DE3242871A1 - Ortsbestimmungsgeraet - Google Patents

Description

Patentanwälte "j""···* ": *p1 ρ*Κ_ΓΊ efg. Cu rt Wallach

Europäische Patentvertreter """ " DipT-frig. Günther Koch

European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

<h Datum: 19.NOVEMBER 1982

Unser Zeichen: 17 573 - K/Vi

BRITISH AEROSPACE PUBLIC LIMITED

100 Pall Mall London, SWtY 5HR ENGLAND

ORTSBESTIMMUNGSGERÄT

O O

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- Jr -

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ortsbestimmungsgerät zur Bestimmung der Lage eines Gegenstandes im Sichtfeld eines Systems^wobei ein Strahlbündel beispielsweise ein Laserstrahlbündel in steuerbarer Richtung in das Sichtfeld geschickt wird.

Ein solches Gerät kann zur Überwachung und/oder zur Führung von Gegenständen.beispielsweise von Flugzeugen, Flugkörpern, Raumfahrzeugen und Satelliten benutzt werden.

So wird zum Beispiel bei einem optischen Leitstrahllenksystem (O.B.R.) eine kontinuierliche Welle (CW.) als Laserstrahl ausgeschickt, der wiederholt ein Sichtfeld abtastet.das ein Ziel aufweist, wobei die Abtastung mechanisch unter Verwendung eines rotierenden polygonalen Spiegels erfolgt_/der bei seiner Drehung des Strahl ablenkt.damit er aus den Linien des Abtastmusters herausgeführt wird.und es wird ein ebener Schwingungsknotenspiegel benutzt.um die Abtastungslinien über den abgetasteten Bereich zu indizieren. Zu vorbestimmten Zeiten,ζ.Β. zu Beginn jeder Abtastung.wird ein Bezugsstrahlungsimpuls von einem Hochleistungsimpulslaser über den gesamten abgetasteten Bereich emittiert. Indem man die Zeit mißt.die zwischen Empfang des Bezugsstrahlungsimpulses und des Strahlungsimpulses verstreicht, der als C.W.-Laserstrahlnachführung über die Lage des Flugkörpers verstreicht,kann ein Empfänger mit Zeitgeber an Bord des Flugkörpers seine Lage innerhalb des abgetasteten Bereiches bestimmen wodurch der Flugkörper nach dem Ziel geleitet werden kann.

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Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden an späterer Stelle'die Prinzipien erläutert durch die bei einem optischen Leitstrahllenksystem für Flugkörper die Informationen über den Ort an den sich der.Flugkörper befindet, aus dem einfallenden C.W.-Laserstrahl am Flugkörper abgeleitet, d.h. ohne Bezugnahme auf irgendeinen Bezugsstrahlungsimpuls. Diese Prinzipien sind jedoch nicht nur zur Lenkung von Flugkörpern anwendbar. Stattdessen können die Prinzipien auch in Verbindung mit Überwachungssystemen Anwendung finden und auch zur Führung nicht nur von Lenkwaffen sondern auch von Flugzeugen, Raumfahrzeugen oder Satelliten beispielsweise.

Die Erfindung geht aus von einem Ortsbestimmungsgerat mit einem steuerbaren Sender zur Abstrahlung eines Strahlenbündels in steuerbarer Richtung innerhalb eines Sichtfeldes. Gemäß der Erfindung ist die Anordnung derart getroffen, daß Steuermittel den Strahlungssender derart steuern, daß die Strahlrichtung so geändert wird, daß der Strahl aus einem Pfad abwandert.während der Strahl zweimal auf einen Punkt innerhalb des Sichtfeldes auftrifft, wobei die Zeit zwischen zwei Einfällen von der Lage des Punktes innerhalb des Sichtfeldes abhängt.

Zweckmäßigerweise bewirkt die Steuereinrichtung, daß der Strahl aus einem ersten Abtastpfad über dem gesamten Bereich innerhalb des Sichtfeldes auswandert und danach aus einem zweiten Abtastpfad über den gesamten Bereich derart abwandert, daß die Zeit zwischen dem Auftreffen des Strahls an jenem Punkt bei Durchlaufen des jeweili-

--fragen Musters von der Lage des Punktes innerhalb des Bereiches abhängig ist.

Der erste und der zweite Abtastpfad können jeweils im wesentlichen identische Muster paralleler Linien umfassen, wobei sich der Strahl in einer Richtung bewegt.um die Linien des einen Musters abzutasten und in der entgegengesetzten Richtung^um die Linien des anderen Musters abzutasten. In diesem Fall ist es zweckmäßig^daß die Steuereinrichtung bewirkt, daß der Strahl aus dritten und vierten Abtastpfaden über dem Bereich auswandert und diese Pfade bestehen im wesentlichen aus identischen Mustern paralleler Linien und der Strahl bewegt sich wieder in entgegengesetzten Richtungen.um die Linien der jeweiligen Muster abzutasten, aber diese Linien des dritten und vierten Pfades verlaufen quer zu den Linien des ersten und zweiten Pfades. Es ist weiterhin zweckmäßig daß die Steuervorrichtung bewirkt, daß der . Strahl aus den Abtastpfaden in wiederholten zyklischen Folgen auswandert.

