DE3326243A1

DE3326243A1 - Passives selbststeuerungssystem fuer eine maschine

Info

Publication number: DE3326243A1
Application number: DE19833326243
Authority: DE
Inventors: Pierre 92100 Boulogne-Billancourt Levy; André 95600 Eaubonne Robert
Original assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT
Current assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT
Priority date: 1982-07-27
Filing date: 1983-07-21
Publication date: 1984-02-02
Also published as: GB8319736D0; DE3326243C2; US4540139A; GB2126821B; FR2531202A1; FR2531202B1; GB2126821A

Description

DIPL.-INC. P.-C. SROKA, DR H. FEDER, di.l,phvs dr. W.-D. FEDER

PATi NTANWMTr Λ FUROPFAN ΡΑΓΓΝΓ ΛΤ f O H M Γ ~i S

KLAUS O. WALTf R

RECH TSANWAIT

D-4OOO DU SS L LDO RF 11

TELEFON (0211) 5740 21»

rn.i \ P 384 550

OEN 2o. Juli 1983

IHR ZEICHEN: MEIN ZEICHEN L"~30£.)i "1 4/

Societe Anonyme de Telecommunications Paris / Frankreich

Passives Selbststeuerungssystem für eine Maschine

Die Erfindung betrifft ein passives Selbststeuerungssystem, welches auch als Selbststeuerungsgerät bzw. Nachführautomatik bezeichnet wird, für eine Maschine mit mindestens drei Interferometerbasen, von denen jede zwei an der Maschine angebrachte elektromagnetische Antennen aufweist.

Es sind bereits Infrarot-Selbststeuerungsgeräte bekannt. Diese haben eine sehr hohe Genauigkeit und sind in der Lage, in zuverlässiger Weise eine Maschine am Ende der Laufbahn im Bereich des Zieles zuverlässig zu führen. Leider ist jedoch ihre Reichweite sehr begrenzt.

Es sind weiterhin elektromagnetische Selbststeuerungsgeräte der oben beschriebenen Art bekannt. Ihre Leitb2w. Zielgenauigkeit ist jedoch weniger gut, während hingegen ihre Reichweite groß ist; derartige elektromagnetische Selbststeuerungsgeräte sind zur Nachführung einer Maschine, die sich in einem großen Abstand zu dem anvisierten Ziel befindet, in der Lage, und sie können die Maschine bis in die Nähe dieses Zieles führen bzw. leiten.

Bei diesen bekannten elektromagnetischen Selbststeuerungsgeräten beruht die Erarbeitung der Nachführ- bzw. Steuerungsgrößen auf der Basis von zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen. Wenn die Maschine, die mit derartigen Selbststeuerungsgeräten ausgerüstet ist, sich um ihre Achse dreht oder Schlingerbewegungen ausführt, was üblicherweise der Fall ist, entstehen Informationsverluste, da die Polarisationen der Basen senkrecht zur Polarisation der zu empfangenden Strahlung liegen. Es kann weiterhin zu einem Felderfassungsverlust selbst bei stabilisiertem Flug kommen, und zwar im Fall einer Empfangsinterferenz im Bereich einer oder mehrerer Antennen zwischen dem direkten Signal und einem von der Erdoberfläche oder Wasseroberfläche reflektierten Signal. Dieses Phänomen kann im übrigen auch bei Antennen mit Zirkularpolarisation auftreten, die im übrigen auch in Gefahr stehen, beim Empfang von Signalen, die eine umgekehrte Zirkularpolarisation haben, "blind" bzw. nicht empfangsfähig zu sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein passives Steuerungssystem zu schaffen, welches nicht die den bekannten Systemen anhaftenden Nachteile aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße passive Selbststeuerungssystem dadurch gekennzeichnet, daß die drei Interferometerbasen jeweils Mittelebenen haben, die jeweils in einem Winkelabstand von 12o° liegen.

Mit dem erfindungsgemäßen Selbststeuerungssystem besteht die Möglichkeit, unabhängig von der Polarisation der empfangenen Strahlung und unabhängig von der Drehposition der Maschine oder des Zieles Nachführ- bzw. Steuerungsgrößen für ein großes Erfassungsfeld erarbeiten und erhalten zu können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden Antennen jeder Interferometerbase klein gehalten und jeweils in einem geringen Abstand voneinander angeordnet sind, wobei außerdem ein übliches Infrarot-Selbststeuerungsgerät vorgesehen ist, das in Kombination mit. den Jnterferometerbasen ein Doppel-Selbststeuerungsgerät mit aufeinanderfolgend wirksamen Einzel-Selbststeuerungsgeräten bildet.

