DE2800527C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Geschoß-Lenkanordnung mit Radarkurssteuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und bezieht sich auch auf die Ausbildung einer Vielfachantenne und eines Radarempfängers bei einer derartigen Anordnung.

Bei den üblichen Radarkurssteueranordnungen zur Verwendung für gelenkte Geschosse wird ein Ziel mit Hilfe einer Vielfachantenne verfolgt, die eine Anzahl von Hochfrequenzausgangsgrößen liefert. Diese Ausgangsgrößen können addiert und subtrahiert werden, um ein Summensignal und mindestens ein Differenzsignal zu bilden. Diese Signale werden in einem Mehrkanalempfänger verarbeitet. Die sich ergebenden Zwischenfrequenzausgangsgrößen werden dann nach Amplitude und/oder Phase verglichen, so daß mindestens ein Empfangsausgangssignal gebildet wird, welches die Lage des Zieles mit Bezug auf die Antennenvisierlinie angibt. Dieses Ausgangssignal des Empfängers wird dann dazu benutzt, um das Geschoß zu lenken, so daß es einer Bahn folgt, die das Ziel trifft.

Die Antenne ist gewöhnlich auf einer mechanischen Anordnung gelagert, so daß sie sich um zwei aufeinander senkrecht stehende Achsen bewegen kann, so daß die Antennenvisierlinie so bewegt werden kann, daß sie auf das Ziel hin zeigt, d. h., daß die Antenne das Ziel verfolgen kann, unabhängig von der Richtung der Verfolgungsbahn gegenüber dem Ziel und der Richtung des Körpers des Geschosses relativ zu diesem Vektor. Zum Antrieb des Antennensystems sind Elektromotoren vorgesehen, die von dem Ausgangssignal des Empfängers so gespeist werden, daß das Ausgangssignal des Empfängers Null ist, wenn die Antennenvisierlinie auf das Ziel hin ausgerichtet ist.

Das Geschoß wird auf dem richtigen Kollisionskurs dadurch gehalten, daß die räumliche Winkelbewegung der Visierlinie zwischen dem Geschoß und dem Ziel gemessen wird und die Bewegung des Geschosses senkrecht zu dieser Visierlinie im negativen Verhältnis zu der räumlichen Winkelbewegung gesteuert wird. Die Winkelgeschwindigkeit der Visierlinie wird durch ein oder mehrere Kreisel gemessen, die sich mit der Antenne bewegen und die eine räumliche Bezugslage liefern. Da die Antennenvisierlinie entlang der Geschoß-Ziel-Visierlinie verläuft, sind die Ausgangsgrößen der Kreisel proportional zu der Winkelbewegung der Visierlinie im Raum.

Wenn der Geschoßkörper seine Lage im Raum ändert und Reibung oder andere verzögernde Wirkungen auf das Antennensystem einwirken, dann hat die Bewegung des Geschoßkörpers die Neigung, die Antenne mitzuziehen, d. h. die Antenne von der Geschoß-Ziel-Visierlinie wegzubewegen. Wenn dies eintritt, stellt die Geschoßlenkanordnung eine scheinbare Bewegung des Ziels fest, die tatsächlich jedoch nicht stattgefunden hat und liefert eine Ausgangsgröße, welche die Beschleunigung des Geschosses in falscher Weise ändert, so daß das Ziel nicht getroffen wird.

Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, ist es üblich, eine Raumstabilisierungsschleifenschaltung und eine Zielwinkelkursschleifenschaltung zu verwenden. In der Raumstabilisierungsschleifenschaltung wird die Ausgangsgröße der Kreisel nicht nur als das Ausgangssignal des Zielflugkopfes benutzt, sondern wird auch dazu verwendet, um die Motoren, welche das Antennensystem bewegen, so zu speisen, daß ihre Bewegung der Bewegung des Geschoßkörpers entgegenwirkt, d. h., daß die Antenne ihre Lage im Raum beibehält und auch weiterhin auf die Geschoß-Ziel-Visierlinie ausgerichtet ist.

