DE3326243C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zielsuchlenksystem für einen steuerbaren Flugkörper mit mindestens zwei Phasenpeilern von denen jeder zwei am Flugkörper angeordnete Empfangsantennen aufweist.

Es sind bereits Infrarot-Zielsuchlenksysteme bekannt. Diese besitzen eine sehr hohe Genauigkeit und sind in der Lage, in zuverlässiger Weise einen Flugkörper am Ende der Flugbahn im Bereich des Zieles zuverlässig zu führen. Leider ist jedoch ihre Reichweite sehr begrenzt.

Es sind weiterhin elektromagnetische Zielsuchlenksysteme der eingangs beschriebenen Art bekannt (US-PS 41 08 400). Ihre Leit- bzw. Zielgenauigkeit ist jedoch weniger gut, während hingegen ihre Reichweite groß ist; derartige elektromagnetische Zielsuchlenksysteme sind zur Nachführung eines Flugkörpers, der sich in einem großen Abstand zu dem anvisierten Ziel befindet, geeignet und sie können den Flugkörper bis in die Nähe dieses Zieles führen.

Bei diesen bekannten elektromagnetischen Zielsuchlenksystemen beruht die Erzeugung der Nachführ- bzw. Steuerungsgrößen auf der Basis von zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen. Wenn der Flugkörper, der mit einem derartigen Zielsuchlenksystem ausgerüstet ist, sich um seine 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 selbst bei stabilisiertem Flug zu einem Felderfassungsverlust 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, bei denen außerdem die Gefahr besteht, beim Empfang von Signalen, die eine umgekehrte Zirkularpolarisation haben, "blind" bzw. nicht empfangsfähig zu sein.

Es ist weiterhin grundsätzlich bekannt (US-PS 42 64 907), ein elektromagnetisches Zielsuchlenksystem mit einem Infrarot-Zielsuchlenksystem zu kombinieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zielsuchlenksystem der eingangs und im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art zu schaffen, das bei großer Reichweite eine hohe Zielgenauigkeit aufweist und bei dem keine Informationsverluste auftreten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zielsuchlenksystems sind in den Unteransprüchen beschrieben.

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

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden Empfangsantennen jedes Phasenpeilers klein gehalten und jeweils in einem geringen Abstand voneinander angeordnet sind, wobei außerdem eine übliche Infrarot-Lenkvorrichtung vorgesehen ist, die in Kombination mit den Phasenpeilern eine Doppel-Lenkvorrichtung mit aufeinanderfolgend wirksamen Einzel-Lenkvorrichtungen bildet.

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

Im folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zielsuchlenksystems beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Kopfes eines Flugkörpers, an dem ein Zielsuchlenksystem installiert ist;

Fig. 2 in schematischer Darstellung die Anordnung der Antennen des Zielsuchlenksystems nach Fig. 1;

Fig. 3 in schematischer Darstellung den Aufbau eines Phasenpeilers, und

Fig. 4 in Form eines Blockdiagramms eines der Empfängersysteme des Zielsuchlenksystems.

Fig. 1 zeigt den Kopf 1 eines die Achse 3 aufweisenden Flugkörpers, dessen Flugbahn auf ein zu erreichendes Ziel gesteuert werden soll, das insbesondere eine elektromagnetische Strahlung aussendet, beispielsweise durch sein Radargerät, sowie natürlich ebenso eine Infrarot-Strahlung.

Die elektromagnetische Lenkvorrichtung, welche im folgenden beschrieben wird, ist einer an sich bekannten Infrarot- Lenkvorrichtung zugeordnet, die in der vordersten Spitze 2 des Flugkörpers angebracht ist.

Die beiden Lenkvorrichtungen, d. h. die elektromagnetische Lenkvorrichtung und die Infrarot-Lenkvorrichtung, bilden eine passive Doppel-Lenkvorrichtung, von der die beiden Elemente aufeinanderfolgend wirksam werden, und zwar zuerst die elektromagnetische Lenkvorrichtung vom Abschuß des Flugkörpers an bis in die Nähe des Zieles und die Infrarot-Lenkvorrichtung bis zum Ziel selbst hin.

