DE2659408A1 - Lenksystem - Google Patents
LenksystemInfo
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- DE2659408A1 DE2659408A1 DE19762659408 DE2659408A DE2659408A1 DE 2659408 A1 DE2659408 A1 DE 2659408A1 DE 19762659408 DE19762659408 DE 19762659408 DE 2659408 A DE2659408 A DE 2659408A DE 2659408 A1 DE2659408 A1 DE 2659408A1
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
- F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
- F41G7/24—Beam riding guidance systems
- F41G7/26—Optical guidance systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
- Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
Description
2659A08
MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW
München, den 29.12.76
?/VSv-E 2100
ELLIOTT BROTHERS (LONDON) LIMITED Marconi House, New Street, Ghelmsford, Essex CM1 1PL, England
Lenksystem
Die Erfindung betrifft Lenk-Anordnungen und -Systeme für
bewegliche Fahrzeuge und insbesondere Lenk-Systeme,bei
denen ein Geschoß bzw. ein Flugkörper mittels eines Lichtstrahls auf ein Ziel gelenkt wird.
Es ist bekannt, Geschosse mittels eines auf das Ziel gerichteten Lichtstrahls auf das Ziel zu lenken, wobei von
dem Geschoß mitgeführte Einrichtungen vorgesehen sind, um dessen Kurs zu korrigieren, so daß das Geschoß entlang des
Pfades des Lichtstrahles wandert. Solche Systeme werden häufig als "Leitstrahl-Systerne" bezeichnet. Der Lichtstrahl
bzw. das Lichtbündel muß von ausreichender Breite sein, um sicherzustellen, daß das Geschoß bzw. der Flugkörper nicht
durch seine normale Bewegung während des Fluges einfach
DR. G. MANITZ - DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL.-ING. W. GRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN
MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE 1 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATT) MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7270
TEL. (0891 22 42 11. TELEX 5-29672 PATMF SEELBERGSTR. 23/25. TEL. (0711)56 72 61 POSTSCHECK: MÖNCHEN 77002 -
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verloren geht. Das GeschO3 kann daher dem Pfad des Lichtbündeis
folgen und dennoch innerhalb des Lichtbündels so positioniert sein, daß ein genauer Treffer nicht erzielt
wird.
Durch die Erfindung soll ein verbessertes Lenksystem geschaffen werden und insbesondere ein verbessertes Flugkörper-Lenksystem
unter Verwendung eines Lichtstrahls,
bei dem der Flugkörper seine Position innerhalb des Lichtstrahls bestimmen kann.
bei dem der Flugkörper seine Position innerhalb des Lichtstrahls bestimmen kann.
Gemäß der Erfindungunfaßt ein Lenk-System für ein Fahrzeug
Einrichtungen zur .Bahnverfolgung eines Strahls von elektromagnetischer
Energie in der von dem Fahrzeug einzuschlagenden Richtung und Einrichtungen zur Schaffung einer Folge
bzw. Sequenz von verschiedenen Modulationsmustern über den Strahl, wodurch die Position des Fahrzeugs innerhalb des
Strahls mittels des von der vom Fahrzeug aufgrund seiner Position empfangenen Senuenz von Mustern erzeugten Codes
bestimmt werden kann.
Vorzugsweise ist die elektromagnetische Energie Licht in dem als "nahes Infrarot" bekannten Teil des Spektrums. Der
größte Teil des Ausgangssignals einer Xenon-Blitzröhre und des Ausgangssignales eines Nd-YAG-Lasers beispielsweise
liegen in diesem Bereich.
liegen in diesem Bereich.
Gewöhnlich ist das Fahrzeug ein Geschoß bzw. Flugkörper.
Dadurch, daß Steuerschaltungen innerhalb des Geschosses vorgesehen
werden, kann dieses dazu veranlaßt werden, einer vorbestimmten Bahn innerhalb des Leitstrahles, normalerweise
der sogenannten Laufseele, d.h. der zentralen \chse des Leitstrahles zu folgen.
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Vorzugsweise ist die Modulation eine Intensitätsmodulation und vorzugsweise wird der Leitstrahl aus- und eingetastet
bei jedem Wechsel des Modulationsmusters.
Jedes Modulationsmuster kann durch eine Intensitätsvariation über den Leitstrahl in einer Dimension geschaffen werden, wobei
vorzugsweise eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen der Intensität und dem Winkel in dieser Dimension besteht.
Das letztgenannte Muster kann mittels eines abgestuften Dänrofungs- bzw. Abschwächungsfilters erzeugt werden, der
eine Dämpfungscharakteristik aufweist, die in einer Richtung
entlang seiner Breite anwächst, wobei die Sequenz von Mustern vorzugsweise durch Einrichtungen zur Drehung des
Filters in Stufen, von denen jede einen Teil einer Umdrehung beträgt, erzeugt wird; vorzugsweise weist dabei
der Leitstrahl einen kreisförmigen Querschnitt auf. Vorzugsweise wird der Filter zwischen jedem Lichtimouls um
90 einer Umdrehung gedreht.
Bei einem bevorzugten äusführungsbeisrdel der Erfindung wird
jedoch der Leitstrahl in eine imaginäre Matrix von einzelnen Zellen unterteilt, von denen jeder ein die Position dieser
Zelle innerhalb der Ouerschnittsfläche des Leitstrailes
identifizierendes binäres Codewort zugeordnet ist und jedes Modulationsmuster ist ein Muster räumlicher Modulation,
das aus Abschnitten besteht, deren Charakteristik entweder einer digitalen "1" oder einer digitalen "O" entspricht,
wobei die Anordnung so getroffen ist, daß das Fahrzeug bei jedem Muster ein Bit des binären Codes empfängt, welcher der
einzelnen Zelle zugeordnet ist, in der sich das Fahrzeug zum Zeitpunkt des Empfangs befindet.