In einem solchen Fall, und insbesondere für eine Maschine mit geringen Dimensionen, hat das elektromagnetische Selbststeuerungsgerät nur geringe Raumabmessungen und kann demzufolge mit einem Infrarot-Selbststeuerungsgerät kombiniert werden, wobei das elektromagnetische Selbststeuerungsgerät in der Lage ist, ein sich in großem Abstand befindliches Ziel zu erfassen und die Maschine bis in die Nähe dieses Zieles zu lenken, während das Infrarot-Selbststeuerungsgerät anschließend wirksam wird und die Maschine bis ins Ziel leitet.

Im folgenden wird anhand der beiliegenden Zeichnung eine bevorzugte Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Selbststeuerungssystems beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Kopfes einer Maschine, an der das erfindungsgemäße System installiert ist;

Fig. 2 in schematischer Darstellung die Anordnung der Antennen des erfindungsgemäßen Selbststeuerungs-

systeirs;
Fig. 3 in sclrematischer Darstellung den Aufbau einer Interferometerbase, und

Fig. 4 in Form eines Blockdiagramms eines der Empfängersysteme des erfindungsgemäßen Systems.

Fig. 1 zeigt den Kopf 1 einer die Achse 3 aufweisenden Maschine, deren Flugbahn auf ein zu erreichendes Ziel gesteuert werden soll, das insbesondere eine elektromagnetische Strahlung aussendet, beispielsweise durch sein Radargerät, sowie natürlich ebenso eine Infrarotstrahlung.

Das elektrische Selbststeuerungsgerät, welches im folgenden beschrieben wird, ist einem an sich bekannten Infrarot-Selbststeuerungsgerät zugeordnet, das in der vordersten Spitze 2 der Maschine angebracht ist.

Die beiden Selbststeuerungsgeräte, d.h. das elektromagnetische Selbststeuerungsgerät und das Mrarot-Selbststeuerungsgerät, bilden ein passives Doppel-Selbststeuerungsgerät, von dem die beiden Elemente aufeinanderfolgend wirksam werden, und zwar zuerst

das elektromagnetische Selbststeuerungsgerät vom Abschuß der Maschine an bis in die Nähe des Zieles, und das Infrarot-Selbststeuerungsgerät bis zum Ziel selbst hin.
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An der Außenwand des Kopfes 1, und zwar kurz hinter der vorderen Spitze 2, sind in ein and derselben im wesentlichen senkrecht zur Achse der Maschine liegenden Ebene drei Paare von jeweils disht nebeneinander stehenden kleinen Empfängerantennen 4, 4·? 5, 5' und 6, 6¹ befestigt, von denen ein Paar in Fig. 1 nicht sichtbar ist.

Diese bilden die drei Antennen der bei dem betrachteten Beispiel identischen Interferometerbasen des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Steuerungsgerätes .

Die Mittelebenen 7, 8, 9 dieser drei Basen liegen j eweils in einem Winkelabstand von 12o .

Anhand von Fig. 3 wird das Prinzip einer Interferometerbase beschrieben.

Es seien A und B die Aufstellungspunkte der beiden Antennen der Basis, M die Mittelebene de:: Basis, D der Abstand zwischen den beiden Antennen, & der Einfallswinkel der durch die Antennen von dem Ziel empfangenen elektromagnetischen Strahlung, und zwar bezogen auf die Mittelebene M, und A die Wellenlänge der Strahlung.

Die von den beiden Antennen der Basis gelieferten zwei Signale sind um einen WinkelA f phasenversetzt, und zwar gemäß der Gleichung:

δ f = 2 ir 2 sin tr.