Vorzugsweise wird die Abtastung aufeinanderfolgender Abtastpfade und die Abtastung aufeinanderfolgender Folgen von Abtastpfaden wo diese Folgen zyklisch wiederholt werden jeweils durch eine Verzögerungszeit getrennt, so daß die aufeinanderfolgenden Pfaden durch die Zeit identifiziert werden können, die zwischen aufeinanderfolgenden Einfällen des Strahls auf jenen Punkt verstreichen.

Die steuerbare Projektionsvorrichtung in Gestalt eines Strahlungssenders kann einen Laserstrahlgenerator und eine akustisch-optische Strahlablenkvorrichtung aufweisen, die die Richtung des Strahlers ändert.

Gemäß einem zweiten Merkmal der Erfindung ist ein Abtastwellenformgenerator zur Benutzung in der Steuervorrichtung vorgesehen und der Generator ist in der Lage_reine zyklische Folge sich wiederholender Abtastwellenformen zu erzeugen, von denen die eine die Umkehrung der anderen darstellt, so daß ein Strahlungsbündel entsteht, dessen Strahlungsrichtung gemäß den WeI lenformabtastungen gesteuert wird die aus einem Pfad abgenommen werden, der zweimal einen Punkt innerhalb des Bereiches kreuzt.in den der Strahl hineinprojiziert wird.und die Zeit zwischen zwei Kreuzungen ist abhängig von der Lage des Punktes innerhalb des Sichtfeldes.

Der Abtastwellenformgenerator kann zwei Ausgänge haben, und während eines ersten Zeitintervalls kann er an einem seiner Ausgänge eine aufsteigende Treppenwellenform aufweisen, um die Linien des Linienabtastmusters zu indizieren, während am anderen Ausgang eine Folge von Sägezahnwellenformen abgestrahlt wird, um die jeweiligen Linien abzutasten und darauf wird während eines zweiten Zeitintervalls eine absteigende treppenförmige Wellenform an dem einen Ausgang erzeugt und eine umgekehrte Sägezahnwellenform am anderen Ausgang. Zweckmäßigerweise erzeugt während des jeweiligen dritten und vierten Zeitintervalls der Generator ansteigende und abfallende treppenförmige Wellenformen an dem anderen

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Ausgang und die Folge der Sägezahnwellenformen mit entgegengesetzten Gradienten an dem einen Ausgang.

Gemäß einem dritten Merkmal der Erfindung ist ein Leitstrahllenksystem vorgesehen, welches ein Ortsbestimmungsgerät gemäß der Erfindung aufweist und ferner wenigstens eine Vorrichtung innerhalb des Flugkörpers um den Einfall des Strahles auf den Flugkörper festzustellen-, um die Zeit zu bestimmen, die zwischen aufeinanderfolgenden Einfällen verstreicht, und um den Flugkörper entsprechend zu lenken.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild welches die Arbeitsweise und in vereinfachter Form die Konstruktion eines optischen Leitstrahllenksystems erkennen läßt;

Fig. 2 Diagramme die die Folge der Abtastmuster erkennen lassen, die von einem Laserstrahl erzeugt werden der von dem System nach Fig. 1 abgestrahlt wird;

Fig. 3 ein Impuls der Diagramm welches die zeitliche Folge der Impulse erkennen läßt, die an Bord eines Flugkörpers erzeugt werden.der durch das System gemäß der Fig. 1 geleitet wird;

Fig. 4 ein vereinfachtes Diagramm einer Antriebssteuerstufe, die bei dem System nach Fig. 1 benutzt wird;

Fig. 5 Impulsdiagramme .die die Wellenformen der verschiedenen Signale erkennen lassen, die innerhalb der Schaltung nach Fig. 2 erzeugt werden;

Fig. 6 ein Diagramm welches eine modifizierte Abtastmusterfolge erkennen läßt.