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Vorzugsweise entspricht die Zuordnung eines binären Codeworts zu den einzelnen Zellen einer Grey-Skala, wodurch
der einer der Zellen zugeordnete binäre Code sich von dem irgendeiner benachbarten Zelle zugeordneten binären Code
nur um ein Bit unterscheidet. In diesem letztgenannten Fall und gewöhnlich tatsächlich wird ein ganzer Abschnitt einer
Charakteristik in einem räumlichen Muster eine Vielzahl von den einzelnen Zellen umfassen. Normalerweise weist der leitstrahl
einen rechteckigen luerschnitt auf.
Vorzugsweise haben die Abschnitte mit einer einer digitalen "1" entsprechenden Charakteristik eine verhältnismäßig hohe
Intensität, während Abschnitte mit einer einer digitalen "O" entsprechenden Charakteristik eine verhältnismäßig geringe
Intensität aufweisen, wobei zusätzlich zu der Folge bzw. Sequenz von Mustern der räumlichen Modulation ein Impuls übertragen
wird, der in allen der einzelnen Zellen eine verhältnismäßig hohe Intensität herbeiführt, wodurch der letztgenannte
Impuls als eine Amplituden- und Zeit-Referenz zur Dekodierung der Sequenz von Mustern der räumlichen Modulation
verwendet werden kann.
Vorzugsweise werden zusätzlich zu der Sequenz von Mustern räumlicher Modulation wenigstens zwei zusätzliche Impulse
übertragen, um das Fahrzeug mit Daten über die Leitstrahlbewegung zu versorgen. Vorzugsweise sind die beiden Impulse
positionsmoduliert, und zwar der eine, um Informationen bezüglich der Leitstrahl-Bewegung in der Elevation zu schaffen
und der andere, um Informationen bezüglich der Leitstrahl-Bewegung im Azimuth zu liefern.
Vorzugsweise trägt jedes Fahrzeug vier nach hinten gerichtete Licht-Empfangseinrichtungen, von denen jede in einem
unterschiedlichen Quadranten angeordnet ist und das Geschoß enthält Einrichtungen zur Verwendung von zwei dieser Licht-Empfangseinrichtungen,
um ein Korrektursignal für das Stampfen
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(Neigung um eine Querachse) abzuleiten und zur Nutzung der
beiden verbleibenden Licht-Empfangseinrichtungen, um ein Korrektursignal für das Gieren abzuleiten, und wobei die
Ausgänge aller der Licht-Empfangseinrichtungen kombiniert
und an Einrichtungen zur Dekodierung der Sequenz von Mustern räumlicher Modulation angelegt werden.
Die Quelle des Lichtstrahls ist in einigen Fällen eine Xenon-Blitzröhre,
vorzugsweise ist jedoch die Ouelle des Lichtstrahls ein Nd-YAG-Laser, der von einer Xenon-Blitzröhre gemirrrot wird.
Wenigstens dann, wenn das Fahrzeug ein Geschoß bzw. ein Flugkörper
ist, können mehrere Geschosse gleichzeitig mit dem Leitstrahl zusammenwirken.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert:
es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der allgemeinen Anordnung
eines typischen Leitstrahl-Lenksystems gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer analogen Kodierungsanordnung
in einem Leitstrahl-Lenksystem gemäß der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer digitalen Kodierungsanordnung in einem bevorzugten Leitstrahl-Lenksystem gemäß
der Erfindung,
Fig. 4- und 5 erläuternde Darstellungen zu der Anordnung gemäß
der Fig. 3,
Fig. 6 eine Darstellung der körperlichen Einzelheiten des Lichtimpuls-Senders 2 der Fig. 3,
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Fig. 7 eine erläuternde Darstellung der Senuenz von Impulsen,
die von dem Licht impuls -Sender 2 der Fig. 3 gesendet ν? erden,
Fig. S ein Blockschaltbild des Licht impuls-Senders 2 der
Fig. 3,
Fig. 9 und 10 eine Darstellung der Anbringung der Photoenrofanger
auf einem Geschoß bei dem bevorzugten Leitstrahl-Lenksystem gemäß der Erfindung, und
Fig.'1I ein Blockschaltbild der Em-Ofangs- und Verarbeitungsschaltungen
in einem Geschoß des Leitstrahl-Lenksystems gemäß der Erfindung.
In der Fig. 1 ist das Grundürinzip eines Flugkörper-Leitstrahl-Lenksystems
gemäß der Erfindung dargestellt. Auf dem Boden 1 ist ein Licht-Sender 2 angeordnet, der ein enges Lichtbündel
3 auf ein Ziel 4 hin sendet. Die "Laufseele" (Längsmittellinie)
des Strahls 5 ist durch die gestrichelte Linie 5 angegeben.
Zur Schaffung einer Führung für einen Flugkörper bzw. ein Geschoß 6, wird der Leitstrahl 3 entweder manuell, durch ein
Radargerät oder durch andere Mittel wie ein Laser-Zielverfolgungsgerät
zur Verfolgung des Zieles 4 nachgeführt. Wenn die Überschneidung des Zieles 4- und der Laufseele 5 aufrechterhalten
wird und das Geschoß sich entlang der Laufseele bewegt, sollte ein Kontakt mit dem Ziel erfolgen.
Der Leitstrahl 3 muß genügend weit sein, um sicherzustellen,
daß das Geschoß nicht einfach durch seine normale Bewegung
während des Fluges verloren geht. Zu diesem Zweck sind Einrichtungen im Geschoß 6 zur Bestimmung seiner Position innerhalb des Leitstrahles vorgesehen, so daß eine Steuereinrichtung
innerhalb des Geschosses solche Korrekturen seines Kurses bewirken kann, wie sie erforderlich sind, um seinen Flug
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entlang der Laufseele 5 aufrechtzuerhalten. Um dies zu erreichen,
ist dem Leitstrahl 3 eine Sequenz von unterschiedlichen Mustern einer Intensitätsmodulation aufgeprägt und
der Leitstrahl 3 wird ein- und ausgetastet bzw. -gepulst, wobei sich das Muster der Intensitätsmodulation bei ,iedem
Impuls ändert. Dadurch empfängt ein vom Geschoß 5 getragener und rückwärts gerichteter LichtemOfanger einen üode,
und '
der von der Sequenz von Mustern erzeugt wird,/&er mit der
Position des Empfängers innerhalb des Leitstrahls bzw. -bündeis verknüpft ist.
