auch wenn die Zielbeleuchtung impulsartig vorgenommen wird.

- Gegenüber der üblichen Lösung ergibt sich der Vorteil, daß für die Beleuchtungswelle des hinteren Kanals eine Trägerfrequenz gewählt werden kann, die nur wenig empfindlich gegen Dämpfung durch die Flamme aus dem Antriebssystem der Rakete ist. Dieser besondere Vorteil ist nicht auf Luft-Luft-Systeme beschränkt. Ein solches System kann vielmehr auch die ünter-

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suchung des Vortriebs einer am Boden abgeschossenen Rakete vereinfachen.

- Ein solcher rückwärtiger Kanal kann unter Umständen auch als Fernsteuerungskanal verwendet werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und anhand der Figuren, die folgendes darstellen:

Fig. 1 ein Schema des Prinzips des erfindungsgemäßen Führungssystems ;

Fig. 2 und 3 eine Ausführungsform der Empfangsanlage an Bord der Rakete.

Fig. 1 zeigt die Gesamtanlage des Raketenführungssystems.

Eine Rakete 2 mit geeigneten Antriebs- und Steuersystemen ist auf ein Flugzeug oder ein anderes Ziel 1 gerichtet. Zur Führung der Rakete ist eine Radarstation vorgesehen, die besteht aus: einem Beleuchtungsgerät 3, das das Ziel 1 mit Hilfe einer Richtstrahlantenne 4 mit einer Welle der Frequenz F1 bestrahlt, einem Sekundärsender 5, der eine ungedämpfte Welle der Frequenz F2 mit Hilfe einer Breitbündelantenne 6 auf das Heck der Rakete strahlt und die mit der Antenne 4 mechanisch verbunden ist, und einem Steuersender 7, der mit dem Beleuchtungsgerät 3 bzw. dem Sekundärsender über zwei Frequenzvervielfacherkreise 8 bzw. 9 verbunden ist, um die Kohärenz der mit den Frequenzen F1 bzw. F2 emittierten Wellen zu gewährleisten.

Das Beleuchtungsgerät 3 kann als Verfolgungsradar ausgeführt sein und mit kontinuierlichen oder gepulsten Wellen

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arbeiten. Es ist auf das Ziel ausgerichtet. Die von dem Ziel 1 mit der Frequenz F1 reflektierte Energie wird am Kopf der Rakete von einer mit einem Empfänger 11 gekoppelten vorderen Antenne 10 aufgefangen. Die Antenne 10 und der Empfänger 11 dienen zum Bestimmen der Zielrichtung und ermöglichen die Richtungssteuerung der Rakete, so daß diese sich auf das Ziel ausrichtet. Der Empfänger 11 ist einem Hilfsoszillator 12 zugeordnet, der phasengleich zu der Frequenz F2 der von einer hinteren Antenne 13 empfangenen Welle gesteuert wird.

Die Phasennachführung des Oszillators 12 erfolgt durch einen Hilfsoszillator 14, dessen Frequenz von einem mit der Antenne 13 gekoppelten Steuerkreis 15 gesteuert wird, und durch einen Phasennachführungskrexs 16, der die kohärente Frequenzänderung realisiert, die aus der Differenz zwischen F2 und F1 herrührt. Diese Phasennachführung erlaubt das Eigenrauschen des Hilfsoszillators 12 zu komprimieren und diesen Oszillator so zu steuern, daß er das Rauschen des Beleuchtungsgeräts, d.h. in Wirklichkeit das Rauschen des Steuersenders 7 überdeckt (franz.: recopier). Diese Steuerung bietet einen großen Übertragungsbereich, weil es sich bei den am Raketenende empfangenen Wellen um ungedämpfte Wellen handelt.

Die Entwicklung eines gemeinsamen Steuersenders 7 für das Beleuchtungsgerät 3 und den Sekundärsender 5 bietet keine Probleme. Das Verhältnis der Frequenzen F2 und F1 zueinander, das durch die Vervielfachungskoeffizienten der Kreise 8 und 9 bestimmt wird, soll in den Steuerkreisen 16 an Bord der Rakete nachgebildet werden.

Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Empfangsschaltung an Bord der Rakete. Der Einfachheit halber

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sei zunächst angenommen, daß die Antenne IO nur einen einzigen Empfangskanal besitzt. Fig. 3 zeigt dann die drei Empfangskanäle, die erforderlich sind, up. die das Ziel betreffenden Winkelgrößen zu gewinnen und dann die Rakete in das Ziel zu führen.

Die vordere Antenne 10 ist in dem Empfänger 11 an eine erste Mischstufe 20 angeschlossen, die andererseits das Ausgangssignal des vorderen Hilfsoszillators 12 aufnimmt. Eine zweite Mischstufe 21 ist mit den Ausgängen der Mischstufe 20 und eines Oszillators 27 mit steuerbarer Frequenz verbunden. Auf die Mischstufe 21 folgt ein Schmalband-Quarzfilter 22, das auf die Zwischenfrequenz Fi zentriert ist, dann ein Verstärker 23, der die Ausgangssignale des Empfängers in Zwischenfrequenz abgibt. Ein auf die Zwischenfrequenz Fi zentrierter Frequenzdiskriminator 25 ist an den Ausgang des Verstärkers 23 angeschlossen und steuert die Frequenz des Oszillators 27 über einen Schleifenverstärker 26.

Die hintere Antenne 13, die die kontinuierlichen Wellen mit der Frequenz F2 empfängt, ist mit einer Mischstufe 30 verbunden, an die ausserdem ein hinterer Hilfsoszillator 14 angeschlossen ist. Ein eine niedrige Frequenz liefernder und daher nur ein vernachlässigbares Rauschen produzierender Zusatzoszillator 32 ist an eine Mischstufe 33 geführt, die ausserdem das bei 31 verstärkte Ausgangssignal der Mischstufe 30 aufnirnjtit. Der Ausgang der als Phasendetektor arbeitenden Mischstufe 33 steuert die Frequenz des Hilfsoszillators 14 über einen Schleifenverstärker 34.

Der hintere Hilfsoszillator 14, der phasenmässig an die hintere Welle angeschlossen ist, steuert die Phase des vorderen Hilfsoszillators 12, der mit einer anderen (im vorliegenden Beispiel höheren) Frequenz arbeitet. Eine Mischstufe

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(Phasendetektor) 42 nimmt einerseits das von dem hinteren Hilfsoszillator 14 erzeugte Signal und andererseits das Ausgangssignal einer Mischstufe 41 auf. Diese Mischstufe steht ausserdem mit einem Frequenzvervielfacherkreis 40 (Vervielfachungsfaktor n) in Verbindung und empfängt einerseits das Ausgangssignal des vorderen Hilfsoszillators 12 und andererseits das Ausgangssignal des Vervielfachers 40. Der Ausgang des Detektors ^(Mischstufe) 42 steuert die Frequenz des Oszillators 12 über einen Schleifenverstärker 43.

DerEmpfanger arbeitet folgendermaßen: drei Teile sind getrennt zu betrachten: der Empfangsteil für Zielsignale, der eine Frecfuenznachführungsschleife umfaßt, die Phasensteuerung des hinteren Hilfsoszillators und die Phasensteuerung des mit dem Empfänger gekoppelten vorderen Hilfsoszillators.

Die von der vorderen Antenne empfangenen Wellen werden von einer Dopplerfrequenz f -, beeinflußt, die von der Relativbewegung zwischen Rakete und Ziel abhängt. Die empfangene Frequenz ist F1 + f-,. Die Arbeitsfrequenz des vorderen Hilfsoszillators 12 ist F1 - Fi - Fo. Am Ausgang der Mischstufe 20 sind die aufgenommenen Signale in die Frequenz Fi + Fo - f, umgesetzt. Am Ausgang der Mischstufe 21 haben die aufgenommenen Signale daher die Frequenz Fi. Der Diskriminator 25 in der Frequenznachführungsschleife stellt die Frequenzabstände des empfangenen Signals gegenüber der Zentralfrequenz Fi fest. Jeder Unterschied wird in eine entsprechende Frequenzverschiebung des Oszillators 27 umgesetzt. Ein durch eine Frequenz f, charakterisiertes Ziel verbleibt daher in dem Empfangssignal, selbst wenn diese Frequenz f^ sich wegen der Änderungen der Geschwindigkeiten von Rakete oder Ziel ändert. Die Erfassung des Zielechos kann vor dem Abschuß der Rakete durch einen Frequenzhub des Oszillators 27 mit Hilfe einer zusätzlichen Steuerschaltung vorgenommen werden, die nicht gezeichnet ist. Die Frequenznachführung des hinteren Hilfsoszillators,