An der Außenwand des Kopfes 1, und zwar kurz hinter der vorderen Spitze 2, sind in ein und derselben im wesentlichen senkrecht zur Achse des Flugkörpers liegenden Ebene drei Paare von jeweils dicht nebeneinander stehenden kleinen Empfängerantennen 4, 4′; 5, 5′ und 6, 6′ befestigt, von denen ein Paar in Fig. 1 nicht sichtbar ist.

Diese bilden die drei Empfangsantennen der bei dem betrachteten Beispiel identischen Phasenpeiler der elektromagnetischen Lenkvorrichtung.

Die Mittelebenen 7, 8, 9 der Basen der drei Empfangsantennen liegen jeweils in einem Winkelabstand von 120°.

Anhand von Fig. 3 wird das Prinzip eines Phasenpeilers beschrieben.

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

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

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

Die Kenntnis der beiden Einfallswinkel R₁ und R₂ der gleichen Strahlung würde bereits bei zwei Phasenpeilern durch Koordinatenveränderung ausreichen, um die Lage und Trift des Flugkörpers zu errechnen. Wenn die Mittelebenen dieser beiden Basen noch senkrecht zueinander stünden, wäre die Koordinatenveränderung überflüssig. Eine Lenkvorrichtung mit zwei Basen ließe jedoch eine Schattenzone entstehen. 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 120° angeordneten Basen befreit man sich jedoch von diesem Problem. Bei einer Lenkvorrichtung mit vier orthogonalen Basen, die jeweils paarweise angeordnet sind, würde man weiterhin keine Information über eines der beiden Basenpaare erhalten, und zwar für den Fall des Empfanges eines Kreuzpolarisations- Signals. Dieses ist der hauptsächliche Grund dafür, daß eine Lenkvorrichtung mit drei Basen verwendet wird, die jeweils in einem Winkelabstand von 120° liegen. Unabhängig davon, wie die Polarisation der einfallenden Strahlung ist, und ob sich der Flugkörper 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 Phasenverschiebung Δϕ gleichfalls gering ist.

Wenn man somit über die drei Informationen bezüglich der Phasenverschiebung Δϕ₁, Δϕ₂, Δϕ₃ verfügt,
die durch die drei gegeneinander um 120° versetzten Basen geliefert werden, dann können an sich bekannte und in dem Flugkörper angeordnete Rechen- und Verarbeitungseinrichtungen die gesuchten Lage- und Triftwerte in zwei senkrecht zueinanderliegenden Ebenen bestimmen, d. h. die Steuerungs- bzw. Nachführungswerte, die dann in an sich ebenfalls bekannter Weise den Steuerkreis der Steuerelemente des Flugkörpers zugeführt werden, um diesen auf seiner Laufbahn zum Ziel zu steuern.

Schließlich wird noch kurz die Methode erläutert, die es erlaubt, die drei erhaltenen Winkelinformationen R₁, R₂, R₃ zu Steuergrößen in Bezug auf die Lage und die Trift umzuformen, und zwar R₁ und R₄:

Ausgehend von R₁ und R₂ durch die Gleichung und ausgehend von R₁ und R₃ durch die Gleichung und ausgehend von R₂ und R₃ durch die Gleichungen

Im folgenden werden die Schaltungen der elektromagnetischen Lenkvorrichtung unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben, die sich auf einen der drei Übertragungswege bezieht, die jeweils den drei Phasenpeilern zugeordnet sind, wobei die beiden anderen Übertragungswege mit diesem dargestellten Übertragungsweg identisch sind.

Jeder Übertragungsweg umfaßt einen Superheterodyn-Empfänger, der die Signale beispielsweise der beiden Antennen 4, 4′ der zugeordneten Basis empfängt.

Diese Signale durchlaufen Bandfilter 40, 40′, bevor sie jeweils unterschiedlichen Frequenzänderungen in den Mischern 41 bzw. 41′ unterworfen werden, die jeweils mit ihren ersten Eingängen an die Ausgänge der Filter 40 und 40′ angeschlossen sind.