Wenn man diese Phasenverschiebung kennt, kann man daraus den Einfallswinkel der Strahlung des Zieles ableiten und zwar gemäß der Gleichung:

= arc sin

,. Die Kenntnis der beiden Einfallswinkel Ό"\ und V_ der gleichen Strahlung würde bereits mit zwei Interferometerbasen durch Koordinatenveränderung ausreichen, um die Lage und Trift der Maschine zu errechnen. Wenn die Mittelebenen dieser beiden Basis noch senkrecht

,. ₅ zueinander stünden, würde man die Koordinatenveränderung überflüssig machen. Ein Selbststeuerungsgerät mit zwei Basen ließe jedoch eine Schattenzone bzw. eine Maske. Im Fall von orthogonalen Basen müßte man vier jeweils paarweise angeordnete orthogonale Basen haben, um diese Schattenzone auszuschalten. Mit drei jeweils in einem Winkelabstand von 12o angeordneten Basen befreit man sich jedoch von diesen Maskenproblem. Bei einem Selbststeuerungsgerät mit vier orthogonalen Basen, die jeweils paarweise angeordnet sind, würde man weiterhin keine ₂_ Information über eines der beiden Basenpaare erhalten, und zwar für den Fall des Empfanges eines Kreuzpolarisations-Signals. Dieses ist der hauptsächliche Grund dafür, daß man ein Selbststeuerungsgerät mit drei Basen verwendet, die jeweils in einem Winkelabstand von 12o liegen. Unabhängig davon, wie die Polarisation der einfallenden Strahlung ist, und ob sich die Maschine um sich seLbst dreht oder nicht, liefert ein solches System die erwünschten Informationen.

Man erkennt somit, daß, wenn die beiden Antennen ein und derselben Base dicht beieinander liegen, d.h. wenn ihr Abstand D gering ist, die Unbestimmtheit der EtasenverSchiebung Δ *f gleichfalls gering ist.

Wenn man somit über die drei Informationen über die Phasenverschiebung Δ. f _Λ, Δ *f ₀ und Δ j verfügt, die durch die drei gegeneinander um 12o versetzten Basen geliefert werden, dann können an sich bekannte und in der Maschine angeordnete Rechen- und Behandlungseinrichtungen die gesuchten Lage- und Triftwerte in zwei senkrecht zueinanderliegenden Ebenen bestimmen, d.h. die Steuerungsbzw. Nachführungswerte, die dann in an sich ebenfalls bekannter Weise dem Steuerkreis der Steuerelemente der Maschine zugeführt werden, um diese auf ihrer Laufbahn zum Ziel zu steuern.

Endlich wird noch kurz die Methode erläutert, die es erlaubt, die drei erhaltenen Winkelinformationen

$1 ' ffil' U^> ^{zu steuer}S^{rößen in} Bezug auf die Lage und die Trift umzuformen, und zwar U* und U ₄:

Ausgehend von U* und c/1 durch die Gleichung sin

sin u~ + γ

sin U. = ■

sin —2

und ausgehend von U und 27" durch die Gleichung

3 sin

sin ,α—
sin

4 ~ . sin

und ausgehend von ls und u durch die Gleichungen sin ^₁ = - ( sin Z^ + sin

sin Z/^ s: —7=5= (^sin ^₂ " ^sin V

Im folgenden werden die Schaltungen des magnetischen Selbststeuerungsgerätes unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben, die sich auf einen der drei übertragungswege bezieht, die jeweils den drei Interferometerbasen zugeordnet sind, wobei die beiden anderen Übertragungswege mit diesem dargestellten übertragungsweg identisch sind.

1.5 Jeder übertragungsweg umfaßt einen superheterodynen Empfänger, der die Signale beispielsweise der beiden Antennen 4, 4¹ der zugeordneten Basis empfängt.

Diese Signale werden von Bandfiltern 4o, 4o' empfangen, bevor sie jeweils unterschiedlichen Frequenzänderungen in den Mischern 41 bzw. 41· unterworfen werden, die jeweils mit ihren ersten Eingängen an die Ausgänge der Filter 4o, 4o' angeschlossen sind.

Zwei lokaloszillatoren 42, 42· sind zu diesem Zweck an die beiden Eingänge der Mischer 41, 41' angeschlossen, und zwar über Trennisolatoren 43, 43' und Verteiler 44_? 44*. Die beiden Verteiler 44, 44* sind außerdem an einem Mischer 45 angeschlossen, der seinerseits an einen automatischen Frequenzsteuerkreis 46 angeschlossen ist, der eine Schleife mit den beiden Oszillatoren 42, 42' bildet, um die Differenz ihrer Frequenzen konstant zu halten, und zwar bei dem betrachteten Beispiel um einen Betrag von 7o MHz.

- 1ο -

Die beiden von den Mischern 41, 41' stammenden ausgeprägten Frequenzsignale werden in einem Addierwerk addiert, auf das ein Bandfilter 48 folgt.