Zusätzlich sind innerhalb des Geschosses Einrichtungen zum Empfang von Signalen bezüglich der Bahnverfolgung des Leitstrahles,
um dem Ziel 4· zu folgen, vorgesehen. Solche Signale (die "Leitstrahl-Bewegungs-Daten") können durch eine
Funkverbindung auf das Geschoß bzw. den Flugkörper übertragen werden. Wie mit Bezug auf Fig. 6 und folgende beschrieben,
werden bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung jedoch diese Leitstrahl-Bewegungsdaten-Signale
durch den Leitstrahl selbst übertragen.
In der Fig. 2 ist im einzelnen eine anwendbare Intensitäts-Modulation
dargestellt und es ist die Art von Code gezeigt, die von dem Flugkörper 6 empfangen wird.
Der Lichtimpuls-Sender ist wiederum mit dem Bezugszeichen 2
versehen. Der von diesem erzeugte Lichtstrahl 3» der einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wird durch ein abgestuftes
Abschwächungsfilter 7 geführt. Die Abstufung des Filters
ist mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet: sie ist so gewählt, daß sie eine lineare Beziehung zwischen der Intensität und
dem Winkel über den Leitstrahl 3 in einer Dimension bewirkt. Somit weist der Leitstrahl 5 ein Intensitätsmuster mit einer
Verteilung auf, wie sie bei 9 angedeutet ist. Dieses Muster hat die Beschaffenheit eines Kreises 10 mit einer minimalen
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Intensität an der Seite I^ des Leitstrahls und mit einer
maximalen Intensität an der anderen Seite 12 des Leitstrahl
s.
Das Filter 7 ist so angeordnet, daß es in der Richtung des Pfeiles 13 um 90° zwischen jedem Impuls aus dem Impuls-Sender
2 gedreht wird. Dies hat zur Folge, daß eine Sequenz von vier Impulsen geschaffen wird, von denen bei zweien
die Intensität in der Azimuth-Richtung, jedoch im entgegengesetzten
Sinn abgestuft ist und wobei für die beiden anderen die Intensität in der Elevations-Richtung abgestuft ist.
Wenn angenommen wird, daß der Empfänger des Flugkörpers 6 bei R1 auf der Laufseele 5 angeordnet ist, dann wird dieser
vier Impulse mit der gleichen Amplitude, xvie sie bei (a) dargestellt
sind, empfangen. Wenn jedoch der Empfänger außerhalb der Laufseele bei R2 angeordnet ist, dann werden Impulse
empfangen, die sich in der Amplitude unterscheiden, wie sie bei (b) dargestellt sind. Aus dem Verhältnis der Amplituden
der Impulse können die Azimuth- und Elevations-Positionen
durch die Steueranordnung innerhalb des Flugkörpers abgeleitet werden9 vorausgesetzt, daß diese Steueranordnung mit
dem Impuls-Sender 2 auf dem Boden synchronisiert ist. In der Praxis wird die Synchronisation mittels eines Stations-Oszillators
innerhalb der Steueranordnung des Flugkörpers, der über die empfangenen Impulse phasenverriegelt ist, aufrechterhalten.
Die anfängliche Phasenverriegelung wird vor dem Start bzw. dem Abschuß des Flugkörpers bzw. des Geschosses
geschaffen.
Bei dem in der Fig. 3 dargestellten Fall hat der von dem
Impuls-Sender 2 gesendete Leitstrahl 3 einen rechteckigen Querschnitt. Der Leitstrahl wird als in eine Matrix von
imaginären einzelnen Zellen 14- unterteilt betrachtet. Es sei angenommen, daß die einzelnen Zellen in m Zeilen und
m Spalten angeordnet sind, so daß sich m~ Zellen ergeben,
wobei m gleich 2n (n ist eine ganze Zahl) ist. Jeder ein-
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zelnen Zelle ist ein binäres Codewort mit der Länge 2n bit zugeordnet, und zwar auf der Basis ihrer x-und y-Koordinaten
innerhalb der Matrix. Die ersten η Bits stellen die x-Koordinate dar und die letzten η Bits die y-Koordinate.
Es wird ein Grey-Skalen-Code verwendet, so daß
zwei benachbarte Zellen Codewörter haben, die sich nur in einem Bit unterscheiden, wie es bei 14· dargestellt ist.
Die Zuordnung der verschiedenen Godewörter zu den verschiedenen einzelnen imaginären Zellen ist im einzelnen
in der Fig. 4- dargestellt. Die bei ^5 gestrichelte imaginäre
Zelle entspricht dem binären Codewort 101111.
Der Impuls-Sender 2 gibt eine Sequenz von 2n + 1 Impulsen ab. Der erste Impuls in der Sequenz ist ein Amplituden-Referenzimpuls,
der die volle \mplitude über dem Leitstrahl 3 aufweist, d.h. der die volle implitude in allen
der einzelnen imaginären Zellen hat. Die verbleibenden 2n Impulse in der Sequenz sind jeweils der übertragung
eines Bits des Codeworts der Zellen zugeordnet. Um dies zu erreichen, ist ein Drehscheiben-Magazin 15 niit sieben
räumlichen Filtern 16, 17, 18, 19, 20, 21 und 22 so angebracht,
daß jedes räumliche Filter 16 bis 22 nacheinander dem Leitstrahl 3 ausgesetzt wird. Zwischen den Impulsen des
Senders 2 wird ein räumliches Filter 16 bis 22 für das vorhergehende Filter 16 bis 22 ausgetauscht.
