DE2650139C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Korrektur der Flugbahn eines Geschosses - Google Patents

Description

a) die Abweichung wird einem Rechner (16) zugeführt, der den Zeitpunkt der Korrektur der Flugbahn des lenkbaren Geschosses bestimmt,

b) der Zeitpunkt wird über die elektromagnetische Verbindung vom Positionssensor zum Geschoß gegebenenfalls mittels eines Modulationssignals übermittelt,

c) der Positionssensor (19) wird dem Gescnoß mit Hilfe einer waffenträgerseitigen Feuerleitanlage (15) nach^eführt,

d) für den Meßvorgang wird eine vom Waffenträger (24) abgegebene und von der Bordausrüstung (3 bis 9 reflektierte Strahlung verwendet,

sowie dadurch, daß vaffentr^sigerseitig ein Rollagensensor (20) verwende', ihm ein Polarisationsfilter optisch vorgeschaltet und dasselbe synchron zur Rotation der Polarisation der vom Geschoß (10) abgegebenen Strahlung gedreht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Rollagensensor (20) vorgeschalteter Polarisationsfilter verwendet wird, hinter -to dem aufgrund der Rotation der Polarisationsebene der vom Geschoß (10) reflektierten Strahlung ein sinusförmiges Signal entsteht, das vom Detektor Jes Rollagensensors in ein elektrisches Signal umgewandelt wird und dessen momentane Phasenlage als Maß für die momentane Rollage des Geschosses verwendet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf des Sensors (19) in Strahlendurchtrittsrichtung aus einem Empfangsobjektiv, einem Quadrantendetektor, einem Strahlungsteiler zur Auskopplung von Strahlung für den Rollagensensor (20), dem drehbar und nachführbar angeordneten Polarisationsfilter sowie einem weiteren Detektor im Strahlengang des Rollagensensors besteht.

4. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekenn?eichnet. daß die optoelektronische Bordausriistung (3 bis 9) zwischen den heckseitigen StabilisierungsFlügeln (11) des Geschos-Ses (10) und konzentrisch zu seiner Symmetrieachse (13) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bordausrüstung (3 bis 9) aus einem weiteren Polarisa' tionsfilter (3) und einer diesem in Flugrichtung nachgeschalteten Sammellinse (5) besteht, die die Vom Waffenträger (24) ausgesandte Strahlung (1) teilweise auf einen weiteren Detektor (6) fokussiert, von wo aus nur die modulierten Korrekturimpulse über je einen sich anschließenden Verstärker (7) und einen Zündimpulsformer (8) ein Korrekturglied (9) aktivieren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das weitere Polarisationsfilter (3) und die Sammellinse (5) ein die Strahlung nur zum Teil hindurchlassender Retrorefhktor (4) gekoppelt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Retroreflektor (4) mit Ausnehmungen versehen oder aus teildurchlässigem Material gefertigt ist

8. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor auf der Rückseite des Retroreflektors (4) angebracht ist

9. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Waffenträger (24) einfallende Strahlung (1) über eine Spiegeloptik (23) auf den Detektor (6) gelangt

10. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß (10) einen seitlich aus dem rohrförmigen Gehäuse (12) blickenden und entsprechend der Rollage abwechselnd Himmel oder Erde wahrnehmenden sogenannten Himmelslichtsensor (25) aufweist

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Himmelslichtsensor (25) aus einem Detektor (26), einer Linse (27) und gegebenenfalls einem Umlenkspiegel besteht.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß (10) konzentrisch zu seiner Längsachse (13) einen aufgrund seiner Trägheit die Rotationsbewegung des Geschosses nicht mitvollziehenden Trägheitssensor aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 12. dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß (10) einen Signalsender besitzt, der die durch den Himmelslichisensor (25) oder den Trägheitssensor gewonnene Information über die Rollage des Geschosses zum Waffenträger (24) sendet.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Waffenträger (24) einen auf den Signalsender des Geschosses (10) abgestimmten Signalempfänger besitzt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur der Flugbahn eines mit einer optoelektronischen Bordausrüstung versehenen lenkbaren Geschosses, das mit bekannter Rollage von einem einen Positionssensor enthaltenden Waffenträger abge feuert innerhalb einer von diesem Sensor hergestellten elektromagnetischen Verbindung fliegt, wobei der Sensor dem Geschoß nachgeführt, die von der Bordausrüstung abgegebene Strahlung zwecks Bestimm m'Ung der momentanen Rollage gemessen und die Abweichung des Geschosses von der Sollflugbahn bestimmt wird.