Es ist jedoch ein sehr hoher Verstärkungsgrad der Raumstabilisierungsschaltung erforderlich, um dies zu erreichen, und dies erfordert wiederum sehr kräftige und breitbandige Motoren, um das Antennensystem anzutreiben, und dies wirkt sich ungünstig auf den Entwurf eines kleinen und billigen Zielflugkopfes aus. Die Schwenkung der Geschoßachse kann bis zu 1000°/s betragen, und die gewünschte Genauigkeit der Geschoß-Ziel- Visierlinie im Raum beträgt nur 0,01°/s, d. h. es müßte ein Verhältnis von 100 000 : 1 über eine Bandbreite von einigen Hertz aufrechterhalten werden. Bei kleinen Geschossen ist es nicht durchführbar, Motoren vorzusehen, die innerhalb der verfügbaren Grenzen des Raums und der Kosten eine ausreichende Leistung aufweisen, und es treten daher störende Führungssignale auf, die durch Fehler der Raumstabilisierungsschaltung bedingt sind.

Eine andere Anordnung ist in der US-PS 35 27 429 beschrieben. Bei dieser Anordnung sind die Antennenelemente fest an dem Geschoß angebracht. Eine elektrische Visierlinie wird jedoch durch die relative Phasenverschiebung der entsprechenden Antennenausgangssignale gesteuert, um dadurch die Lage des raumstabilisierten Stabilisierungskreisels im Geschoß zu verfolgen, die wiederum durch die Abweichung der Zielsichtlinie von der Antenne zur Verfolgung des Ziels geregelt wird. Die Bewegung des Geschoßkörpers ist somit weitestgehend von der Zielnachfolgeanordnung entkoppelt. Eine genaue Nachfolge erfordert wiederum eine große Verstärkung in der Stabilisierungsschleife, und die laufend erforderlichen Standards der Nachfolgegenauigkeit lassen sich nur schwer erreichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Geschoß-Lenkanordnung anzugeben, bei der die genannten Nachteile vermindert oder vollständig beseitigt sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Geschoß-Lenkanordnung mit einer steuerbaren Antenne in einer Kurswinkel-Schleifenschaltung gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine Raumstabilisierungsschleifenschaltung mit einem Stabilisierungskreisel, der an der Antenne befestigt ist, um ein Ausgangssignal zu bilden, das der Größe der Bewegung der Antenne im Raum entspricht, und an der auch eine Antennenantriebsvorrichtung vorgesehen ist, wobei das Ausgangssignal des Stabilisierungskreisels der Antennenantriebsvorrichtung zugeführt wird, um die Richtung der Antennen- Visierlinie im Raum zu stabilisieren, und durch eine Einrichtung, durch die von dem Kurswinkelsteuersignal, das der Antennenantriebsvorrichtung zugeführt wird, ein Kompensationssignal abgeleitet wird, das der scheinbaren Bewegung des Ziels entspricht, wobei das Kompensationssignal der Stabilisierungsschleife in entgegengesetzter Richtung zugeführt wird, wie das Geschoßsteuerausgangssignal.

Die Erfindung wird nun an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht einer Vielfachantenne einer Geschoßlenkanordnung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 1,

Fig. 4 ein Blockschaltbild der wichtigsten Teile einer Geschoßlenkanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines halbaktiven Radarsystems des Zielflugkopfes eines gelenkten Geschosses, das mit einer gesteuerten automatischen Verstärkungsregelung gemäß der Erfindung versehen ist.

Die Antennenanordnung bildet einen Teil eines Zielflugkopfes für ein Luftkampfgeschoß. Die Radaranordnung ist halbaktiv, indem das Ziel mit Hochfrequenzschwingungen bestrahlt wird, die von einer fern von dem Geschoß liegenden Quelle herrühren, z. B. von dem Radargerät des Flugzeuges, welches das Geschoß abgefeuert hat.

