DE2643175C2

DE2643175C2 - Raketenführungssystem

Info

Publication number: DE2643175C2
Application number: DE2643175A
Authority: DE
Inventors: Remy Sceaux Tabuourier
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1975-09-24
Filing date: 1976-09-24
Publication date: 1983-01-13
Also published as: US4100545A; FR2325897B1; IT1073820B; DE2643175A1; FR2325897A1; GB1505325A

Description

Die Erfindung betrifft ein Raketenführungssystem gemäß Oberbegriff des Patentanspruches I.

Ein solches System ist bekannt und arbeitet nach einem sogenannten halbaktiven Zielsuchverfahren unter Ausnutzung des Doppler-Effektes. Der Sender ist Bestandteil eines Verfolgungsradars und leuchtet gleichzeitig das Ziel und das Zielsuchgerät an Bord der Rakete aus. Die vom Ziel kommenden Echowellen werden von der vorderen Antenne an Bord der Rakete empfangen und kohärent mit den von der hinteren Antenne empfangenen Wellen delektiert. Das Spektrum des resultierenden Signals enthält das Zielecho mit einer Frequenz. Jie etwa proportional der Relativgeschwindigkeif des Ziels ist. Über Frequenznachführschaltungen wird der Empfänger auf die Frequenz der Echosignale gerastet, so daß die für die selbsttätige Lenkung erforderlichen Informationen gewonnen werden können(USPS 33 94 371 und US-PS 12 12 083).

Wie sich gezeigt hat. hat dieses System jedoch Nachteile, die im wesentlichen auf den zusätzlich erforderlichen, über die hintere Antenne an Bord der Rakete laufenden Kanal zurückzuführen sind. So kann etwa das über die vordere Anteine aufgenommene Nutzechi) von dem Signal maskiert werden, das auf direktem Weg von dem Sender kommt und über die Nebenzipfel der vorderen Antenne empfangen wird. Selbst wenn diese beiden Signale nicht die gleiche Frequenz haben (das Nutzecho hat eine zur Relativgeschwindigkeit /wischen Ziel und Rakete proportionale Frequen/verst.hiebung), kann das über die Nebenzipfel empfangene Störe..ho. das mit einem auf den Sender und auf den Hilfs- oder Überlagerungsoszillator des Empfängers zurückzuführenden Phasenf.iusiln.-n behaf let ist.einen erheblichen Pegel auf det Dopplerfr.quenz aes Nut/echos haben Außerdem verbreitert dieses Rauschen unnötigerweise das empfangene Spektrum der Bodenechos.

Eine bekannte Abhilfemaßnahme besieht darin, den Hilfsoszillator des Empfängers phasenstarr an die über die hintere Antenne empfangene Senderwelle anzubin den. Hierdurch erreicht man eine Kompression des Eigenrauschens des Hilfsoszillators. der außerdem dem Eigenrauschen des Senders nachgeführt wird.

Um den hinteren Kanal in einem hinreichend großen Raumvolumen sicher anstrahlen zu können, ist es bekannt, einer Antenne mit einer breiten Strahlungskeule, einer sogenannten Zusatzantenne, einen Teil der Leistung des das Ziel anstrahlenden Senders zuzuführen.

Wenn dieser Sender des Waffensvstems unabhäneie

von dem Radargerät ist, kann er mit dem Sender des Radargerätes gemeinsam dieselbe Hauptrichtantenne speisen, die Zusatzantenne hingegen allein speisen. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil eines beträchtlichen Gerätegewichts.

Wenn hingegen der Radarstrahl selbst gleichzeitig auch zum Anstrahlen des hinteren Kanals benutzt wird, muß die Zusatzantenne zwangsläufig mit dem Radarsender verbunden sein. Sie verschlechtert dann die Eigenschaften der Hauptantenne und folglich die Leistungsfähigkeit des Radars für niedrige Höhen durch Erhöhung des Pegels voir Boden-Störechos.

Bei einem System, bei dem das Verfolgungsradar ein Doppler-Impuls-Radar ist, das gleichzeitig für ein Doppler-Impuls-Zielsuchgerät verwendet wird, ergeben sich zweifache Schwierigkeiten:

— die Zusatzantenne muß zwangsläufig an den Radarsender angeschlossen werden, dessen Leistung bei niedriger Höhe mit Sicherheit beeinträchtigt wird.