Die von den beiden Empfangsantennen der Basis stammenden Signale mit einer Frequenz zwischen 5 und 15 GHz gelangen somit addiert zum Eingang des eigentlichen Empfängers mit einer Frequenz in der Größenordnung von 1,5 GHz.

1oAn den Ausgang des Filters 48 ist ein erster Verstärker

49 angeschlossen, auf den ein Detektor

50 folgt, an den sich ein Bandfilter 51 mit abgestimmter Frequenz und ein zweiter Verstärker 52 anschließen.

Der Ausgang des zweiten Verstärkers 52 wird wieder rückgeführt in die beiden Kreise 53, 54 zur automatischen Verstärkungssteuerung, die einerseits zwischen das Filter 48 und den Verstärker 49 sowie andererseits zwischen das Filter 51 und den Verstärker 52 zwischengeschaltet sind.

Am Ausgang des Verstärkers 52 erhält man ein Signal mit der Abstimmungsfrequenz, welche gleich ist der 25Differnez zwischen denjenigen der beiden Oszillatoren 42, 42' und um den gesuchten Winkelabstand Δ ¹T gegenüber dem von dem Mischer 45 kommenden Signal phasenverschoben ist.

3oDas Ausgangssignal des Verstärkers 52 und das Ausgangssignal des Mischers 45 wercen einem Phasenvergleicher 55 zugeführt, der demzufolge ein Fehlersignal liefert, welches repräsentativ ist für die Information über den Winkelabstand Δ ^ . Dieses

Signal wird dann in einem Verstärker 56 verstärkt, bevor es mit den beiden anderen für die Winkelabstände A ^f₂ ^un<^ ^ ^ 3 repräsentativen Signalen in den Rechner der oben genannten Rechner- und Behandlungseinrichtungen eingeführt wird, der die Winkel ^₁/ ^yI, t^~ ₃ und dann T^ « errechnet, und der an den Steuerkreis der Steuermittel der Maschine die Steuerwerte bezüglich der Lage und der Trift liefert, um die Laufbahn der Maschine auf das Ziel zu kontrollieren bzw. zu steuern. 1o

Der oben beschriebene Empfänger ist ein Breitbandempfänger, der ein beliebiges Modulationssignal bebandeln und empfangen kann.

Erfindungsgemäß kann man somit an einer Maschine mit geringeren Abmessungen ein Doppel-Selbststeuerungsgerät mit aufeinanderfolgender Funktionsfolge anbringen, welches ein magnetisches Selbststeuerungsgerät für die Nachführung der Maschine bis zu einem Bereich von ein bis zwei Kilometer zum Ziel und ein genauer arbeitendes Infrarot-Selbststeuerungsgerät umfaßt, welches anschließend wirksam wird, wobei in klassischer Weise die Antennen des magnetischen Selbststeuerungsgerätes, so wie es bei dem dargestellten Beispiel beschrieben ist, vorzugsweise genau hinter der Infrarotspitze angebracht sind.

Claims

Patentansprüche

1. Passives Selbststeuerungssystem für eine Maschine mit mindestens drei Interferometerbasen, von denen jede zwei an dec Maschine angebrachte elektromagnetische Antennen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Interferometerbasen (4, 4¹; 5, 5'; 6, 6') jeweils Mittelebenen (7, 8, 9) haben, die jeweils in einem Winkelabstand von 12o° liegen.

2. Passives Selbststeuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antennen (4, 4¹; 5, 5'; 6, 6¹) jeder Interferometerbase klein gehalten und jeweils in einem geringen Abstand voneinander angeordnet sind, und daß es außerdem ein übliches Infrarot-Selbststeuerungsgerät (2) aufweist, das in Kombination mit den Interferometerbasen ein Doppel-Selbststeuerungsgerät mit aufeinanderfolgend wirksamen Einzel-Selbststeuerungsgeräten bildet.

3. Passives Selbststeuerungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Infrarot-Selbst-Steuerungsgerät in der vordersten Spitze (2) der Maschine und die elektromagnetischen Antennen (4, 4'; 5, 5¹; 6, 6') der Interferometerbasen am Kopf der Maschine in geringem Abstand hinter der Spitze (2) angeordnet sind.

4. Passives Selbststeuerungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis- 3, dadurch gekennzeichnet, daß es Breitbandempfänger (4o bis 56) zum Empfang der von den Interferometerbasen gelieferten Signale aufweist.