Jedes räumliche Filter ist so beschaffen, daß das Bit seinen richtigen Wert (d.h. "1" oder "0") in jeder einzelnen
imaginären Zelle annimmt. Dies läßt sich am besten aus der Draufsicht der Magazinscheibe 15 bei (c) in der Fig.
und aus der Fig. 5 ersehen, welche die verschiedenen Bereiche der räumlichen Filter 16 bis 22 mit den einzelnen
imaginären Zellen des Leitstrahles 3 in Beziehung setzt.
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Immer dann, wenn ein abschwächender Abschnitt (schraffiert
dargestellt) eines Filters eine einzelne imaginäre Zelle umschließt, ist das entsprechende Binär-Bit für diese Zelle
gleich "0". Wenn demgegenüber ein hochdurchlässiger Abschnitt eines Filters eine imaginäre Zelle umschließt, dann ist das
entsprechende binäre Bit für diese Zelle eine logische "1". Zur Darstellung einer binären "0" wird ein Impuls mit verminderter
amplitude verwendet und nicht das vollständige Fehlen eines Impulses, so daß der Empfänger zwischen einer
binären "0" und der Abwesenheit des Signals aufgrund einer EnergieabfluB-Verdunklung unterscheiden kann. Der SchwellwertOegel
zwischen oiner binären "i" und einer binären "0" wird im Verhältnis zu dem am Beginn einer Sequenz übertragenen
Referenz-Inrnuls eingestellt, welcher natürlich die
volle implitude (eine volle binäre """) in allen einzelnen
Zellen aufweist. Der Schwellwert wird auf einen Wert unterhalb dieser vollen ilmnlitude eingestellt.
vm Schluß einer Sequenz von Impulsen hat der Empfänger des
Flugkörpers ein vollständiges Godewort abhängig von der bestimmten
einzelnen Zelle, in der der Empfänger sich befindet, empfangen. Beispielsweise bei der Dekodierung der bei 15 in
der Fig. 3 schraffiert dargestellten Zellen und mit Bezug auf
die Fig. 4- ist zix erkennen, daß der erste empfangene Impuls
der Amplituden-Referenzinrouls ist, der auch als Zeitreferenz
verwendet wird, daß der zweite Impuls (erstes Bit) die volle Amplitude hat, daß der dritte Impuls (zweites Bit) eine verminderte
Amplitude hat, daß der vierte Impuls (drittes Bit), der fünfte Impuls (viertes Bit), der sechste Impuls (fünftes
Bit) und auch der siebte Impuls (sechstes Bit) die volle Amplitude haben. Wie bereits erwähnt, liefert dieses Godewort
dem Flugkörper bzw. dem Geschoß nach der Kodierung dessen Position innerhalb des Leitstrahles in öartesischeft
Koordinaten. Dadurch wird die Steuereinrichtung des Geschosses in die lage versetzt, den Kurs des Geschosses näher zur
Laufseele einzustellen.
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Da beim Gebrauch eines Grey-Codes sich nur ein Bit des Codewortes ändert, wenn sich das Geschoß von einer Zelle
zu einer benachbarten Zelle bewegt, wird auch dann ein sinnvolles Godewort empfangen, wenn sich das Geschoß während
einer Impuls-Seauenz von einer Zelle in eine andere
bewegt.
Obwohl das mit "Bezug auf die B1Xf;. 3? 4- und 5 beschriebene
digitale Kodxerungssystem dazu neigt, mehr Senderleistung
für eine bestimmte Reichweite im Vergleich mit dem bezüglich der Fig. 2 beschriebenen analogen Kodierungssystem zu
benötigen, ist dieses System Jedoch nrirnär bevorzugt, da
die von ihm geschaffenen Positionsdaten innerhalb von Gren zen unabhängig von einer Amplitudenvariation innerhalb des
Leitstrahles sind. Bei dem \nalogsystem der Fig. 2 neigt das Rauschen zu einem \nstieg mit zunehmender Entfernung.
Für Oraktische Zwecke ist in dem digitalen System der Fig.
3 bis 5 das einzige bedeutsame Störsignal auf den luantisierungsfehler
zurückzuführen, der mit der Entfernung jedoch konstant bleibt, bis an den Punkt, bei dem Empfangsfehler auftreten.
In der Fig. 6 ist ein Impuls-Lichtsender zur Verwendung
mit der in Verbindung mit den Fig. 3 bis 5 beschriebenen anordnung dargestellt. Der Sender besteht aus einer Xenon-Blitzlampe
23, die vor einem sphärischen Reflektor 24· angeordnet ist. Die Triggerleitung bzw. die Zündleitung für
die Blitzröhre 23 ist mit dem Bezugszeichen 25 versehen. Der erzeugte lichtstrahl wird durch eine Kondensorlinse
26 und eine Objektivlinse 27 geführt. Auf der von der Blitzröhre 23 abgewandten Seite der Kondensorlinse 26
ist die Magazin-Pilterscheibe 15 der Fig. 3 angebracht.
Der Drehantrieb für die Scheibe 15 ist durch einen Elektro
motor 28 vorgesehen. Im wesentlichen ist die optische Anordnung des Senders grundsätzlich ähnlich zu der eines
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Dia-Projektors, wobei jedoch, eine Xenon-Blitzlampe anstelle
einer Wolfram-Lampe und die Magazin-Jilterscheibe 15 anstelle
des normalen Diapositivs des Projektors verwendet werden.
Die Blitzröhre 23 ist vom Kurzbogen-Typ, um eine intensive
Lichtquelle bereitzustellen.
Die Weite des Bündels ist 60 mrad mit einer 8 χ 8-Anordnung
von einzelnen imaginären Zellen. Dies führt zu einem maximalen Winkelfehler aufgrund der Quantisierung von +3,75 mrad.