Die in Fig. 1 dargestellte Vielfachantenne 1 enthält eine Anordnung von vier Antennenelementen 1 a bis 1 d, die jede ihre eigene Antennenzuführung 2 und Reflektorscheibe 3 enthalten. Die Achsen der vier Elemente 1 a bis 1 d liegen alle parallel zueinander, so daß, wenn ein Hochfrequenzsignal von einem Ziel durch die Antenne aufgenommen wird, die Ausgangssignale der vier Elemente alle etwa gleiche Amplitude aufweisen, sich jedoch in der Phasenlage je nach der Orientierung des Ziels relativ zu der Antenne unterscheiden.

Die Trägerplatte 4 trägt auch zwei Stabilisationskreisel 30 und 40, die dazu dienen, Ausgangssignale zu liefern, welche die Bewegungen der Trägerplatte 4 und der Antenne 1 im Raum anzeigen, während das Gestell 6 zwei Potentiometer 31 und 32 trägt, die von den Getrieben 9 und 17 angetrieben werden und elektrische Ausgangssignale liefern, welche die Bewegungen der Trägerplatte 4 und der Antenne 1 nach Azimut und Höhe anzeigen, die durch die Getriebe 9 und 17 hervorgerufen werden.

In Fig. 4 ist eine Kurswinkelschleifenschaltung dargestellt, die zur Steuerung bezüglich der Azimutachse dient und eine Subtraktionsschaltung 42, einen Empfänger, eine Subtraktionsschaltung 44, ein Radarfilter 45, eine Subtraktionsschaltung 46, ein Integrationsfilter 47, den Antriebsgleichstrommotor 8 und eine Summenschaltung 49 enthält. Eine Raumstabilisierungsschleifenschaltung zur Steuerung in der Azimutachse enthält das Integrationsfilter 47, den Gleichstromantriebsmotor 8, die Summenschaltung 49, den Kreisel 30 und die Subtraktionsschaltung 46. Eine Kompensationsschaltung 51 ist vorgesehen, um aus der Kurswinkelschleifenschaltung ein Signal abzuleiten, welches die scheinbare Bewegung des Zieles in Abweichung von der Geschoß-Ziel-Visierlinie anzeigt, die durch eine Änderung in der Lage des Geschosses im Azimut verursacht ist und um sie der Raumstabilisierungsschaltung über die Subtraktionsschaltung 44 und das Radarfilter 45 zuzuführen.

Eine ähnliche Kurswinkelschleifenschaltung zur Steuerung in der Höhenrichtachse enthält eine Subtraktionsschaltung 52, einen Empfänger 53, eine weitere Subtraktionsschaltung 54, ein Radarfilter 55, eine Subtraktionsschaltung 56, ein Integrationsfilter 57, den Gleichstromantriebsmotor 16 und eine Summierschaltung 59. Eine Raumstabilisierungsschleifenschaltung zur Steuerung in der Höhenachse enthält das Integrationsfilter 57, den Gleichstromantriebsmotor 16, die Summierschaltung 59, den Kreisel 40 und die Subtraktionsschaltung 56. Eine Kompensationsschaltung 61 ist vorgesehen, um aus der Kurswinkelschaltung ein Signal abzuleiten, welches die scheinbare Bewegung des Zieles in Abweichung von der Geschoß-Ziel-Visierlinie anzeigt, die durch eine Änderung der Lage des Geschosses in der Höhenlage verursacht ist und um sie der Raumstabilisierungsschaltung über die Subtraktionsschaltung 54 und das Radarfilter 55 zuzuführen.

Die beiden Schaltungsanordnungen, und zwar die zur Kompensation im Azimut und die andere zur Kompensation in der Höhe, arbeiten in der gleichen Art und Weise und es wird daher im folgenden nur die Wirkungsweise der Azimutschaltung beschrieben. Die Subtraktionsschaltung 42 hat eine Eingangsleitung 62, der ein Signal zugeführt wird, welches dem scheinbaren Winkel der Visierlinie entspricht. Die Subtraktionsschaltung 42 hat ferner eine Eingangsleitung 63, auf der ein Signal zugeführt wird, das die Orientierung der Antenne im Raum anzeigt. Sie erzeugt ein Ausgangssignal, welches den "Augenpunktfehler" oder die räumliche Winkelbewegung der Visierlinie zwischen dem Geschoß und dem Ziel anzeigt und führt dieses Ausgangssignal dem Empfänger 43 zu. Der Empfänger 43 liefert ein Spannungssignal, das dem "Augenpunktfehler" proportional ist und führt dieses dem Radarfilter 45 über die Subtraktionsschaltung 44 zu.