Gemäß Fig.. 1 umfaßt das dargestellte Lenksystem eine Bodenstation mit einem einen Dauerstrichlaser 1, d.h. einem Laser mit ungedämpfter Welle. Diesem ist eine Energieversorgungsstufe 2 zugeordnet. Ferner sind zwei akustisch-optische Ablenkzellen 3 und 4 sowie eine HaIb-. wellenplatte 5 und ein schaltbarer Spiegel 6 vorgesehen. Wie bekannt.arbeitet eine akustisch-optische Ablenkvorrichtung in der Weise, daß ein Lichtstrahl beispielsweise der Strahl 7 vom Laser 1 empfangen wird und gemäß dem Empfang eines Hochfrequenzantriebssignals im Megahertzbereich oder im Gigahertzbereich ein Teil der Lichtenergie in einer einzigen Ebene abgelenkt wird, um einen sogenannten Strahl erster Ordnung zu erhalten, wobei der Ablenkwinkel im wesentlichen proportional zur Frequenz des Antriebssignals ist. Die Zelle 3 gemäß Fig. 1 ist so angeordnet, daß sie den Strahl 7 empfängt ,und der von dieser Zelle 3 erzeugte Strahl 8 erster Ordnung tritt über die Halbwellenplatte 5 in die Zelle 4 ein. Die Funktion der Halbwellenplatte 5 besteht darin, die Polarisationsebene des Strahles 8 zu drehen und diesen für eine richtige Arbeitsweise der Zelle 4 vorzubereiten, wie dies für den Fachmann klar ist. Der von der Zelle erzeugte Strahl 9 erster Ordnung tritt durch den steuerbaren Spiegel hindurch.Der nicht dargestellte Strahl der Nullordnung jeder Zelle, d.h. der nicht abgelenkte

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Anteil des von jeder Zelle empfangenen Strahls wird einem nicht dargestellten Energieabsorbtionsmedium zugeführt.

Der schaltbare Spiegel 6 ist so steuerbar,, daß der Strahl 9 erster Ordnung der Zelle 4 nach einem ersten optischen Ausgangssystem 10 oder über einen weiteren Spiegel 11 nach einem zweiten optischen Ausgangssystem 12 gelangt. Eines der optischen Systeme 10 und 12 die als "Sammeloptik" bezeichnet werden, besitzt ein vergleichsweise breites Sichtfeld und wird benutztem einen gerade gestarteten Flugkörper festzustellen und ihn in das kleinere Sichtfeld des anderen Systems zu leiten. Die Sammeloptik wird dann benutzt um den Flugkörper während des weiteren Fluges zu lenken.

Die Zelle 3 ist so angeordnet, daß eine Veränderung des Winkels über den diese Zelle den Strahl S ablenkt, die Höhenrichtung des Ausgangsstrahles 13 verändert, der tatsächlich von einem der beiden optischen Systeme 10 oder 12 je nachdem welches in Betrieb befindlich ist₃ abgestrahlt wird. Zwischenzeitlich steuert die Zelle 4 die Azimutrichtung des Ausgangsstrahls 13. Die Antriebssignale für die beiden Zellen werden durch Treiberstufen 14 bzw. 15 erzeugt von denen jede einen Gatterkreis, einen spannungsgesteuerten Oszillator und möglicherweise eine Verstärkerausgangsstufe enthält, und diese Elemente jeder Treiberstufe sind nicht getrennt dargestellt. In jeder Stufe wird die Austastschaltung gemäß einem gemeinsamen Freigabesignal E von einer Treibersteuerstufe 16 betätigt, wodurch der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators nach der zugeordneten Ablenkzelle gelangt, wobei die Frequenz jenes Ausgangs im wesentlichen

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proportional zur Größe des jeweiligen Spannungssteuersignals Vx und Vy ist,die jeweils von der Stufe 16 erzeugt werden.

Wenn die Ansteuerungssignale für die Zellen 3 und 4 aus getastet werden, dann geht im wesentlichen die gesamte Energie,die von jeder Zelle empfangen wird in den jeweiligen Strahl der Nullordnung über, d..h. in einen nicht abgelenkten Strahl und gelangt nach dem Energieabsorbtionsmedium. Deshalb wird in diesen Zeiten der Ausgangsstrahl 13 abgeschaltet. Wenn die Ansteuerungssignale angeschaltet werden, dann wird der Strahl 13 abgestrahlt, wobei seine Höhenlage und seine Azimutlage durch die jeweiligen Größen der Signale V und V ge-

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steuert werden.

Im Betrieb werden die Signale Vx und Vy so geändert, daß der Strahl 13 veranlaßt wird^wiederholt ein Feld 101 (Fig.2) mit rechteckigem Querschnitt innerhalb des Sichtfeldes des jeweils wirksamen optischen Ausgangssystems abzutasten. Die aufeinanderfolgenden Abtastungen werden gemäß einer zyklischen Folge von vier Linienabtastmustern A, B, C und D durchgeführt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Das erste Muster A beginnt in der oberen linken Ecke des abgetasteten Feldes und diese Lage des Strahls 13 wird durch hohe Werte der Signale Vx und Vy erzeugt, und dieses erste Muster umfaßt horizontale Linien bei deren Abtastung sich der Strahl 13 von links nach rechts bewegt, wobei dazwischen wie strichliert dargestellt der Strahl von rechts nach links zurückfliegt und dabei gleichzeitig um den Abstand einer Linie vorgeschoben wird. Die Rück-