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der mit einer Frequenz f arbeitet, erfolgt durch Vergleich in dem Phasendetektor 33 zwischen der von dem Oszillator 32 mit der Frequenz F2 - f = F3 erzeugten Welle und dem Resultat des Wellengemischs von der hinteren Antenne mit der Frequenz F2 und derjenigen des Oszillators 14.

Die Frequenzsteuerschleife des vorderen Hilfsoszillators 12 weist einen Frequenzvervielfacher 40 mit dem Vervielfachungsfaktor η auf. Die Frequenz des vorderen Hilfsoszillators ist daher entweder (n+1)f oder (n-1)f.

Die beschriebenen Phasennachführungen ermöglichen es daher, den Hilfsoszillator 12 zu zwingen, das Rauschen des dem Beleuchtungsgerät und dem Sekundärsender gemeinsamen Steuersenders zu überdecken (franz.: recopier).

Fig. 3 zeigt, daß die Antenne 10 die drei üblichen Signale 2#^S und ^G aussendet, die die Richtung des Ziels zu bestimmen gestattet. Der Empfangskanal für das Signal £ enthält nur die in Fig. 2 beschriebene Frequenznachführungsschleife. Die drei Empfangskanäle enthalten nacheinander Eingangsmischstufen 201, 202 und 203, die gemeinsam an den vorderen Hilfsoszillator 12 angeschlossen sind, und dann Mischstufen 211, 212 und 213, die gemeinsam an den Oszillator 27 der Frequenznachführungsschleife angeschlossen sind. Darauf folgen Quarzfilter 221, 222 und 223 und dann Verstärker 231, 232 und 233, die die drei Signale ^,As undAG in Zwi schenfrequenz abgeben.

Die Verarbeitung der Empfangssignale zur Gewinnung von Winkelangaben ist bekannt und wird hier nicht beschrieben, weil das Verfahren nicht Gegenstand der Erfindung ist.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist, daß man ein

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Radar verwenden kann, um das Ziel zu beleuchten, wobei das Radar gesteuert wird durch den Steuersender 7, wobei aber die Vorteile von mit ungedämpften Wellen arbeitenden Zielsuchgeräten beibehalten werden können. Mit Hilfe von aufeinanderfolgenden Phasensteuerungenzwischen der hinteren Antenne und dem vorderen Hilfsoszillator schwingt dieser kohärent mit den von dem Beleuchtungsgerät emittierten Wellen, auch wenn dieses impulsweise arbeitet.

Der die hintere Antenne der Rakete bestrahlende Sekundärsender kann vorteilhafterweise der Sender des Identifikationssystems sein. Es hat sich gezeigt, daß die auf bestimmten Frequenzen, auch auf tiefen Frequenzen, z.B. im Band L, gesendete Welle manchmal weniger durch die von dem Antrieb der Rakete herrührende Flamme gedämpft wurde als die Beleuchtungswelle, deren Trägerfrequenz im Band X oder Ku liegt.

Die Erfindung läßt sich zur Führung von Raketen von einer Flugzeug- oder einer Bodenstation aus anwenden.