Zusätzlich zu den sieben bereits erahnten Impulsen in der
Sequenz (der Amplituden- und Zeitreferenzimpuls und die sechs Impulse für die sechs Bits der Godewörter) werden der Sequenz
zwei weitere Impulse (beide mit voller Amplitude für alle einzelnen imaginären Zellen) zugesetzt, um an den Flugkörper
bzw«, das Geschoß Leitstrahl-Bewegungsdaten zu übertragen, und um die Notwendigkeit einer getrennten Steuerungs-Verbindung
zu vermeiden, um sicherzustellen, daß sich der Flugkörper mit dem Leitstrahl bewegt, während dieser das Ziel
verfolgt. Die beiden zusätzlichen Impulse sind mit Leitstrahl-Bewegungsdaten impuls-positionsmoduliert, wobei ein Impuls den
Azimuth-Daten und der andere den Elevations-Daten zugeordnet
ist» Die gesamte Impuls-Sequenz ist in der Fig. 7 für die in
der Fig. 3 schraffiert dargestellte einzelne Zelle 15 gezeigt.
Die letzten zwei Impulse in der Sequenz sind die Leitstrahl-Bewegungsdaten-Impulse,
wobei die Pfeile 29 und 30 ihre Positions -Modulation darstellen. Die ganze Sequenz würde mit 50
Hz wiederholt werden, um ein Positions-Datenausgangssignal mit einer Bandbreite von 25 Hz zu schaffen. Somit ist die
gesamte Sender-Impulswiederholfrequenz 4-50 Hz.
Typischerweise beträgt die Impulsenergie-Zahl für eine
Kurzbogen-Xenon-Blitzröhre 0,5 Joule, woraus sich ein
Leistungsverbrauch von 225 Watt ergibt. Obwohl bei einem
Leistungsverbrauch in der Größenordnung von 225 Watt eine
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Wasserkühlung für die Blitzröhre zu bevorzugen ist, ist es
möglich, daß eine forcierte Luftkühlung ausreichen kann.
Eine mit 0,5 Joule arbeitende Plitzröhre könnte Impulse mit
einer Leistung von 17 k¥ und einer Dauer von 2 lasec erzetigen.
Es ist ,jedoch wahrscheinlich, daß nur ein verhältnismäßig geringer
Bruchteil der insgesamt verfügbaren Leistung in dem gesendeten Leitstrahl konzentriert werden kann, und zwar
wegen der dem optischen System anhaftenden "Begrenzungen. Eine typische Spitzenleistung im Leitstrahl wäre daher
2 kW. Bei einer Abwandlung des in der Fig. 6 dargestellten Impuls-Senders wird der Ausgang der Xenon-Blitzröhre anstelle
einer direkten Nutzung als Bimplichtquelle für einen Nd-YAG-Laser
verwendet, der ein Ausgangssignal liefert, welches als Leitstrahl verwendet wird. Obwohl der V/irkungsgrad eines
Hd-YAG-Lasers recht klein ist und tatsächlich die mittlere Ausgangs leistung niedriger v/nre als die des mit Bezug auf
die 51Xg. 6 erläuterten Impuls-Senders, würde eine derartige
Anordnung eine Anzahl von Vorteilen haben, die im folgenden genannt sind:
(a) Die Leistung aus einem Nd-YAG-Laser könnte in kürzere
Impulse konzentriert werden.
(b) Die Abstrahlung nimmt die Gestalt eines engen Bündels an, das so geformt werden kann, daß es einen Strahl mit
60 mrad erzeugt, ohne die Sammel-Verluste bei der Kollimierung
des Ausgangssignals einer Xenon-Röhre.
(c) Das Ausgangssignal ist monochromatisch und ermöglicht
dadurch im Empfänger eine Schmalband-Spektralfilterung, wodurch sich eine Verminderung des vom Hintergrund induzierten
Schrot-Rauschens ergibt.
(d) Das Ausgangssignal des Nd-YAG-Lasers hat eine größere
Wellenlänge (i,O6yum), und wird daher weniger durch die
atmosphärische Dämpfung beeinflußt.
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Di« Fig. O zeigt ein Blockdiagramm der Gesamtanordnung des
Impuls-3enders 2 der Fig. 3· Die getastete bzw. genulste
Liclrtnuelle (eine Xenon-Blitzröhre allein oder ein von einer
Xenon-Blitzröhre gepumpter Nd-YAG-Laser) ist durch den
Block 31 dargestellt. Eine Stromversorgung für die gehülste
Lichtquelle 31 ist mit dem Bez\igszeichen 32 versehen. Die
gepulste Lichtquelle 31 ist von einer Trigger-Treiberschaltung
33 getriggert, welche aus einem Haupt-Impulsgenerator 3'I- über einen Impuls-Addierer 35 ein Steuer-Eingangs signal
ableitet. Der Impuls-Addierer 35 leitet ein Eingangssignal aus einem Impulspositions-Modulator 36 ab, der seinerseits
aus dem Ilaupt-Impulsgenerator 34 ein Referenz-Eingangssignal
ableitet. Am Eingangsanschluß 37 wird ein modulierendes Eingangssignal für den Impulspositions-Modulator 36 angelegt.
Dieses modulierende Eingangssignal besteht ans den Azimuth- und Elevations-Leitstrahl-Bewegungsdaten, wobei
die gesamte Anordnung so getroffen ist, daß die Positionen der beiden letzten Impulse in der Sequenz von der Azimuth-
bzw. Elevationsbewegung des Leitstrahls abhängen. Die Filterscheibe
15 der I1Xg. 6 ist mit dem Block 15 dargestellt,
während die Objektivlinse 27 der Fig. 6 dux^ch den Block 27
dargestellt ist. Der Antriebsmotor 28 der Fig. 6 ist durch den Block 28 dargestellt und als von einer Steuerschaltung
37 gesteuert dargestellt, welche Zeitsteuersignale aus dem Haupt-Impulsgenerator 34· und Signale bezüglich der Position
und der Drehgeschwindigkeit des Motors 28 aus "Abnehmern", die durch den Block 38 dargestellt sind, ableitet.