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flugpfade sind nur gedacht, weil während der Rückflugperiode die Ansteuerungssignale für die Zellen 3 und 4 abgeschaltet sind und deshalb kein Strahl während dieser Zeit erzeugt wird. Das Abtastmuster A wird mit dem Strahl 13 vollendet, der nach der rechten unteren Ecke des Abtastfeldes 101 gerichtet ist, worauf nach einer kurzen Verzögerung t₁ während der die ZeIlenansteuerungssignale wiederum abgeschaltet werden, der Strahl das Muster B abtastet, welches dem Muster A genau entgegengesetzt ist, d„h. die Linien verlaufen von rechts nach links und fliegen von links nach rechts mit Zunahme einer Linienbreite zurück. Nach einer Zeit t~ die auf die Vollendung der Abtastung des Musters B folgt, tastet der Strahl das vertikale Linienmuster C abound dann nach einer Verzögerung die der Verzögerung t.. zwischen der Abtastung der Muster A und B entspricht, wird das Muster D abgetastet und dieses Muster D stellt eine Umkehr des Musters C dar. Nach einer weiteren Verzögerung t₃ beginnt die Folge wiederum mit der Strahlabtastung des Musters A, worauf die Abtastung von B erfolgt usw. .

Während der Durchführung der Abtastung eines jeden Musters fängt ein nicht dargestellter mit einem geeigneten Detektor ausgestatteter Flugkörper.der sich in dem abgetasteten Bereich aufhält, die Laserstrahlung für jenen Augenblick auf, in der der Strahl 13 durch die Flugkörperlage hindurchgeht. Demgemäß erzeugt,wie aus Fig. 3 ersichtlich, in einem gewissen Zeitabstand nach dem Augenblick T" .zu dem die Abtastung des Musters

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A eingeleitet wird, der Strahlungsdetektor an Bord des Flugkörpers einen Signalimpuls a, wenn der Laser-

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strahl durch den Ort des Flugkörpers hindurchläuft. Das Ende der Abtastung des Musters A erfolgt zur

Zeit T_Q_ und dann folgt eine kurze Verzögerung t, e α ι

worauf zur Zeit T . die Abtastung des Musters B anfängt. Während der Abtastung des Musters B fällt der Laserstrahl wiederum auf den Flugkörper und der bordeigene Strahlungsdetektor erzeugt einen Impuls b. Die Abtastung des Musters B wird zur Zeit T . beendet und nach einer Verzögerungszeit t~ beginnt die Abtastung des Musters C zur Zeit T . Während der Abtastung dieses Musters erzeugt der Flugkörperstrahlungsdetektor einen Impuls c und die Abtastung des Musters wird zur Zeit T_ec beendet Nach einer Verzögerungszeit t beginnt die Abtastung des Musters D zum Zeitpunkt T .. Während der Abtastung des Musters D wird ein Impuls d erzeugt. Dann wiederholt sich die Folge wie dargestellt mit der Verzögerungszeit t₃ die zwischen dem Ende T _d des Abtastmusters D und dem Beginn der zweiten Abtastung des Musters A auftritt.

Eine geeignete Zeitgeberschaltung an Bord des Flugkörpers kann dann die Zeit tAB zwischen den entsprechenden Erkennungen, während der Abtastungen der Muster A und B messen und dadurch die Lage des Flugkörpers relativ zu der rechten Seite des abgetasteten Feldes bestimmen und es kann die Zeit t^ zwischen den jeweiligen Erkennungen während der Abtastung der Muster C und D gemessen werden wodurch die Lage des Flugkörpers relativ zu dem unteren Rand des abgetasteten Feldes festgestellt werden kann.

Die Funktion der Verzögerungen ti zwischen der Durch-

führung der Abtastung der Muster A und B und zwischen C und D besteht darin zu gewährleisten, daß die Signalverarbeitungsstufe an Bord des Flugkörpers^die sehr dicht an der unteren rechten Ecke des abgetasteten Feldes liegt, d.h. die Stelle wo das Muster A endet und die Strahlumkehr erfolgtem im Muster B zu starten und wo das Muster C endet und das Muster D beginnt, die sich ergebenden Erkennungen richtig auf lösen kann. Wenn die Verzögerungen nicht vorhanden wären» dann könnten die Erkennungen während der Abtastung der Muster A und B und jener während der Muster C und D einander überlappen um eine scheinbare einzige Erkennung zu liefern, oder sie könnten so dicht beieinanderliegen, daß der Flugkörper sie nicht in zwei diskrete Erkennungen auflösen könnte. Beispielsweise kann die Verzögerung t^ etwa 25 Msec. Die Funktion der Verzögerungszeiten I^ und to zwischen der Abtastung der Muster B und C und zwischen zwei Musterfolgen besteht darin, irgendwelche Mehrdeutigkeiten für den Flugkörper aufzulösender gerade in das abgetastete Feld eingetreten ist_a d.h. daß die Möglichkeit geschaffen wird, daß ein solcher Flugkörper bestimmt .welches Abtastmuster gerade vorhanden ist. Demgemäß kann t« etwas größer als t. gemacht werden, während t, sogar noch größer als t~ gemacht werden kann. Vorzugsweise ist t~ etwas größerals die Zeit die erforderlich ist um irgendein Abtastmuster abzutasten.