Eine solche Flugbähnkoffektur ist dem Fachaufsatz »A device for automatically tracking the roll position of a missile« von R. W. Lowrie, IRE Transactions on Space

Electronics et Telementry, Juni 1960, Seiten 67 — 69, zu entnehmen. Hierbei werden zwei bordseitige Leuchtsätze benutzt, so daß Korrekturbefehle von der Bodenstation aus per Funk übermittelt werden müssen. Funkbefehle sind jedoch im Vergleich zu optischen Signalen störanfälliger. In der Praxis macht sich dies dadurch bemerkbar, daß es der Gegenseite dann möglich ist, das Geschoß mittels eigener Korrektursignale vom Ziel abzulenken. Darüberhinaus erfolgt die Rollagenbestirnmung mit Hilfe von verschiedenen Farben, in denen die beiden Leuchtsätze strahlen. Letzteren entsprechen in der Bodenstation zwei Detektoren, auf denen das Geschoß über eine vergleichsweise aufwendige Optik dergestalt abgebildet wird, daß die unterschiedlichen Spektralbereiche optisch auch aufgelöst werden.

Aus dem Fachaufsatz »Digital laser ranging and tracking using an compund axis servomechanism« von Thomas W. Barnard und Carroll R. Fencil, Applied Optics Vol. 5, No. 4, April 1966, Seiten 497-505 ist es bekannt, daß es sich bei der vom Geschoß abgegebenen Strahlung um eine dem Geschoß von der Bodenstation zugeführte und von ihm anschließend reflektierte Strahlung handelt Schließlich ist es aus der DE-PS 21 52 677 auch bekannt, ein Fernlenksystem einfachen und betriebssicheren Aufbaus gut gegen Störungen zu schützen.

Die Aufgabe der Erfindung wird in der Schaffung einer Möglichkeit gesehen, die Flugbahn eines Geschosses, das innerhalb einer elektromagnetischen Verbindung zur Bodenstation fliegt, jederzeit möglichst genau und sicher, d. h. vor allem unabhängig von bordseitigen Gegebenheiten, korrigieren zu können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die gemeinsame Verwendung folgender für sich bekannte Merkmale gelöst

a) die Abweichung wird einem Rechner zugeführt, der den Zeitpunkt der Korrektur der Flugbahn des lenkbaren Geschosses bestimmt.

b) der Zeitpunkt wird über die elektromagnetische Verbindung vom Positionssensor zum Geschoß gegebenenfalls mittels eines Modulationssignals übermittelt,

c) der Positionssensor wird dem Geschoß mit Hilfe einer waffenträgerseitigen Feuerleitanlape nachgeführt,

d) für den Meßvorgang wird eine vom Waffenträger abgegebene und von der Bordausrüstung reflektierte Strahlung verwendet

sowie dadurch, daß waftenträgerseitig ein Rollagensensor verwendet, ihm ein Polarisationsfilter optisch vorgeschaltet und dasselbe synchron zur Rotation der Polarisation der vom Geschoß abgegebenen Strahlung gedreht wird.

Für eine solche vergleichsweise einfache und sichere Lösung benötigt man bodenstationsseitig im wesentlichen nur einen Detektor mit einem ihm optisch vorgeschalteten Polarisationsfilter sowe eine fokussierende F.mpfangsoptik. Der Sensor sieht nur einen bestimmten konstanten Anteil der von der Bordausrüstung reflektierten Strahlung, der — je nach Auslegung — ein Maximum oder ein Minimum des hinter das Polarisationsfilter gelangenden Signals sein kann. Diese beiden Winkelpositionen (oder auch ein Zwischenwert) entsprechen dann der Lage einer bestimmten Geschoßebene zur Bodenstation. Eine bodenseitige Strahlungsquelle entzieht sich ferner nicht der Wartung wie dies im Fall einer bordseitigen Installation der Fall wäre, wobei letztere — und damit die gesamte Steuerung — aus Gründen der Erschütterung sogar besonders gefährdet ist. Bei aufwendigen Raketensystemen bedeutet jeder Fehlschuß einen hohen wirtschaftlichen Verlust, ganz abgesehen davon, daß eine unkontrollierte Lenkung auch eine Gefahr für die eigene Seite darstellt

Die die Einflußnahme auf das Geschoß beeinträchtigende Pulverwolke, welche in der Anfangsphase

ίο zwischen Waffenträger und Geschoß steht, kann durch eine entsprechend angepaßte Leistung der die Verbindung aufrechthaltenden Strahlungsquelle, durch längerwellige Strahlung oder durch eine Kombination beider Möglichkeiten überwunden werden. Da aber Geschosse in diesem die Verbindung gelegentlich behindernden Zeitintervall erfahrungsgemäß etwa zwei Umdrehung ausführen, kann selbst noch nach Auflösung der Pulverwolke — vorausgesetzt die Umdrehungsgeschwindigkeit eines Geschosses ist während dieser kritischer* Phase grob bekannt — die Rotlage vorzeichenrichtig erfaßt werden.

