DE2813189A1

DE2813189A1 - Verfahren zur praezisen flugfuehrung und navigation

Info

Publication number: DE2813189A1
Application number: DE19782813189
Authority: DE
Inventors: Alfred Blaha; Hans Schwaerzler
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Schwaerzler Hans Dipl-Ing 8028 Taufkirchen D
Priority date: 1978-03-25
Filing date: 1978-03-25
Publication date: 1979-09-27
Also published as: IT7921044A0; NL7902330A; DE2813189C2; IT1111561B; JPS54131895A; SE444864B; GB2017448B; CA1144264A; US4350983A; FR2420790A1; GB2017448A; SE7901103L

Description

MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM -3- Ottobrunn, 17. März 1978

GESELLSCHAFT BTO1 - Kre/S chö.

MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

MÜNCHEN 8302

Verfahren zur präzisen Flugführung und Navigation

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugführungs- und Navigationsverfahren nach dem Prinzip der Laufzeitmessung und daraus ermittelter Ablage des Flugkörpers von einer vorgegebenen Flugbahn.

Verfahren und Anordnung zur Flugbahnführung sind in den verschiedensten Ausfuhrungsformen bekannt. So offenbart die DT-OS 26 24 821 ein Verfahren zum Steuern von Flugkörpern, wobei vom Flugkörper aus mindestens eine an der Landefläche befindliche Markierung angepeilt und in Elevation und Azimutrichtung vermessen wird und diese Werte zur Steuerung mit vorliegenden Sollwerten zur Landefläche verglichen werden. Abgesehen von dem offenbarten gerätemäßigen Aufwand besitzt diese Anordnung den Nachteil, daß sie vom Gegner leicht auszumachen ist, da sie selbst Impulse sendet.

Weiterhin zählt ein Flugbahnführungssystem zum Stand der Technik, das nach dem Funkleitstrahlprinzip arbeitet, wobei die Flugzeugposition relativ zu einem Leitstrahlsender nach Elevation und/oder Azimut und Schrägentfernung als Signal an ein Bordgerät geliefert wird und der Leitstrahlempfänger mit einem analogen oder digitalen Rechner verbunden ist, durch den die einer winkelmäßigen Ablage von einem geraden oder gekrümmten Anflugprofil entsprechenden Ablagesignale mit der Schrägentfernung oder einer Funktion derselben multipliziert werden. Hierdurch sollen Instabilitäten bei den Anflugprofilen ausgeschaltet werden, jedoch ist auch hier der technische Aufwand sehr hoch, außerdem ist ein autonomes Anfliegen des Landeplatzes nicht möglich, d.h. der

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Flugkörper ist abhängig von den Einrichtungen des Bodenleitsystems und muß hierzu synchron arbeiten.

Eine weitere, aus der DE-OS 24-24 159 bekannte Anordnung zur Führung von Luftfahrzeugen entlang einer Winkelkoordinate von einer Bodenanlage aus mit einer Meßschaltung, sieht vor, daß die Winkelkoordinaten für jedes Luftfahrzeug durch Verarbeitung der vom Flugzeug kommenden Empfangssignale ermittelt und mit einem Sender, der die Ergebnisse der durchgeführten Messungen überträgt, wobei Einrichtungen zur Aussendung eines veränderlichen Adressensignals, dem ein Binärcodezeichen mit den Worten "zugeteilt" und "verfügbar" zugeordnet ist, vorgesehen sind. Damit soll von den Landeplätzen das Problem der sogenannten Übernahme der Flugzeuge gelöst werden. Aber auch diese Anordnung erlaubt kein autonomes Anfliegen des Flugzeuges und der Flugkörper ist infolge seiner Sendertätigkeit im Ernstfalle vom Gegner leicht auszumachen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flugführungs- und Navigationsverfahren zu schaffen, das ein einfaches und autonomes Anfliegen des Zieles erlaubt, wobei sich die Flugführung nicht auf Rückmeldung von Impulsen vom Fluggerät an die Bodenstationen stützen kann.

Diese Aufgabe wird in der Weise gelöst, daß die Position des Flugkörpers trigonometrisch aus der absoluten Laufzeit von Impulsen, die zu bekannten Zeiten von zwei Sendern ausgestrahlt und von einem Empfänger aufgenommen werden, und der Impuls-Zeitdifferenz entfernungsmäßig vermessen und daraus die Koordinaten des Positionspunktes errechnet werden, mit deren Hilfe die Ablage von der vorgegebenen Flugbahn wertmäßig ermittelt und als Stellgröße dem Autopiloten zugeführt wird. Neben der Erfüllung der gestellten Aufgabe wird durch diese vorgeschlagenen Maßnahmen außerdem noch erreicht, daß sich der Flugkörper dem Gegner nicht verrät, weil er selbst nicht sendet. Als weitere Vorteile sind anzuführen, daß das vorgeschlagene Verfahren die Zuverlässigkeit wesentlich erhöht, einen geringen Elektronikaufwand und einen geringen Energiebedarf erfordert.