Infolge der Tatsache,daß die Abtastmuster nacheinander abgetastet werden, wobei dem Muster A das umgekehrte Muster B folgt und dann das Muster C von dem umgekehrten Muster D gefolgt wird, ist der Flugkörper in der Lage seine Höhe und den Azimut relativ zu dem abgetasteten

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Feld zu bestimmen, ohne daß es erforderlich wäre, irgendeinen Zeitbezugsimpuls jener Art zu empfangen der benötigt würde wenn ein einziges Abtastmuster wiederholt über das abgetastete Feld verarbeitet würde. Demgemäß umfaßt das veranschaulichte System keine zusätzlichen Bezugslaseranordnungen, d.h., solche flochleistungsimpulslaser die bisher vorgesehen werden mußten um Bezugsimpulse in bekannten Systemen zu liefern.

Im folgenden wird auf die Figuren 4 und 5 Bezug genommen. Die Arbeitsweise der Treibersteuerstufe zur Erzeugung einer vollständigen Abtastung der Muster A, B, C und D wird durch Empfang eines getrennt erzeugten Startimpulses S.T.P. eingeleitet.der dem Setzeingang einer bistabilen Stufe 20 zugeführt wird^und die Vorlaufflanke des Impulses stellt das Ausgangssignal SC der bistabilen Stufe auf logisch Null. Die bistabile Stufe wird am Ende der Folge eines Impulses von der monostabilen Stufe 21 zurückgestellt. Der Impuls S.T.P. könnte möglicherweise durch eine manuelle gesteuerte Vorrichtung erzeugt werden, aber am besten wird er durch einen nicht dargestellten geeigneten Generator erzeugt, der eine Folge solcher Impulse in Intervallen von z.B. 13T/4 erzeugt, wobei T die Zeit ist die zwischen dem Beginn der Abtastung A und dem Ende der Abtastung B verstreicht (oder zwischen dem Start von der Abtastung C und dem Ende der Abtastung D). Dieses Impuls interval I umfaßt somit die vollständige Folge mit den Verzögerungen t, und t~ und liefert geeignete Werte von t₃. Das Signal SC wird einem Steuereingang einer Logikschaltung 22 zugeführt, die einen Frequenzteilerzähler umfaßt und die betätigt wird, wenn das Signal SC auf logisch Null steht, um von dem Ausgang eines Oszillators 23 ein Taktsignal ST zu erhalten.

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Das Signal ST von dem Teile vergrößert in dem Zeitdiagramm nach Fig. 5 dargestellt sind, besteht aus einer Reihe von Logisch-1-Impulsen^von denen jeder in der Dauer gleich ist der Zeit die erforderlich ist eine Zeile irgendeines der Abtastmuster abzutasten »und er ist getrennt durch Intervalle#die den Zeilenrückflugperioden entsprechen. Das Taktsignal ST wird einem Zähler 24 zugeführt, der eine solche Kapazität hat, daß er eine Anzahl zählen kann.die die Gesamtzahl der horizontalen Linien die abgetastet werden müssen^übersteigt, wenn die Muster A und B abgetastet werden (d.h., der Zähler muß die doppelte Zahl von Linien in A oder B aufnehmen können). Zusätzlich zur Gesamtzahl von vertikalen Linien die abgetastet werden,wenn die Muster C und D verarbeitet werden (d.h., zweimal die Zahl der Linien in C oder D) plus einer Zahl die äquivalent ist der Zahl der Linien die während der Zeitverzögerung t₂ zwischen den Mustern B und C verarbeitet werden könnten. Die parallelen Ausgänge des Zähler 24 sind mit entsprechenden Adresseneingängen eines Laserspeichers 25 verbunden, wobei Oaten vorgespeichert derart sind, daß wenn eine Zählfolge fortschreitet an den fünf benutzten Datenausgängen des Speichers jeweils die Signale SM₅ SN, SO, SP und SQ erscheinen.

Das Signal SP.welches den Wert logisch 1 während jeder Zeitverzögerung t₁ und t₂ und nach Vollendung des Abtastfolgezyklus, d.h., während der Zeit t₃ annimmt, wird mit dem Taktsignal von der Schaltung 22 den beiden Gattern 26 und 27 zugeführt die jeweils die logische Zuordnung ST. SP bilden. Der Ausgang des Gatters 26 wird von den Treiberstufen 14 und 15 als gemeinsames Freigabesignal E zugeführt. Wenn dieses

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Signal den Wert logisch 1 hat, dann werden die Trei bersignale.die in den Stufen 14 und 1 durch die Zellen 3 und 4 ausgetastet.

