DE3326243C2 - - Google Patents
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- F41G7/22—Homing guidance systems
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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.
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.
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