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Weitere Maßnahmen und Ausführungen sind in den Ansprüchen niedergelegt und in der Beschreibung erläutert. Die Zeichnung zeigt folgende Figuren:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Meßverfahrens bei dem zwei Bodenstationen Funksignale aussenden;

Fig. 2 eine schematische Darstellung bei der nur eine Bodenstation Funksignale aussendet und die zweite Station als Relaisstation dient;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Ermittlung der Ablage des Flugkörpers von der Sollflugbahn;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der bordseitigen Flugführungsanlage;

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Sendeanlage der Bodenstationen A und B;

Fig. 6 ein Blockschaltbild der als Relaisstation dienenden Bodenstation;

Fig. 7a ein Blockschaltbild für die Programmänderung;

Fig. 7b ein Blockschaltbild .für die Bahnkorrektur durch Beeinflussung der Phasenlage;

Fig. 7c ein Blockschaltbild für die Bahnkorrektur durch Änderung des Abstrahlzeitpunktes.

Wie die Fig. 1 zeigt, bilden die Bodenstation A mit der Bodenstation B und dem Flugkörper C auf seiner Flugbahn die Eckpunkte eines Dreiecks, bei dem die Strecken AC mit "a" und BC mit "b" bezeichnet und zu vermessen sind. Die Strecke AB ist mit "c" bezeichnet und ihrer Größe nach durch terrestrische Messung genau bekannt.

Das Meßverfahren bedient sich eines Zeitnormals zwischen den Punkten A, B und C, bestehend aus hochpräzisen Uhren sowie einem Rechner an Bord des Flugkörpers. Mit diesen Geräten v/erden nun die Laufzeiten von Impulsen gemessen, die zu bekannten Zeiten oder in bexannter Zeitfolge von den Bodenstationen ausgestrahlt und in C - dem augenblicklichen Standpunkt des Flug-

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körpers - empfangen werden. Im allgemeinen werden die ausgesandten Impulse vom Flugkörper zu verschiedenen Zeit empfangen. Nun ermittelt der Bordrechner aus der absoluten Laufzeit und der gegenseitigen Zeitdifferenz der Impulse die Entfernungen "a" und "b" und errechnet daraus die Koordinaten des augenblicklichen Positionspunktes des Flugkörpers C gegenüber einem gewählten Bezugssystem.

Nunjkann man die Laufzeitmessung auf zweierlei Arten durchführen, wobei allerdings der jeweilige Aufbau des Meßsystems unterschiedlich ausgeführt ist.

Im ersten Ausführungsbeispiel befinden sich sowohl in den Bodenstationen A und B, als auch im Fluggerät C gleichlaufende Uhren, wobei die Uhren in den Bodenstationen das zeitgleiche Abstrahlen der Impulse durch die Sender steuern, während die Uhr im Fluggerät den Empfang der Signale sofort vergleicht und an den Rechner weiterleitet. Es werden also die Laufzeiten von A nach C und von B nach C mit der Borduhr verglichen und ohne Rückmeldung an die Bodenstationen direkt der Auswertung für die Flugführung weitergeleitet.

Im zweitan Ausführungsbeispiel befindet sich in nur einer Bodenstation A und im Fluggerät C je eine gleichlaufende Uhr, während die Bodenstation B ohne Uhr als Relaisstation arbeitet, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt.

Die Bodenstation A strahlt sogenannte uhrgesteuerte Impulse in Richtung C und B aus. Die Bodenstation B leitet diese Impulse von A nach C weiter. Im Fluggerät C wird nun gegenüber dem erstgenannten Verfahren eine um die Laufzeit T vergrößerte Zeitdifferenz zwischen den empfangenen Impulsen gemessen, weil die von B stammenden Impulse eine um "c" vergrößerte Strecke zurückzulegen haben. Wie bereits erwähnt, ist die Strecke "c" durch terrestrische Messung hochgenau bekannt und bleibt immer als konstante Größe bestehen, die als solche dem Bordrechner fest eingegeben ist.

Hat nun das Fluggerät seinen augenblicklichen Positionspunkt C var-tiessen, d.h. dessen Koordinaten χ und y ermittelt, ss- er-

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mittelt der Rechner durch eine einfache Rechenoperation die Ablage des Fluggerätes von der vorgegebenen Flugbahn. Dieses Verfahren ist in der Fig. 3 schematisch dargestellt, wobei die Flugbahn als Gerade der Form xcos ψ + ycjis^-l = 0 angenommen ist. Die Parameter ψ und 1 sind so gewählt, daß die Gerade durch den Zielpunkt führt. Ihre Werte sind fest im Rechner des Fluggerätes eingespeichert bzw. werden vor dem Flug eingegeben.