bersignale.die in den Stufen 14 und 15 erzeugt werden

Eine Stufenwellenform SW zur Vergrößerung der Höhenlage des Laserausgangsstrahles während der Abtastung der Muster A und B und der Strahlazimut während der Abtastung der Muster C und D wird durch einen Treppengenerator erzeugt, der einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler 28 umfaßt, dessen Parallelausgänge einem Digital-Analog-Wandler 29 zugeführt werden. Der Takteingang des Zählers 28 wird mit dem Ausgang des Gatters 27, d.h., mit einem Signal identisch dem Freigabesignal E versorgt ,und der Inhalt nimmt zu durch jede logisch-O-Flanke dieses Ausgangs. Der Vorwärts-Rückwärtssteuereingang des Zählers wird mit dem Signal SN vom Speicher 25 gespeist, wobei dieses Signal den logisch 1 Wert besitzt, und es wird bewirkt, daß der Zähler die nach Null gehenden Flanken des Ausgangs des Gatters 27 vorwärts zählt, während die Abtastung der Muster B und D erfolgt und der Wert Null vorhanden ist,wobei der Zähler veranlaßt wird während der anderen Zeiten rückwärts zu zählen. Die auf logisch Null gehende Flanke des Signals SC von der bistabilen Stufe 20 zu Beginn der Abtastfolge setzt den Inhalt des Zählers 28 auf eine Zahl die gleich ist der Zahl der Linien im Muster A während die auf Null gehende Flanke des Signals SQ das einfach aus einem kurzen ins positive gehende Impuls besteht,dessen Nachlaufflanke mit dem Start der Abtastung des Musters C beginnt, den Zählerinhalt auf die Zahl von Linien im Muster C einstellt.

Eine Sägezahlwellenform R zur Nachführung der Abtastlinien jedes Abtastmuster wird durch einen Integrator 30 erzeugt, der durch die von einer Addierstufe 31 erzeugten Summe eines Richtungsspannungsgenerators 32 und dem Ausgang eines exklusive-ODER-Gatters 33 geliefert wird. Die beiden Eingänge des Gatter 33 werden mit dem Ausgang des Gatters 27, d.h. einem Signal identisch dem Freigabesignal E und dem Signal SN zugeführt. Demgemäß läßt dieses Gatter einfach den Ausgang des Gatters 27 nach der Addierstufe 31 gelangen, während das Signal SN ein logisch-Nul1-Signal ist_sd „h „ _s während die Muster A und C abgetastet werden und es wird der inverse Ausgang des Gatters 27 erzeugt, während die Muster B und D abgetastet werden. Infolge dessen bildet der Integrator 30 die erforderliche niedrige Sägezahnspannung mit schneller Rückführung für die Abtastmuster A und C und die hohe Sägezahnwellenform mit langsamen Rückführungen für die Muster B und D. Der Grund der Addition der Versetzspannung vom Generator 32 nach dem Integratoreingang besteht darin den Durchschnittsgleichspannungspegel des Integratorausgangs auf Null zu halten. Der Generator 32 erzeugt unterschiedliche Pegel der Versetzspannung V₁ und V₂ für die beiden Arten von Sägezahnwellenformen die durch den Integrator erzeugt werden und außerdem eine Nullspannung, d.h. keine Versetzung während der Zwischenabtast-Verzögerungszeiten t,|, tp und to unter der Steuerung des Signals SN₅ des Signals SM welches einen 1ogisch-1-Wert besitzt während die Muster A und C abgetastet werden und des Signals SO welches den logisch-1-Wert zu Beginn der Abtastung des Musters C annimmt, wobei dieses Signal auf logisch Null zurückgeht wenn die Abtastung des Musters D vollendet ist

Die auf Null gehende Flanke des Signals SO leitet die Erzeugung des Impulses der monostabilen Stufe 21 ein_s wodurch die bistabile Stufe 20 zurückgestellt wird, und hierdurch wird die Vollendung der Abtastfolge angezeigt.

Die Treppenwellenform von dem Digital-Analog-Wandler 29 und die Sägezahnwellenform vom Integrator 30 werden einem Umschalter 34 zugeführt, der unter der Steuerung des Signals SO die Treppenspannung nach dem Vy Ausgang der Ansteuerungsschaltung überführt,um die Ansteuerstufe 15 und demgemäß die Ablenkzelle 4 für die y-Ebene zu steuern, und die Sägezahnwellenform gelangt über den Umschalter nach dem Vx Ausgang der Steuerstufe.um die Ansteuerstufe 14 und die Ablenkzelle 3 für die x-Ebene anzusteuern und demgemäß die Abtastmuster A und B zu erzeugen. Die Umschaltvorrichtung schaltet dann um, so daß die Treppenwellenform dem Vx Ausgang und der Ansteuerstufe 14 zugeführt wird, während die Sägezahnwellenform dem Vy Ausgang und der Ansteuerstufe 15 zugeführt wird, wodurch das Abtastmuster C und D erzeugt wird.