Wie in der Fig. 9 dargestellt ist, ist der Flugkörper 39
mit vier nach hinten gerichteten Photodetektoren 40, 4-1, 42 und 43 ausgestattet, von denen jeder in einem anderen
Quadranten liegt. Jeder Photodetektor ist, wie in der Fig. 1O dargestellt, hinter einer Öffnung bzw. Blende angeordnet;
die Fig. 10 ist eine maßstäbliche Zeichnung einer praktischen Ausführungsform. In der Fig. 10 beträgt der Außendurchmesser
der äußeren Wand des Flugkörpers bei 44 134 mm und bei 45 145 mm. Der Photodetektor ist mit dem Bezugs-
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zeichen 46 bezeichnet und hat eine Breite W von 0,75 mm.
Die öffnung ist durch ein G-lasfenster mit einer Dicke von
0,8 mm und W = 1,52 verschlossen. Bei dieser Ausbildung ist die "ungünstigste" Öffnung Y gleich 4,6 mm.
Jeder der Photodetektoren 40 bis 43 besteht aus einem Zv?eielement-Photodioden-Detektor,
der so ausgebildet ist, daß dann, wenn der Flugkörper Licht von einem Punkt genau hinter
dem Flugkörper empfängt, ein Element beleuchtet ist, während, wenn das Licht von einem Punkt entsprechend dem
maximalen Körper-zu-Leitstrahl-l'/inkel (45° in diesem Fall)
herkommt, das andere Element beleuchtet ist. Das Verhältnis der Signale von den beiden Elementen ist daher proportional
zu dem Körper-zu-Leitstrahl-Winkel. Zwei diametral gegenüberliegende
(41 und 43 z.B.) der vier Photodetektoren messen
das Stampfen bzw. eine Neigung um die Ouerachse, wobei jeder die Hälfte des gesamten Bereiches überdeckt, v/ährend
die verbleibenden zwei (42 und 44) das Gieren messen.
Alle vier Photodetektoren v/erden kombiniert, um die Position des Flugkörpers innerhalb des LeitstraüLes zu bestimmen.
Ein schematisch.es Blockdiagramm der Steuerschaltung innerhalb
des Flugkörpers ist in der Fig. 1<1 dargestellt, auf
welche nun Bezug genommen wird.
Die vier Photodetektoren mit ihren beiden Elementen sind wiederum mit den Bezugszeichen 41 bis 44 versehen. Jedes
Element der Detektoren 41, 43, 44 und 42 ist jeweils mit einem Vorverstärker 47,48, 49, 50, 51, 52, 53 bzw. 54- verbunden.
Die Summe und die Differenz der Ausgangssignale der Vorverstärker
47 und 48 werden jeweils durch die Summen- bzw. Differenzschaltungen 55 und 56 bestimmt.
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Die Summe und die Differenz der iaisgangssignale der Vorverstärker
49 und 50 werden jeweils durch eine Summen- bzw. Differenzschaltung 57 und 58 ermittelt.
Die Summe und die Differenz der -Vus gangs signale der Vorverstärker
51 und 52 werden jeweils durch Summen- bzw.
Differenzschaltungen 59 und 60 bestimmt.
Die Summe und die Differenz der lusgangssignale der Vorverstärker
53 und 54 werden jeweils durch Summen- bzw. Differenzschaltungen 6-1 und 62 ermittelt.
Jede der Summen- und Differenzschaltungen 55» 56, 57» 58,
59, 60, 61 und 62 ist jeweils mit einem Verstärker mit veränderbarer Verstärkung 63» 64, 65, 66, 67, 68, 69 und
70 verbunden.
Jeder der Verstärker mit variabler Verstärkung 63 und 64
ist jeweils mit einem der zwei gepaarten Synchron-Detektoren
71 und 72 verbunden.
Jeder der Verstärker mit variabler Verstärkung 65 und 66 ist jeweils mit einem der zwei gepaarten Synchron-Detektoren
73 und 74 verbunden.
Jeder der Verstärker mit veränderbarer Verstärkung 67 und 68 ist jeweils mit einem von zwei gepaarten Synchron-Detektoren
75 und 7-6- verbunden.
Jeder der Verstärker mit veränderbarer Verstärkung 69 und ist jeweils mit einem von zwei gepaarten Synchron-Detektoren
77 und 78 verbunden.
Die Ausgangssignale der Synchron-Detektoren 71 und 72 sind
an eine Rest-Reduzierschaltung 79 angelegt, während das \usgangssignal
des Synchron-Detektors 71 auch über eine Servoschaltung
80 mit automatischer Verstärkungsregelung zur Steuerung der Verstärkung der Steuerschaltungen 63 und 64
mit veränderbarer Verstärkung verbunden ist.
709831/0891
Die Ausgangssignale der Synchron-Detektoren 73 und 7^
sind an eine Rest-Reduzierechaltung 81 angelegt, v/ährend
der Ausgang des Synchron-Detektors 7;ί- auch über
eine Servoschaltung 8? für automatische Verstärkungsregelung
zur Steuerung der Verstärkung der Steuerschaltungen 65 und 66 mit variabler Verstärkung verbunden ist.
Die Ausgangs signale der Synchron-Detektoren 75 und 76 s5.nd
mit einer Rest-Reduzierschaltung 3-j verbunden, während das
Ausgangssignal des Synchron-Detektors 75 auch über eine
Servoschaltung FA für die automatische Verstärkungsregelung
zur Steuerung der Verstärkung der Steuerschaltungen
67 und 68 mit veränderbarer Verstärkung verbunden ist.
Die Ausgangs signale der Synchron-Detektoren 77 und 7P>
sind an eine Rest-Reduzierschaltung 85 gelegt, während das Vusgangssignal
des Synchron-Detektors 7^ auch über eine Servoschaltung
26 für die automatische Verstärkungsregelung zur Steuerung der Verstärkung der Steuerschaltungen 69 und 70
mit veränderbarer Verstärkung verbunden ist.