Zwei Lokaloszillatoren 42 und 42′ sind zu diesem Zweck an die beiden Eingänge der Mischer 41 und 41′ angeschlossen, und zwar über Trennisolatoren 43, 43′ und Verteiler 44 und 44′. Die beiden Verteiler 44 und 44′ sind außerdem an einen Mischer 45 angeschlossen, der seinerseits an einen automatischen Frequenzsteuerkreis 46 angeschlossen ist, der eine Schleife mit den beiden Oszillatoren 42 und 42′ bildet, um die Differenz ihrer Frequenzen konstant zu halten, und zwar bei dem betrachteten Beispiel um einen Betrag von 70 MHz.

Die beiden von den Mischern 41 und 41′ stammenden ausgeprägten Frequenzsignale werden in einem Addierwerk 47 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.

An den Ausgang des Filters 48 ist ein erster Verstärker 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 Differenz zwischen den Frequenzen der beiden Oszillatoren 42 und 42′ und um den gesuchten Winkelabstand Δϕ₁ gegenüber dem von dem Mischer 45 kommenden Signal phasenverschoben ist.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 52 und das Ausgangssignal des Mischers 45 werden einem Phasenvergleicher 55 zugeführt, der demzufolge ein Fehlersignal liefert, welches repräsentativ ist für die Information über den Winkelabstand Δϕ₁. Dieses Signal wird dann in einem Verstärker 56 verstärkt, bevor es mit den beiden anderen für die Winkelabstände Δϕ₂ und Δϕ₃ repräsentativen Signalen in den Rechner der oben genannten Rechner- und Verarbeitungseinrichtungen eingeführt wird, der die Winkel R₁, R₂, R₃ und dann R₄ errechnet, und der an den Steuerkreis der Steuervorrichtung des Flugkörpers die Steuerwerte bezüglich der Lage und der Trift liefert, um die Laufbahn des Flugkörpers auf das Ziel zu kontrollieren bzw. zu steuern.

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

Man kann somit an einem Flugkörper mit geringeren Abmessungen eine Doppel-Lenkvorrichtung mit aufeinanderfolgender Funktionsfolge anbringen, welche eine elektromagnetische Lenkvorrichtung für die Nachführung des Flugkörpers bis zu einem Bereich von ein bis zwei Kilometer vor dem Ziel und eine genauer arbeitende Infrarot-Lenkvorrichtung umfaßt, die anschließend wirksam wird, wobei in klassischer Weise die Antennen der elektromagnetischen Lenkvorrichtung, so wie es bei dem dargestellten Beispiel beschrieben ist, vorzugsweise genau hinter der Infrarot- Lenkvorrichtung in der Spitze des Flugkörpers angebracht sind.

Claims (4)

1. Zielsuchlenksystem für einen steuerbaren Flugkörper mit mindestens zwei Phasenpeilern von denen jeder zwei am Flugkörper angeordnete Empfangsantennen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens drei Phasenpeiler aufweist, und daß die Basen der Empfangsantennen (4, 4′; 5, 5′; 6, 6′) Mittelebenen (7, 8, 9) besitzen, die jeweils in einem Winkelabstand von 120° liegen.

2. Zielsuchlenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Empfangsantennen (4, 4′; 5, 5′; 6, 6′) jedes Phasenpeilers klein gehalten und jeweils in einem geringen Abstand voneinander angeordnet sind, und daß es außerdem eine an sich bekannte Infrarot-Lenkvorrichtung (2) aufweist, die in Kombination mit den Phasenpeilern eine Doppel-Lenkvorrichtung mit aufeinander folgend wirksamen Einzel-Lenkvorrichtungen bildet.

3. Zielsuchlenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarot-Lenkvorrichtung in der vordersten Spitze (2) des Flugkörpers und die Empfangsantennen (4, 4′; 5, 5′; 6, 6′) der Phasenpeiler am Kopf des Flugkörpers im geringen Abstand hinter der Spitze (2) angeordnet sind.

4. Zielsuchlenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es Breitbandempfänger (40-56) zum Empfang der von den Phasenpeilern gelieferten Signale aufweist.