Patentansprüche;

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Claims (8)

1. Patentansprüche ;

   / 1.jRaketenführungssystem mit mindestens einer Rakete, die ^s ^ einen Empfänger besitzt, der mit einer vorderen, zu einem zu treffenden Ziel gerichteten Antenne und mit einer nach hinten gerichteten Antenne verbunden ist, und der einen Hilfsoszillator aufweist, der von der von der hinteren Antenne empfangenen Welle phasengesteuert wird, und mit einer ersten Einrichtung zur Beleuchtung des genannten Ziels durch eine Welle mit der Frequenz F1, dadurch gekennzeichnet, daß ausserdem eine weitere Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist, die die hintere Antenne der Rakete mit einer ungedämpften Welle beleuchten soll, die kohärent mit derjenigen ist, die von der ersten Beleuchtungseinrichtung emittiert wird, aber eine andere Frequenz F2 hat, sowie eine Einrichtung für eine entsprechende Frequenzänderung in der Phasensteuerung des Hilfsoszillators des Empfängers an Bord der Rakete.
2. 2. Führungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Beleuchtungseinrichtung ein erstes Beleuchtungsgerät mit einer Richtantenne aufweist, die auf das Ziel gerichtet ist und aus einem Steueroszillator über einen ersten Frequenzvervielfacherkreis gespeist wird, sowie ein zweites Beleuchtungsgerät mit einer Breitbündelantenne, die aus dem genannten Steueroszillator über einen zweiten Frequenzvervielfacherkreis gespeist wird.

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3. 3. Führungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne des zweiten Beleuchtungsgeräts mit der Antenne des ersten Beleuchtungsgeräts mechanisch starr verbunden ist und in die gleiche Richtung zielt.
4. 4. Führungssystem nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Beleuchtungsgerät als Verfolgungsradar ausgebildet ist und daß das zweite Beleuchtungsgerät aus einem Zielidentifizierungssender besteht.
5. 5. Führungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an Bord der Rakete befindliche Empfänger mindestens einen Empfangskanal aufweist, in dem sich eine erste Mischstufe (20) befindet, die einerseits mit der vorderen Antenne (10) und andererseits mit dem vorderen Hilfsoszillator (12) verbunden ist, ferner eine zweite Mischstufe (21), die einerseits mit der ersten Mischstufe (20) und andererseits mit einem frequenzgesteuerten Oszillator (27) verbunden ist, an den Ausgang der zweiten Mischstufe (21) angeschlossen ein Schmalbandfilter (22) mit anschliessendem Verstärker (23), und einen auf die gleiche Frequenz wie das Filter (22) zentrierten Frequenzdiskriminator (25), der in Reihe mit einem Verstärker (26) zwischen dem Ausgang des Verstärkers (23) und dem FrequenzSteuereingang des Oszillators (27) liegt, und daß die Ausgangssignale des Empfängers von dem Verstärker (23) abgegeben werden.

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6. 6. Führungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Empfänger zwei weitere Empfangskanäle für Winkelabstandssignale (A G und ^S) aufweist, die jeweils in Reihe eine erste Hischstufe aufweisen, die einerseits mit der Antenne (10) und andererseits mit dem vorderen Hilfsoszillator (12) verbunden ist, eine zweite Mischstufe, die das Signal des Oszillators (27) aufnimmt, ein Schmalbandfilter und einen Verstärker.
7. 7. Führungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Phasennachführung des vorderen Hilfsoszillators (12) einen hinteren Hilfsoszillator (14), der phasengesteuert wird, durch die von der hinteren Antenne (13) empfangene ungedämpfte Welle, sowie eine mit dem genannten hinteren Hilfsoszillator (14) verbundene Phasennachfuhrungsschleife umfaßt, die einen Freguenzvervielfacherkreis (40) und den vorderen Hilfsoszillator (12) enthält.
8. 8. Führungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Phasennachfuhrungsschleife eine erste Mischstufe (41) aufweist, die die einerseits von dem vorderen Hilfsoszillator (12) und andererseits von dem Vervielfacherkreis (40) ausgehenden Signale empfängt und mit ihrem Ausgang an den Eingang des genannten· . Vervielfacherkreises (40) geführt ist, eine zweite Mischstufe (42), die die einerseits von der ersten Mischstufe (41) und andererseits von dem hinteren Hilfsoszillator (14) abgegebenen Signale aufnimmt, und einen Schleifen-

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   verstärker (43) zwischen der zweiten /lischstufe (42) und einem FrequenzSteuereingang des vorderen Hilfsoszillators (12).

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