Die Rest-Reduzierschaltungen 79 und 81 sind mit einem Wählschalter
87 verbunden, der den Ausgang der Rest-Reduzierschaltung 79 anwählt, wenn eine Impulsdetektorschaltung 88
an ihrem Eingang einen Impuls entdeckt, und v/elcher Wählschalter 87 den Ausgang der Rest-Reduzierschaltung 81 anwählt,
wenn eine Impulsdetektorschaltung 89 einen Impuls an ihrem Eingang entdeckt. Die das Vorliegen eines Impulses
feststellende Detektorschaltung 88 leitet ihr Eingangssignal über eine Schwellwertschaltung 90 aus dem Ausgang des
Verstärkers 63 mit variabler Verstärkung ab, während die das
Vorliegen eines Impulses feststellende Detektorschaltung 89 ihr Eingangssignal über eine Schwellwertschaltung 91 von dem
Ausgang des Verstärkers 66 mit variabler Verstärkung ableitet.
709831/0891
Die Rest-Reduzierschaltungen 85 und 85 sind mit einem
Wählschalter 92 verbunden, der den Ausgang der Rest-■Reduzi
er schaltung S3 anwählt, wenn eine Impulsdetektorschal tung 93 an ihrem Eingang einen Inrouls entdeckt,
und der den Ausgang der Rest-Heduzierschaltung 85 anwählt,
wenn eine Imnulsdetektorschaltung 94 an ihrem
Eingang einen Impuls entdeckt. Die das Vorliegen eines Impulses feststellende Detektorschaltung 93 leitet ihr
Eingangssignal über eine Schwellwertschaltung 96 aus dem Ausgang des Verstärkers 67 mit variabler Verstärkung ab.
Die Ausgänge der Schalter 87 und 92 liefern Steuersignale
zur Korrektur der lage des Flugkörpers in bezug auf die Koordinaten-Richtungen, und zwar derart, daB dem Stampfen
und Gieren entgegengewirkt wird. Die Einrichtungen zur Erzielung einer derartigen Korrektur sind nicht dargestellt,
sie können in bekannter Weise ausgeführt sein.
Die bisher beschriebene Schaltung befaßt sich mit der Korrektur der Lage des Flugkörpers und nicht mit der Korrektur von
dessen Position innerhalb des Ieitstrahls, derart, daß der
Flugkörper in der Iaufseele bzw. Mittelachse fließt. Die für die letztgenannte Aufgabe bestimmte Schaltungsanordnung
wird nun im folgenden beschrieben.
Die Ausgänge der Summier-Schaltungen 55» 57, 59 und 62 sind
mit einer Summierschaltung 97 verbunden, so daß die Ausgänge aller Elemente der Photodetektoren 41 bis 44 kombiniert werden.
Der Ausgang der Summierschaltung 97 ist mit einem Verstärker 98 mit variabler Verstärkung verbunden, dessen Ausgang
parallel mit vier Synchron-Detektoren 991 IOO, 1O1 und
■1O2 und mit einer "Vorwärtssteuer"-Demodulationsschaltung
103 verbunden ist. Diese letztgenannte Schaltung ist zur
Demodulierung der Positions-Modulation der beiden zu der Se-menz von Impulsen zugefügten Impulse vorgesehen, welche
Sequenz von dem Lichtimpuls-Sender am Boden dazu übertragen
7098 31/0891
wird, die Koordinaten-Steuersignale zur Veränderung des Kurses des Flugkörpers entsprechend der Leitstrahlbewegung,
während der Leitstrahl das Ziel verfolgt, zu liefern.
An den Eingängen A., B, C, D bzw. X der Synchron-Detektoren
99 bis 102 und der Demodulationsschaltung 103 sind Referenz-Synchronisationssignale
aus einem Neben-Synchronisationsimpulsgenerator 104· angelegt. Dieser letztgenannte Generator
ist durch Impulse phasenverriegelt, welche aus den Schwellwertdetektoren 90, 91, 95 und 96 abgeleitet sind.
Diese Impulse entstammen natürlich den Licntimpulsen im
Leitstrahl und primär dem Amplituden-Referenzimpuls, der stets die volle Amplitude aufweist. Der Generator 104 wird
ebenfalls vor dem Abschuß bzw. Abflug mittels der Leitung 105 synchronisiert, wie bereits erwähnt.
Die Synchron-Detektoren 99 bis 102 sind mit einer Summierschaltung
IO6 verbunden. Die Synchron-Detektoren 99 und -1OO
sind mit einer Differenzschaltung 1O7 verbunden, während die Synchron-Detektoren 101 und 102 mit einer Differenzschaltung
108 verbunden sind.
Die Summierschaltung IO6 liefert ein Eingangssignal für
eine Servoschaltung 111 zur automatischen Verstärkungssteuerung, welche zur Steuerung des Verstärkers 98 mit
variabler Verstärkung verschaltet ist.
Die Summen- und Differenzschaltungen IO6 und 1O7 sind mit
einer Rest-Reduzierschaltung 109 verbunden, während die
Summen- und Differenzschaltungen 106 und 1O8 mit der Rest-Reduzierschaltung
110 verbunden sind. Die Reduzierschaltungen 109 und 110 liefern Koordinaten-Steuersignale, die
überdies zur Steuerung der Bahn des Flugkörpers verwendet werden, jedoch in diesem Fall zur Ausrichtung des Flugkörpers
entlang der Mittelachse des Leitstrahls.