Das Ausgangssignal der Raumstabilisierungsschaltung, welches die Resultierende von Signalen des Kreisels 30 und eines Signals einschließt, welches den räumlichen Winkel des Körpers des Geschosses anzeigt und der Eingangsleitung 65 der Summenschaltung 49 zugeleitet wird, wird über eine Leitung 66 der Kompensationsschaltung 51 zugeführt. Die Subtraktionsschaltung 44 erhält das Ausgangssignal von der Kompensationsschaltung 51, wie oben beschrieben, und erzeugt ein Differenzausgangssignal, das dem Radarfilter 45 zugeleitet wird. Das Radarfilter 45 liefert ein Ausgangsssignal R₀ auf einer Ausgangsleitung 67, welche dazu benutzt wird, das Geschoß zu lenken. Das Ausgangssignal R₀ des Radarfilters 45 wird auch der Raumstabilisierungsschleifenschaltung zugeführt, um den Motor 8 zu steuern und daher die Lage der Antennenanordnung 1 im Azimut so einzustellen, daß scheinbare Bewegungen des Zieles in Abweichung von der Visierlinie zwischen Geschoß und Ziel kompensiert werden, die durch Änderungen der Geschoßlage in der Azimutrichtung verursacht sind.

Es läßt sich nun zeigen, daß

R₀ = Y₂ [Y₁( Ψ _SA -Ψ _D ) - Y _C Y _F ε] (a)
ε = R₀-Y _G Ψ _D (b)
Ψ _D -Ψ _M = Y _S Y _F ε (c)
aus (a) R₀ = Y₁Y₂Ψ _SA -Y₁Y₂Ψ _D -Y₂Y _C Y _F ε (d)

• 1) Eliminiere zunächst ε R₀ = Y₁Y₂Ψ _SA -Y₁Y₂Ψ _D -Y₂Y _C Y _F R₀+Y₂Y _-C Y _F Y _G Ψ _D d. h. (1+Y₂Y _C Y _F ) R₀+(Y₁Y₂-Y₂Y _C Y _F Y _G ) Ψ- _D = Y₁Y₂Ψ _SA aus (b) und (c) Ψ _D -Ψ _M = Y _F Y _S R₀-Y _F Y _S Y _G- Ψ _D d. h. Y _F Y _S R₀ - (1+Y _F Y _S Y _G ) Ψ _D + Ψ _M- = 0
• 2) Eliminiere Ψ _D

Daher ergibt sich im Idealfall

wenn der letzte Ausdruck zu Null wird:

und der Nenner wegfällt, daher

wobei:

Y _C die Übertragungsfunktion der Kompensationsschaltung 51 ist,Y₁die Übertragungsfunktion des Empfängers 43 ist, Y₂die Übertragungsfunktion des Radarfilters 45 ist, Y _G die Übertragungsfunktion des Kreisels 30 ist, Y _F die Übertragungsfunktion des Integrationsfilters 47 ist, Y _S die Übertragungsfunktion des Motors 8 darstellt K _V der Ausgangsskalenfaktor ist und Peine Differentialfunktion.

Bei der Abänderung der Geschoßlenkschaltung nach Fig. 4 wird das Ausgangssignal der Kompensationsschaltung 51 dem Eingang des Empfängers 43 zugeführt, wie dies durch die gestrichelte Linie 68 angedeutet ist und nicht der Subtraktionsschaltung 44.