— die Abtastung des von dem Raketenhec!. empfangenen Signals mit der Radarwiederholfrequenz begrenzt die Bandbreite der Phasennac'nführung des Hilfsos/illators des Empfängers, wodurch dessen Leistung beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein RaVetenführungssystem der gattungsgernrßen Art zu schaffen, das die Vorteile von mit ungedämpften Wellen arbeitenden Zielsuchgeräten besitzt sowie geringes Gewicht hat und wenig Platz in der Radarstation beansprucht, was insbesondere für Flugzeugradars wesentlich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruches 1 angegeben.

Das System nach der Erfindung benötigt /war eine zusätzliche Antenne in der Radarstation. Diese ist jedoch in Form der Antenne des Sekundärradars fur die Zielidentifiz,.rung bereits vorhanden. Sie sendet mit einer breiten Strahlungskeule und ist mechanisch mn der Antenne des Hauptradars starr verbunden. Sie weist daher in die gleiche Richtung und sendet eine ungedämpfte, mit der Radarwelle kohärente Welle auf einer anderen, jedoch vom gleichen Steuersender abgeleiteteil Frequenz. Der die Zielechos empfangende Kanal und der das direkte Signal von der Radarstation empfangende Kanal arbeiten somit in unterschied'ichen Frequenzbändern. Da die am Raketenheck aufgefangene Welle ungedämpft is«, kann der Hilfscszillator des Empfangers breitbandig der Phase der empfangenen Welle nach^eführt werden.

Die angegebene Losung hat zahlreiche Vorteile:

Das Hauptradur kann zur Zielausleuchtung verwendet werden, ohne die Kennwerte im Zeitpunkt des Raketenabschusses ändern zu müssen, da die gesendeten Wellen kohän nt mil denen zur Ausleuchtung des hinteren Kanals der Rakete bleiben. Auf diese Weise laßt sich eine große Vielfalt von Kennwerten des ausleuchtenden Signals verwenden.

Weiterhin können die Vorteile von mit ungedämpften Schwingungen arbeitenden Zielsuchgeräten beibehalten werden, insbesondere die hohe Unterdrückung von über die Neben/.ipfcl der nach vorne weisenden Antenne empfangenen Signalen und die Kompression des F-igenrauschens des Hilfsoszillators. selbst wenn das Ziel impulsweise anges'-ahlt wird. Gegenüber einem gattungsgcinäßcn Sysicm ergibt sich der Vorteil, für die

Welle für den hinteren Kanal eine Trägerfrequenz wählen zu können, die durch die von dem Raketenmotor erzeugte Ramme nur wenig gedämpft wird. Dieser besondere Vorteil ist nicht auf Luft-Luft-Systeme beschränkt, sondern kann auch die Untersuchung des Antriebes einer vom Boden abgeschossenen Rakete vereinfachen.

Ein in dieser Weise ausgestalteter hinterer Kanal kann unter Umständen auch als Fernsteuerungskanal verwendet werden.

In der Zeichnung ist ein Raketenführungssystem nach der Erfindung anhand einer beispielsweise gewählten Ausführungsform im Blockschaltbild dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 ein Schema des Prinzips des erfindungsgemäßen Führungssystems;

F i g. 2 und 3 eine Ausführungsform der Empfangsanlage an Bord der Rakete.

F i g. I zeigt die Gesamtaniage 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 Sander (Beleuchtungsgerät 3). der das Ziel 1 mit Hilfe einer Richtstrahlantenne 4 mit einer Welle der Frequenz Fl 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 FI bzw. F2 emittierten Wellen zu gewährleisten.

Das Beleuchtungsgerät 3 kann als Verfolgungsradar ausgeführt sein und mit kontinuierlichen oder gepulsten Wellen arbeiten. Es ist auf das Ziel ausgerichtet. D'e von dem Ziel 1 mit der Frequenz Fl reflektierte Energie wird am Kopf der Rakete von einer mit einem Emr'anger 11 gekoppelten vorderen Antenne 10 aufgefangen Die Antenne tO und der Empfänger 11 dienen /um Bestimmen der Zielrichtung urd ermöglichen die Richtungssteuerung der Rakete, so Jaß diese sich auf das Ziel ausrichtet Der Empfänger 11 ist einem Hilfsos/illator 12 zugeordnet, der phasengleich zu der Frequenz F2 der von einer hinteren Antenne 13 empfangenen Welle gesteuert wird.