Eine vorteilhaft;: Weiterbildung oer Erfindung sieht vor, daß ein dem Rollagensensor vorgeschaltetes Polarisationsfilter verwendet wird, hinter dem aufgrund der Rotation der Polarisationsebene der vom Geschoß reflek'ierten Strahlung ein sinusförmiges Signal entsteht, das vom Detektor des Rollagensensors in ein elektrisches Signal umgewandelt wird und dessen momentane Phasenlage als Maß für die momentane Rollage des Geschosses verwendet wird.

Was den Kopf des Sensors anbetrifft, so setzt sich derselbe in Strahlendurchtrittsrichtung zweckmäßigerweise aus einem Empfangsobjektiv, einem Quadrantendetektor, einem Sfahlungsteiler zur Auskopplung von Strahlung für den Rollagensensor, dem drehbar und nachführbar angeordneten Polarisationsfilter sowie einem weiteren Detektor im Strahlengang des Rollagensensors zusammen. Bezüglich der Geschoßseite wird die vorteilhafte Weiterbildung aer Erfindung

■to einmal in der Anordnung der optoelektronischen Bordausrüstung zwischen den heckseitigen Stabilisierungsflügeln konzentrisch zur Symmetrieachse des Geschosses gesehen und zum anderen darin, daß die Bordausrüstung aus einem weiteren Polarisationsfilter und einer diesem in Flugrichtung nachgeschalteten Sammellinse besteht, die die vom Waffenträger ausgesandte Strahlung auf einen weiteren Detektor fokussiert, von wo aus nur die modulierten Korrekturimpulse über je einen sich anschließenden Verstärker und einen Zündimpulsformer ein Korrekturglied aktivieren.

Wenn eine vom Waffenträger ausgesandte, z. B. stark

gebündelte monochromatische Strahlung als optisrhe Verbindung zum Geschoß hin Verwendung findet, so ist es ζ -/eckmäßig, daß zwischen das weitere Polarisations· filter und die Sammellinse ein die Strahlung nur zum Teil hindurchlassende. Retroreflektor gekoppei. ist. der mit Ausnehmungen versehen oder aus teildurchlässigein Material gefertigt ist. Im Fall, daß Ausnehmungen die Durchlässigkeit bewirken, kann der Retroreflektor z. B.

aus fein geschliffenem oder vergoldetem Stahl bestehen.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor.

daß die vom Waffenträger einfallende Strahlung über eine Spiegeloptik auf den Detektor gelangt, dessen Befestigung an der Rückseite des Retroreflektors vorgesehen sein kann.

Zur Bestimmung des Vorzeichens der Rollage kann das Geschoß einen seitlich aus dem rohrförmigen Gehäuse blickenden und entsprechend der Rollage

abwechselnd Himmel oder Erde wahrnehmenden sogenannten Himmelslichtsensor aufweisen, der aus einem Detektor, einer Linse und gegebenenfalls einem Umlenkspiegel besteht. Da diese Möglichkeit auf dem farblichen Unterschied von Himmel und Erde aufbaut, ■> funktioniert dieses Verfahren nur bei Tag. Eine weitere Variante der Vorzcichenbeslimmung besteht in der Verwendung eines Trägheitssystems, bei dem das Geschoß konzentrisch zu seiner Längsachse einen aufgrund seiner Trägheit die Rotationsbewegung des Geschosses nicht mitvollziehenden Trägheitssensor aufweist.