Die Konstruktion und Arbeitsweise der Ansteuerschaltung 16 wurde vorstehend nur beispielsweise beschrieben und die Schaltung kann in verschiedener Form verwirklicht werden. Eine Möglichkeit besteht darin, einfach die Ansteuerstufen durch einen geeigneten Computer zu steuern, der so programmiert ist, daß das gewünschte Abtastmuster erhalten wird, und zwar insbesondere eine Folge unterschiedlicher Muster die nach Bedarf gewählt werden können

Es ist weiter festzustellen, daß die genaue Form des dargestellten Abtastmusters oder die beschriebene Folge hiervon nicht wesentlich sind. Stattdessen kann die Abtastung jedem geeigneten Muster folgen, vorausgesetzt;, daß an einem Punkt nicht notwendigerweise unmittelbar danach der Strahl sich so bewegt, daß er wieder auf den Flugkörper auftrifft und der Flugkörper seine Lage durch Bezugnahme auf das Zeitintervall zwischen zwei Einfällen bestimmen kann. Ein geeignetes modifiziertes Abtastmuster ist in Fig. 6 dargestellt- Dieses Muster umfaßt eine erste Abtastung E die in der linken oberen Ecke 100 des Abtastfeldes 101 beginnt und dann wird die Azimutrichtung des Strahls so geändert, daß eine Abtastung nach der rechten Seite des Feldes erfolgt. Nach einer kurzen Verzögerungszeit TL wird dann eine umgekehrte Abtastbewegung durchgeführt, d.h. nicht eine Rückflugbewegung wie oben in der gleichen Höhenlage, so daß der Strahl an seinem Ausgangspunkt ankommt, worauf die Strahlhöhe stufenweise nach unten geschaltet wird, und nach einer kurzen Verzögerungszeit TI erfolgt eine weitere Folge einer nach rechts gehenden Abtastung, dann folgt eine kurze Verzögerung TL und dann wird eine nach links gerichtete Abtastung vorgenommen. Die Strahlhöhe wird dann wiederum stufenweise geändert und es wird eine weitere nach vorwärts und rückwärts gerichtete Abtastung durchgeführt. Die Strahlabtastung endet an der linken unteren Ecke 102 des Feldes 100 und nach einer geeigneten Verzögerung TO beginnt die Abtastung F jeweils mit einer Reihe von nach oben und unten verlaufenden Abtastbewegungen,und die Azimutrichtung des Strahls wird dadurch von links nach rechts stufenweise zwischen jeweils zwei nach oben und unten verlaufenden Abtastungen vorgenommen. Wie.

bei der oben beschriebenen Horizontalabtastung liegt auch hier zwischen jeder nach aufwärts verlaufenden Abtastung und der folgenden nach unter gerichteten Abtastung eine Zeitverzögerung TL_;während zwischen jeder nach unten gerichten Abtastung und der folgenden nach aufwärts verlaufenden Abtastung eine Verzögerung TI liegt, während der in Azimutrichtung eine stufenweise Fortschaltung folgt. Dann endet die Strahlabtastung an der rechten unteren Ecke 103 des Feldes. Aus dieser Lage kehrt der Strahl nach dem anfänglichen Startpunkt 101 in Fig. 6a zurück und nach einer weiteren vorbestimmten Verzögerungszeit TF wiederholt sici. die gesamten Folge. Ein Flugkörper innerhalb des Feldes 100 empfängt so zwei dicht benachbarte Laserzielpunkte, während das Muster A abgetastet wird und aus der Zeit zwischen diesen beiden Zielen minus der bekannten Verzögerungszeit TL kann die Lage relativ zu dem rechten Rand des Feldes 100 bestimmt werden. Während das Muster B abgetastet wird, erhält der Flugkörper wiederum zwei dicht benachbarte Zielstrahlen des Laserstrahls und der Flugkörper kann daher seinen Ort relativ zu dem oberen Rand des Feldes 100 bestimmen. Wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden Mehrdeutigkeiten durch die Leitvorrichtung innerhalb des Flugkörpers auf der Basis der bekannten Verzögerungen TO, TF, TI und TL aufgelöst.

Die Zeit zwischen den jeweiligen Sichterkennungen während der Abtastung der Muster A und B liefert nicht nur eine Azimutinformation sondern mit einer Genauigkeit des Linienabstands auch eine Höheninformation. In entsprechender Weise liefert das Zeitintervall zwischen Zielerkennungen

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während der Abtastung der Muster C und D wenigstens eine grobe Azimutinformation und eine genaue Höheninformation. Demgemäß brauchen eventuell nur die Muster A und B oder die Muster C und D abgetastet zu werden. Dies ist nicht oft der Fall bei einem Flugkörperleitsystem,wo die Genauigkeit innerhalb eines Linienabstandes kaum gut genug ist und zwar weder für die Azimutmessung noch für die Höhenmessung, Die Erfindung ist natürlich jedoch nicht beschränkt auf eine Führung von Lenkwaffen, sondern für andere Situationen anwendbar, wo ein Flugkörper relativ zu einer definierten Lage geführt werden soll oder sich selbst führt. Beispielsweise kann ein Abtastsystem gemäß der Erfindung benutzt werden um ein Raumfahrzeug von einer Bodenstation oder von einer Station an Bord eines anderen Raumfahrzeuges zu leiten,oder die Erfindung kann benutzt werden^ um beispielsweise einen Hubschrauber zu lenken^der versucht auf einer Ölbohrungsplattform vor der Küste zu landen. Im letzteren Fall würde die Lageinformation einfach dem Hubschrauberpiloten mitgeteilt werden, statt zur automatischen Steuerung ausgenutzt zu werden, wie es der Fall bei einem Flugkörper und wohl auch bei einem Raumfahrzeug ist.