Die Phasennachführung des Os/illalors 12 erfolgt durch einen Hilfsoszillator 14. dessen Frequenz von einem mn der Antenne 13 gekoppelten Steuerkreis 15 gesteuert wird, und durch einen Phasennachfuhrungv krcis 16. der die kohärente Frequenzänderung realisiert, die aus der Differenz /wischen ''2 und FI herrühri. Diese Phasennachführung erlaubt das Eifenrauschen des Hilfsos/illators 12 zu komprimieren und diesen Oszillator so zu steuern, daß er das Rauschen des Beleuchtungsgcräts. d. h. in Wirklichkeit das Rauschen des Steuersenders "" überdeckt. Diese Steuerung bietet einen großen Ubcrtragungsbereich. 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 bictet kcir^ l'robleiT ;· Das Verhältnis der Frequenzen F2 und FI zueinander, das durch die Vervielfachungskoeffizicnten der Kreise 8 und 9 bestimm! wird, soll in den Steucrkrciscn 16 an Bord der Rakete nachgebildet

werden.

Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbcispicl für die Empfangsschaltung an Bord der Rakete. Der Einfachheit halber sei zunächst angenommen, daß die Antenne IO nur einen einzigen Empfangskanal besitzt. Fig. 3 zeigt dann die drei Empfangskanäle, die erforderlich sind, um 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 llilfsoszillators 12 aufnimmt. Eine zweite Mischstufe 21 ist mit den Ausgängen der Mischstufe 20 und eines Oszillators 27 mit steuerbarer Frequenz verbunden. Auf die Mischstufe 2t folgt ein Schmalband-Quar/filter 22, das auf die Zwischenfrequenz Fi zentriert ist, dann ein Verstarker 23, der die Ausgangssignale des Empfängers in Zwischenlrequenz abgibt, hin au) die /.wischentrequenz Fi zentrierter Frequenzdiskriminator 25 ist an den Ausgang des Verstärkers 23 angeschlossen und steuert die Frequenz des Oszillators 27 über einen Schleifenvcrstärker26.

Die hintere Antenne 13, die die kontir'iierlichen 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 3! verstärkte Ausgangssignal der Mischstufe 30 aufnimmt. 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 (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.

Der Empfänger arbeitet folgendermaßen: drei Teile sind getrennt zu betrachten: der Empfangsteil für Zielsignale, der eine Frequenznachführungsschleife 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 fd beeinflußt, die von der Relativbewegung zwischen Rakete und Ziel abhängt. Die empfangene Frequenz ist Fl + fj. Die Arbeitsfrequenz des vorderen Hilfsoszillators 12 ist ' FX — Fi — Fo. Am Ausgang der Mischstufe 20 sind die aufgenommenen Signale in die Frequenz Fi + Fo — f_d umgesetzt. Am Ausgang der Mischstufe 21 haben die aufgenommenen Signale daher die Frequenz Fi. Der Diskriminator 25 in der Frequenznachführjngsschleife ^r stellt die Frequenzabstände des empfangenen Signals gegenüber der /entralfrcquen/ Ii fest, leder Unterschied wird in eine entsprechende Frequen/verschicbung des Oszillators 27 umgcsct/.t. Ein durch eine Frequenz f,i charakterisiertes Ziel verbleibt daher in

• dem Empfangssignal, selbst wenn diese Frequenz /i/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 Frcqucnznachführung des hinteren Hilfsos/illators, der mit einer Frequenz f arbeitet, erfolgt durch Vergleich in dem Phasendetcktor 33 zwischen der von dem Oszillator \2 mit der Frequenz

• F2 — f - l~3 erzeugten Welle und dem Resultat des Wellengemischs von der hinteren Antenne mit der Frequenz F2 und derjenigen des Oszillators 14.

Die Frequenzsteuerschleife des vorderen Hilfsos/iila-

tors 12 weist einen Frequen/vervieifacher 40 mit dem Vervielfachungsfaktor η auf. Die Frequenz des vorderen llilfsoszillators ist daher entweder (n + I) λ oder

Die beschriebenen Phascnnachführungen ermöglichen es daher, den llilfsi'szillator 12 zu zwingen, das Rauschen des dem Beleuchtungsgerät und dem Sekundärsender gemeinsamen Steucrscnders zu überdecken.