Zweckmäßig kann es ferner auch sein, daß das Geschoß einen Signalsender besitzt, der die durch den Himmelslichtsensor oder den Trägheitssensor gewonnene Information über die Rollage des Geschosses zum Waffenträger sendet. In diesem Zusammenhang ist es schließlich auch denkbar, daß der Waffenträger einen auf dcrs Signaisersder des Geschosses abgestimmten Signalempfänger besitzt.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die in den einzelnen Figuren einander entsprechenden Teile dieselben Bezugszahlen aufweisen. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Waffenträgerausrüstung,

Fig. 2 eine Prinzipskizze der Bordausrüstung mit einem parallel zur Symmetrieachse verlaufenden Strahlengang,

Fig.3 eine Variante der Bordausrüstung gemäß Fig.2 mit einem im Vergleich hierzu umgelenkten Strahlengang und

Fig.4 das Polarisationsfilter - ein Detail der Bordausrüstung gemäß F i g. 3 — in Draufsicht.

Das Blockschaltbild der Fig. 1 zeigt zunächst den Aufbau der Waffenträgerseite. Derselbe besteht in der aufgezählten Reihenfolge aus der während der Flugzeit des Geschosses 10 zielhaltenden Feuerleitanlage 15, die bei einem anderen, zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsbeispiel auch durch eine Wärmebildkamera und eine Nachführelektronik ersetzt sein kann. Für die Berechnung der Soiiflugbahn folgt ein einfacher Rechenbaustein 16. der die Sollabweichung zwischen der Sichtlinie der Ziel-Feuerleitanlage und der Geschoßflugbahn als Funktion der Zeit ausgibt. Entsprechend diesen Daten wird der Sollflugbahn mit Hilfe der Elektronik 17 die Plattform 18 nachgeführt, die den sich der Plattform anschließenden Geschoß-Positionssensor 19 zur Bestimmung der Abweichung zwischen tatsächlicher und Sollflugbahn sowie den dem Positionssensor angekoppelten Rollagensensor 20 trägt. Die beiden Sensoren bestehen jeweils aus einer Empfängereinheit und einer gemeinsamen, als Illuminator ausgebildeten Sendeeinheit. Die Positions- und Rollagensignale werden dem Rechner 21 zugeführt, der den Korrektur-Zeitpunkt berechnet und den Modulator 22 des Illuminators auslöst der sodann einen Korrekturimpuls erteilt Als Illuminator kann dabei ein Scheinwerfer oder ein Laser, z. B. ein Gaslaser (CO2) oder ein Neodym-Yag-Dauerstrichlaser. Verwendung finden.

Den geschoßseitigen Aufbau in seinen wesentlichen Bestandteilen zeigt Fig.2. Vom waffenträgerseitigen Sensor 19 (Fig. 1) bzw. seinem Illuminator gelangt unpolarisierte Strahlung 1 auf die zwischen den heckseitigen StabilisierungsflOgeln 11 des Geschosses 10 in dessen Symmetrieachse 13 angeordnete und von dem Rohr 12 umgebende Bordausrüstung 3 bis 9. Letztere besteht in Strahlendurchtrittsrichtung aus dem Polarisationsfilter 3. einer ihm in Flugrichtung nachgeschalteten, die Strahlung auf den Detektor 6 fokussiefenden Sammellinse 5 sowie dem Verstärker 7, der nur die vom Modulator 22(Fig. 1) modulierten Korrekturimpulse auf den Zündimpulsformer 8 hindurchläßt, von wo aus das Korrekturglied 9 aktiviert wird. Auch ist es denkbar, daß die Strahlung über eine Spiegeloptik 23 auf den Detektor 6 gelenkt wird. Zwischen Polarisationsfilter 3 und Sammellinse 5 kann bei diesen Ausführungsbeispielen noch ein die unpolarisiert einfallende Strahlung 1 teils reflektierender und nur zum kleineren Teil himlurchlassender Retroreflektor 4 oder ein die Strahlung total reflektierender Retroreflektor 4, 14 (F i g. 3 und 4) angeordnet sein, wobei mit 14 ein den Retroreflektor an der Innenwand des Rohres 12 halternder Kunststoffkörper bezeichnet ist. Seine Teildurchlässigkeit wird entweder mit Hilfe von entsprechenden Ausnehmungen oder aber durch Verwendung von tpildurrhlässigen Materialien erreicht, die wabenförmig strukturiert sind. Während der reflektierte Strahlungsanteil das Polarisationsfilter 3 beim Einfall und nach der Reflexion, also insgesamt zweimal, durchläuft, und aus diesem Grunde polarisiert ist bleibt der nur einfallende und nicht reflektierte Strahlungsanteil unpolarisiert wenn er an dem Polarisationsfilter vorbei auf die Lücke trifft.