- Patentansprüche 709831/0891
Claims (1)
- PatentansprücheLenk-3ystem für ein Fahrzeug mit Einrichtungen zur Nachführung eines Strahls elektromagnetischer Energie in einer von dem Fahrzeug einzuschlagenden Richtung, dadurch gekennz eich net , daß Einrichtungen (7,B) zur Schaffung einer Sequenz von unterschiedlichen Modulationsnmstern über den Strahl (3) vorgesehen sind, wodtirch die Position des Fahrzeugs (6) innerhalb des Strahls (]5) durch den von der Sequenz von Mustern, wie sie aufgrund der Position des Fahrzeugs (3) von dem Fahrzeug enrofangen wird, erzeugten Code bestimmt werden kann.2. Lenk-System nach Inspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Energie Licht in demjenigen Teil des Spektrums ist, der als "nahes Infrarot" bekannt ist.3. Lenk-System nach Anspruch ί oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug ein Flugkörper ist.4-. Lenk-System nach \nspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die 3teuerschaltungen innerhalb des Flugkörpers vorgesehen sind, wodurch der Flugkörper dazu veranlaßt werden kann, einer Bahn innerhalb des Strahls zu folgen, die dessen Mittelachse entspricht.5. Lenk-System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Modulation eine Intensitätsmodulation ist.6. Lenk-System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl bei jedem Wechsel des Modulationsmusters ein- und ausgetastet wird.709831/0891ORIGINAL INSPECTED7. lenksystem nach einem der vorangehenden 'nsOrv.che, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Modulationsmus ter durch eine Intensitätsvariation über dem strahl in eine11 Dimension vorgesehen ist.8. Lenk-System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, da 3 eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen der Intensität und dem winkel in dieser Dimension vorgesehen ist.9. Lenk-System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, da'i das letztgenannte Muster mittels eines abgestuf ten Ibschwüchinigsfilters erzeugt ϊ/ird, dessen "--bschT-r'chungacharakteristik in einer Richtung über seine Breite anir'chst.10. Lenk-System nach Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet, da3 die Sequenz- von Mustern durch Einrichtungen zur Drehung des Filters in Stufen von jeweils einem Teil einer Umdrehung erzeugt wird.11. Lenk-ßystem nach Anspruch "1O, dadurch gekennzeich net, daS der Strahl einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.12. Lenlc-System nach einem derlnsprnche 9. bis H, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter zwischen ,jedem Lichtimpuls um 90° gedreht wird.13« Lenk-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl in eine imaginäre Matrix von einzelnen Zellen unterteilt ist, von denen jeder ein binäres Oodewort zugeordnet ist, welches die Position dieser Zelle innerhalb der luerschnittsfläche des Strahles identifiziert, und daß jedes Modulationsmuster ein Muster räumlicher Modulation ist und aus Abschnitten mit einer Charakteristik besteht, die entweder einer digitalen "1"709831/0891oder einer digitalen "O" entspricht, wobei die Anordnung so getroffen ist, da'?> das Fahrzeug bei jedem Muster ein Bit des binären Codes empfängt, der dieser einzelnen Zelle, in der sich das Fahrzeug zum Zeitpunkt des Empfangs befindet, zugeordnet ist.14. Lenk-8.7s tem nach AnsOruch 13, dadurch ge kennzeich net, daß die Zuordnung von binären Codewörtern zu den einzelnen Zellen einer Grey-Skala entspricht, wodurch der einer Zelle zugeordnete binäre Code sich von dem einer benachbarten Zelle zugeordneten binären Code nur um ein Bit unterscheidet.15· Lenk-S^rstem nach einem der Ansprüche 13 oder 14-, dadurch gekennzeichnet, daß ein ganzer Abschnitt einer Charakteristik in einem räumlichen Muster eine Vielzahl von den einzelnen Zellen einschließt.16. Lenk-System nach einem der Ansprüche 13 "bis I5i dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl im Querschnitt rechteckig ist.17· Lenk-System nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte der Charakteristik, welche einer digitalen "1" entsprechen, eine verhältnismäßig hohe Intensität aufweisen, während die Abschnitte der Charakteristik, die einer digitalen ri0" entsprechen, eine verhältnismäßig niedrige Intensität aufweisen, daß zusätzlich zu der Sequenz von Mustern räumlicher Modulation ein Impuls übertragen wird, der die verhältnismäßig hohe Intensität in allen der einzelnen Zellen hervorruft, wodurch der letzterwähnte Impuls als Amplituden- und Zeit-Referenz für die Dekodierung der Sequenz von Mustern räumlicher Modulation verwendet werden kann.7Otrsi/ot«i13. Lenk-System nach einem der Ansprüche Io bis 17i dadurch g e k e η η ζ eichnet , daß zusätzlich zu der .Sequenz von Mustern räumlicher Modulation wenigstens zwei zusätzliche Impulse übertragen werden, um das Fahrzeug mit Leitstrahl-Bewegungsdaten zu versorgen.19« lenk-System nach lnspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Impulse positionsmoduliert sind, xi/obei der eine zur "Bereitstellung von Informationen bezüglich der LeitStrahlbewegung in der Elevation und der andere zur Bereitstellung von Infirmationen bezüglich der Leitstrahlbewegung im \zimuth vorgesehen ist.20. Lenk-System nach einem der Ansprüche Ί? bis ''9, dadiirch gekennzeichnet, daß o'edes Fahrzeug vier nach hinten gerichtete Lichtempfangseinrichtungen trägt, von denen jede in einem anderen Quadranten angeordnet ist, daß der Flugkörper Einrichtungen zur Ausnutzung zweier der Licht-Empfangseinrichtungen enthält, um ein Korrektursignal für die Neigung um die Querachse abzuleiten und zur Nutzung der beiden verbleibenden Licht-Empfangseinrichtungen, um ein Korrektursignal für das Gieren abzuleiten, und daß die Ausgangssignale aller Lichtempfangseinrichtungen kombiniert und an Einrichtungen zur Dekodierung der Sequenz von Mustern räumlicher Modulation angelegt sind.21.Lenk-System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dal die elektromagnetische Energie Licht ist und da3 die Lichtquelle eine Xenon-Ulitzröhre ist.22. Lenk-System nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Energie Licht ist und daß die Quelle des Lichtstrahles ein ITd-iAG-Laser ist, der von einer Xenon-Blitzröhre gepunrot709831/0891"**" 2659A08 •ff-23. Lenk-Sjrstem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug ein Flugkörper ist und daß mehr als ein Flugkörper gleichzeitig mit dem Leitstrahl zusammenwirkt.709831/0891
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