Fig. J zeigt, daß die Antenne IO die drei üblichen Signale Σ, AS und AG aussendet, die die Richtung des Ziels zu bestimmen gestattet. Der Empfangskanal für das Signal Σ enthalt nur die in F i g. 2 beschriebene Frequenznaehführungsschleife. Die drei F.mpfangskanä-Ie enthalten nacheinander Fingangsmischstufcn 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 Σ. AS und AC in Zwischenfrequenz 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 Radar verwenden kann, um das Ziel zu beleuchten, wobei das Radar gesteuert wird durch den Steuersender 7. wobei aber die Vorteile von mit ungedämpften Weilen arbeitenden Zielsuchgeräten beibehalten werden können. Mit Hilfe von aufeinanderfolgenden Phasensteuerungen zwischen 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

J. Raketenführungssystem mit einem Empfänger an Bord einer Rakete, der mit einer nach vorn auf das Ziel gerichteten Antenne und mit einer nach hinten gerichteten Antenne verbunden ist und einen Hilfsoszillator umfaßt, der über eine Phasennachführschaltung von einer von der hinteren Antenne empfangenen Welle phasengesteuert wird, und mit einem ersten Sender, der das Ziel mit einer Welle mit t» der Frequenz F1 anstrahlt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sekundärsender (5) die hintere Antenne (13) der Rakete (2) mit einer ungedämpften, mit der Welle der Frequenz Fl kohärenten Welle einer Frequenz F2 anstrahlt, und daß die Phasen- ι. nachführschaltung (16) den Hilfsoszillator (12) unter Berücksichtigung des Unterschiedes zwischen der Frequenz F1 und der Frequenz F2 steuert.
2.System nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (3) mit einer auf das Ziel ^o gerichteten Richtantenne (4) verbunden und über einen ersten Frequenzvervielfacher (8) von einem Steuersender (7) gesteuert wird, der über einen zweiten Frequenzvervielfacher (9) den Sekundärsender (5) steuert, der mit einer Antenne (6) mit ri breitem Strahlungsdiagramm verbunden ist.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (6) de; Sekundärsenders (S) mit der Antenne (4) des Senders (3) mechanisch starr verbunden ist und in die gleiche Richtung weist. w
4. System nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (3) als Verfolgungsradar ausgebildet ist und daß der Sekundärsender (S) aus einem Zielidentifizierungssender besteht, π
5. System nach einem der Ansprüche I bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der an Bord der Rakete (2) befindliche Empfänger (U) mindestens einen Empfangskanal aufweist, der einen ersten Mischer (20) enthalt, der einerseits mit der vorderen w Antenne (10) und andererseits mit dem Hilfsoszillator (12) verbunden ist. sowie einen zweiten Mischer (21). der einerseits mit dem ersten Mischer (20) ur..1 andererseits mit einem frequenzgesteuerten Oszillator (27) verbunden ist. und daß dem zweiten Mischer (21) ein Schmalbandfilter (22) mit anschließendem Verstärker (23) nachgeschaltet ist. der das Empfängerausgangssignal liefert und mit dessen Ausgang ein auf die Mittenfrequenz des Schmalbandfil ters (22) abgestimmter Frequenzdiskriminator (25) mit nachfolgendem Verstarker (26) verbunden ist, der mit dem Frequenzsteuereingang des frequenzgesteuerten Oszillators (27) verbunden ist.
6. System nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger zwei weitere Empfangska- M näle zur Gewinnung von Winkelablagesignalen {AG und JS) aufweist, die jeweils einen ersten Mischer (202, 203) enthalten, der einerseits mit der vorderen Antenne (10) und andererseits mit dem Hilfsos/illa· tor (12) verbunden ist. sowie einen zweiten Mischer (212) 213), der das Signal des frequenzgesteuerten Oszillators (27) erhält und auf den ein Schmalbandfilter (222,223) und ein Verstärker (232,233) folgen.
7. System nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsoszillator (12) f>5 in einer einen Frequenzvervielfacher (40) enthaltenden Phasenregelschleife liegt, die mit einem weiteren Hilfsoszillator (14) verbunden ist. der durch die von der hinteren Antenne (13) empfangene Welle phasengesteuert ist.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenregelschleife einen ersten Mischer (41) enthält, dessen Eingänge mit dem ersten Hilfsoszillator(12)und mildem Frequenzvervielfacher (40) verbunden sind und dessen Ausgang mit dem Eingang des Frequenzvervielfachers (40) und dem Eingang eines Phasendetek'ors (42) verbunden ist. dessen zweiter Eingang mit dem weiteren Hilfsoszillator (14) verbunden ist und der sein Ausgangssignal über einen Schleifenverstärker (43) an den Frequenzsteuereingang des ersten Hilfsoszillators(12) abgibt.