Da eine aktive Strahlungsquelle am Waffenträger leicht A'n Standpunkt preisgibt, kann bei einem anderen Ausführungsbeispiel die Strahlungsquelle auch in das Heck des Geschosses verlegt werden. In diesem Fall hätte die Verwendung von Retroreflektoren keinen Sinn, so daß Hie^e dann entfallen können.

Für die Übertragung der Korrekturbefehle könnte hier ein in der Zeichnung allerdings nicht dargestellter Mikrowellensender vorgesehen werden.

Die wie vorstehend beschrieben polarisierte Strahlung 2 wird auf den Waffenträger 24 (F ig. 1) reflektiert. Dabei rotiert die Polarisationsrichtung der empfangenen Strahlung entsprechend der Rollage des Geschosses 10. Diese Rollage wird verfolgt indem man hinter dem Empfangsobjektiv einen Teil der Strahlung mit Hilfe eines Strahlteilers auf einen weiteren Detektor lenkt. Vor diesem Detektor befindet sich ein Polarisationsfilter, welches z. B. mittels eines Servomotors so gedreht wird, daß der Detektor immer nur ein bestimmtes — z. B. ein minimales — Signal sieht Die Lage des Polarisationsfilters ist dann ein Kriterium für das Vorzeichen der Rollage des Geschosses 10. das bei der Bestimmung des Korrekturzeitpunktes mitberücksichtigt werden muß. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, waffenträgersr'ig ein feststehendes Polarisationsfilter zu verwenden. Dann entsteht in Wirkrichtung hinter dem weiteren Detektor ein Wechselstromsignal, dessen Phase wiederum ein Kriterium für das Vorzeichen der Rollage darstellt Da mit anderen Worten die auf die vorbeschriebene Weise ermittelte Rollage noch mit einem Fehler von 180° behaftet sein kann, muß dieser Mehrdeutigkeit durch eine weitere Maßnahme abgeholfen werden. Dies erfolgt nun dadurch, daß das Geschoß mit einer bezüglich der Angriffsrichtung des Korrekturimpulses definierten Rollage abgefeuert wird.

Sofern das Geschoß zum Zweck der Vorzeichenfestlegung einmal aus irgendeinem Grunde nicht mit definierter Rollage abgeschossen werden kann, sind folgende zusätzliche Sicherheitsvorkehrüngen denkbar: Die Verwendung eines sogenannten Himmelslichtsensors 25, der sich aus einem Detektor 26, einer Linse 27

sowie gegebenenfalls aus einem Umlenkspiegel zusammensetzt. Ein solcher Sensor ist innerhalb oder außerhalb des rohrförmigen Gehäuses, in jedem Fall aber hinsichtlich seiner Längsachse in einem Winkel zur Längsachse 13 des Geschosses 10 angeordnet, so daß er seitlich zur Flugrichtung aus dem Geschoß herausschaut und — durch die Rotation bedingt — abwechselnd Himmel oder Erde wahrnimmt.

Beigem anderen in der Zeichnung nicht dargestellten Ausfiihrungsbeispiel ist es stattdessen auch möglich daß der Retroreflektor zwei benachbarte, in verschiedenen Farben reflektierende Bereiche und da/ Rollagensensör zwei diesen Spektralbereichen zugeordnete

Detektoren aufweist; das Geschoß muß dann auf diesen Detektoren so abgebildet werden, daß die spektral unterschiedlich reflektierenden Retroreflektorbereiche optisch aufgelöst werden, Darüberhinaus ist es nach einem weiteren, zeichnerisch ebenfalls nicht dargestellten Ausführungsbeispiel auch möglich, für die Vorzeichenbestimmung ein Trägheitssystem konzentrisch in der Längsachse des Geschosses vorzusehen; dasselbe vollzieht wegen seiner Trägheit die allmählich entstehende Rotationsbewegung des Geschosses nicht mit. Trägheitssensoren dieser Art besitzen beispielsweise Rad-oder Kreiselform.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   I.Verfahren zur Korrektur der Flugbahn eines mit einer optoelektronischen Bordausrüstung versehenen lenkbaren Geschosses, das mit bekannter Rollage von einem einen Positionssensor enthaltenden Waffenträger abgefeuert innerhalb einer von diesem Sensor hergestellten elektromagnetischen Verbindung fliegt, wobei der Sensor dem Geschoß nachgeführt, die von der Bordausrüstung abgegebene Strahlung zwecks Bestimmung der momentanen Rollage gemessen und die Abweichung des Geschosses von der Sollflugbahn bestimmt wird, gekennzeichnet durch die gemeinsame Verwendung folgender für sich bekannter Merkmale >5