Die Abweichung "d" zur vorgegebenen Flugbahn errechnet sich dann aus der Formel

d = Cx₁ . cos^ +Y₁ . sin ψ - 1)

Dieser Wert wird laufend in periodischen Abständen neu ermittelt und als Stellgröße dem Autopiloten zugeführt, der das Fluggerät automatisch ins Ziel steuert. Es ist selbstverständlich, daß als Flugbahn auch gekrümmte Flugbahnen als mathematische Funktionen eingegeben werden können, auch können Flugbahnen aus verschiedenen Funktionen zusammengesetzt werden.

Nun ist es durchaus möglich, daß Bahnkorrekturen während des Fluges eingegeben werden müssen, wobei davon auszugehen ist, daß der jeweilige Flug automatisch abläuft. Diese Eingabe der Bahnkorrekturen kann nun durch umprogrammieren des Bordrechners während des Fluges durch Funkbefehle einer Leitstelle erfolgen oder aber durch Beeinflussung der Phasenlage der von den Sendern A und B abgestrahlten Messimpulse bzw. Änderung des Abstrahlzeitpunktes gegenüber den Zeitnormalen.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt nun auch die gleichzeitige Flugführung mehrerer Fluggeräte ohne hierzu einen technischen Mehraufwand zu erfordern. Da jedes Fluggerät nach einem eigenen Programm in dem von den Bodenstationen festgelegten Koordinatensystem fliegt, bewegt· sich jedes zum anderen Fluggerät unabhängig und autonom. Dadurch werden die sogenannten Multiplex-Anlagen illusorisch.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß das vorbeschriebene Flugführungs- und Navigationsverfahren ein einfaches und autonomes

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Anfliegen eines Zieles erlaubt, wobei ein gleichzeitiger Betrieb beliebig vieler Fluggeräte möglich ist. Die Flugführung selbst erfordert keinerlei Rückmeldungen von Impulsen vom Fluggerät zu den Bodenstationen und stützt sich auch nicht auf die Synchronisation zwischen den Geräten im Fluggerät und denjenigen in den Bodenstationen. Für Kampfflugzeuge ist noch wesentlich, daß es sich beim Betrieb nicht dem Gegner verrät, weil es selbst keine Impulse sendet.

Die Figuren 4 bis 6 der Zeichnung zeigen Ausführungsbeispiele der elektronischen bzw. gerätemäßigen Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens. Hierbei gibt die Fig. 4 ein Beispiel für die bordseitige Ausgestaltung, während die Fig. 5 diejenige der Bodenstationen A und B wiedergibt. Die Fig. 6 zeigt die Relaisanordnung der Bodenstation B, wenn diese lediglich die Signale der Bodenstation A als Relais weiterleitet. Die Zeichnungen sind als solche hinreichend verständlich, so daß auf ihre nähere Beschreibung verzichtet werden kann.

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Claims

Patentansprüche

1. Flugführungs- und Navigationsverfahren nach dem Prinzip der Laufzeitmessung und daraus ermittelter Ablage des Flugkörpers von einer vorgegebenen Flugbahn, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Flugkörpers (C) trigonometrisch aus der absoluten Laufzeit von Impulsen, die zu bekannten Zeiten von zwei Sendern ausgestrahlt und von einem Empfänger aufgenommen werden, und der Impuls-Zeitdifferenz entfernungsmäßig vermessen und daraus die Koordinaten des Positionspunktes errechnet werden, mit deren Hilfe die Ablage von der vorgegebenen Flugbahn wertmäßig ermittelt und als Stellgröße dem Autopiloten zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitnormale in den Bodenstationen (A und B) und im Flugkörper (C) gleichlaufende Uhren angeordnet sind, wobei erstere das zeitgleiche Abstrahlen des Meßimpulses durch die Sender steuern und letztere die Laufzeiten vergleicht und den ermittelten Wert direkt an die Flugführungseinrichtung weiterleitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitnormale in einer Bodenstation (A) und im Flugkörper (C) gleichlaufende Uhren angeordnet sind und die zweite Bodenstation als Relaisstation ausgebildet ist.

Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Abweichung (d) des Flugkörpers (C) von der vorgegebenen Flugbann in periodiscnen Intervallen laufend neu ermittelt und als Stellgröße dem Autopiloten zugeführt wird.

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5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennz eichnet, daß Bahnkorrekturen während des Fluges durch Umprogrammieren des Bordrechners durch Funkbefehle von einer Bodenleitstelle aus erfolgen.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Bahnkorrekturen während des Fluges durch Beeinflussung der Phasenlage der von den Bodenstationen (A und B) abgestrahlten Messimpulse oder Änderung des Abstrahlzeitpunktes gegenüber den Zeitnormalen erfolgen.

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