Nach Fig. 5 werden die vier Ausgangssignale der Vielfachantenne 1 mit der Bezeichnung A₁, A₂, A₃, A₄ addiert und in einer Schaltung 72 subtrahiert, um Summen- und Differenzsignale zu bilden, die den ersten Zwischenfrequenzverstärkern 73 und 74 eines Empfängers 75 zugeführt werden. Der Empfänger 75 enthält einen örtlichen Schwingungserzeuger 76, dessen Ausgangsgröße mit den Ausgangsgrößen der Zwischenfrequenzverstärker 73 und 74 in Mischstufen 77 und 78 gemischt wird, um sie in eine zweite Zwischenfrequenz zu überführen. Die Signale der zweiten Zwischenfrequenz von den Mischstufen 77 und 78 werden Verstärkern 79 und 80 für die zweite Zwischenfrequenz zugeführt.

Die Ausgangsgröße des Verstärkers 80 wird einer automatischen Verstärkungsregelungs-Detektorschaltung 81 zugeführt, die dazu dient, den Verstärkungsgrad der Zwischenfrequenzverstärker 73, 74, 79 und 80 zu steuern.

Claims (4)

1. Geschoß-Lenkanordnung mit einer Antennenanordnung (1), die mehrere Ausgänge hat, von denen ein Summensignal, das die Summe der Antennenausgangsgrößen darstellt, und ein Differenzsignal, das die Richtung des Ziels relativ zur Antennen-Visierlinie darstellt, abgeleitet wird, mit einer Ziel-Kurswinkelschleifenschaltung, die einen Empfänger (43) enthält, der aus den Summen- und Differenzsignalen ein Geschoßsteuerausgangssignal ( R₀) ableitet, das eine Funktion der Winkeldifferenz (42) zwischen einer Geschoß-Ziel-Visierlinie ( Ψ _SA ), wie sie durch die Summen- und Differenzsignale dargestellt ist, und der Antennen-Visierlinie ( Ψ _D ) ist, wobei die Kurswinkelschleifenschaltung eine Antennenantriebsvorrichtung (8) zur Steuerung der Winkellage der Antennen-Visierlinie ( Ψ _D ) aufweist, wobei die Antennenantriebsvorrichtung (8) von dem Ausgangssignal so gesteuert wird, daß sie die Winkeldifferenz auf Null zu mindern sucht, gekennzeichnet durch eine Raumstabilisierungsschleifenschaltung mit einem Stabilisierungskreisel (30), der an der Antenne befestigt ist, um ein Ausgangssignal zu bilden, das der Größe der Bewegung der Antenne im Raum entspricht, und an der auch die Antennenantriebsvorrichtung (8) vorgesehen ist, wobei das Ausgangssignal des Stabilisierungskreisels der Antennenantriebsvorrichtung (8) zugeführt wird, um die Richtung der Antennen-Visierlinie ( Ψ _D ) im Raum zu stabilisieren, und durch eine Einrichtung (51), durch die von dem Kurswinkelsteuersignal, das der Antennenantriebsvorrichtung (8) zugeführt wird, ein Kompensationssignal abgeleitet wird, das der scheinbaren Bewegung des Ziels entspricht, wobei das Kompensationssignal der Stabilisierungsschleife in entgegengesetzter Richtung (44) zugeführt wird wie das Geschoßsteuerausgangssignal ( R₀).

2. Geschoß-Lenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Stabilisierungskreisels (30) und das Geschoßsteuerausgangssignal ( R₀) voneinander subtrahiert und der Antenne (1) zugeführt werden, um ein Ziel bei Vorhandensein eines Antennenstabilisierungssignals des Stabilisierungskreisels (30) zu suchen.

3. Geschoß-Lenkanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationssignal (51) von dem Ausgang des Empfängers (43) subtrahiert wird, um ein Geschoßsteuerausgangssignal ( R₀) zu bilden, das nicht auf scheinbare Zielbewegungen anspricht, die durch Änderung der Geschoßlage verursacht werden.

4. Geschoß-Lenkanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationssignal (51) vom Eingangssignal des Empfängers (43) abgezogen wird, um das Geschoßsteuerausgangssignal ( R₀) zu bilden, das nicht auf scheinbare Zielbewegungen anspricht, die durch Änderungen der Geschoßlage verursacht werden.