Schließlich ist festzustellen, daß es möglich ist, unter gewisser Anpassung eine mechanische Abtastung vorzunehmen, d.h. eine Abtastung unter Verwendung sich bewegender Spiegel um einer Folge eines solchen Abtastmusters zu erhalten, wobei die Zeit zwischen den Strahlungsauffällen auf einem Punkt innerhalb des abgetasteten Feldes von der Lage dieses Punktes ab-

hängt. Jedoch wird die Benutzung nichtmechanischer Ablenksysteme insbesondere die Benutzung eines akustisch· optischen Ablenksystems welches im Ausführungsbeispiel beschrieben ist in jeder Weise zu bevorzugen sein, da hierdurch eine Synchronisation der verschiedenen Bewegungen durchgeführt werden kann und die Abtastmuster einfacher ausgebildet werden können, wobei die Geschwindigkeit der Abtastung und die Wiederholung der Abtastung erhöht werden kann, wobei die Steuerung programmierbar ist und die Genauigkeit der Abtastung des Sichtfeldes und andere Parameter sowie die Genauigkeit der Ortsbestimmung verbessert werden.

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Claims (8)

Patentanwälte V;;l· ^ "jplpVlrig. Curt Wallach Europäische Patentvertreter Dipl.-lng.6üntherKoch European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-lng. Rainer Feldkamp D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d Damm: 19. NOVEMBER 1982 Unser Zeichen: 1? 573 - K/Vi PATENTANSPRÜCHE:

1.) Ortsbestimmungsgerät mit einer steuerbaren Projektionsvorrichtung zum Projezieren eines Strahlbündels in einstellbarer Richtung innerhalb eines Sichtfeldes,, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsvorrichtung steuerbar und so betätigbar ist, daß die Strahlrichtung so geändert wird, daß der Strahl aus einem Pfad herauswandert während der Strahl zweimal auf einer Stelle innerhalb des Sichtverhältnis auffällt und daß die Zeit zwischen den beiden Auftreffpunkten von der Lage des Punktes innerhalb des Sichtverhältnis abhängt.

2. Gerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuereinrichtung die Strahlrichtung so ändert, daß zunächst ein erstes Abtastmuster über dem gesamten Bereich innerhalb des Sichtfeldes abgetastet wird und daß dann ein zweites Abtastmuster über diesen Bereich derart abgetastet wird, daß die Zeit zwischen dem Einfall des Strahles an jener Stelle während der Abtastung des entsprechenden Musters von der Lage des Punktes innerhalb der Fläche abhängt.

3. Gerät nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß das erste und zweite Abtastmuster aus im wesentlichen identischen Mustern paralleler Linien besteht, wobei sich der Strahl jedoch in der einen Richtung so bewegt daß er außerhalb der Linien des einen Musters verläuft während

in der entgegengesetzten Richtung der Strahl außerhalb der Linien des anderen Musters verläuft.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung weiterhin den Strahl veranlaßt dem dritten und vierten Abtastmuster über diesen Bereich zu folgen wobei diese Pfade wiederum im wesentlichen identische Muster paralleler Linien aufweisen und der Strahl sich wiederum in entgegengesetzten Richtungen bewegt um die Linien der entsprechenden Muster nachzuzeichnen, wobei jedoch die Linien des dritten und vierten Musters quer zu jenen des ersten und zweiten Musters verlaufen.

5. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung bewirkt, daß die Abtastung der Muster in wiederholten zyklischen Folgen durchgeführt wird.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung den Strahl veranlaßt wiederholt aus dem Abtastmuster auszutreten und daß vorbestimmte identifizierungszeitverzögerungen in die Abtastung eingebaut werden.

7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsvorrichtung einen Laserstrahlgenerator und eine akusto-optische Strahlablenkvorrichtung aufweist um die Strahlrichtung zu ändern.

8. Gerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuereinrichtung die Strahlrichtung so ändert, daß der Strahl aus dem Abtastmuster herausgeführt wird, wobei eine Reihe von Paaren aufeinanderfolgender Abtastpfade gebildet wird und die aufeinanderfolgenden Pfade jedes Paares die gleichen sind jedoch querverlaufend in entgegengesetzten Richtung.

9, Flugkörperleitsystem mit Leitstrahl mit einem Ortsbestimmungsgerät nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Flugkörper eine Vorrichtung aufweist um das Auffallen des Strahles auf den Flugkörper festzustellen und um die Zeit zu bestimmen die zwischen aufeinanderfolgenden Einfallen verstreicht und um den Flugkörper demgemäß zu gleiten.