DE3326499A1

DE3326499A1 - Verfahren zur passiven lenkung von flugkoerpern

Info

Publication number: DE3326499A1
Application number: DE19833326499
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: 1982-07-28
Filing date: 1983-07-22
Publication date: 1984-02-02
Also published as: DE3326499C2; FR2531231A1; US4540140A; GB2126322B; GB2126322A; GB8319175D0; FR2531231B1

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur passiven Lenkung von Flugkörpern, insbesondere zwecks Erreichen eines in geringer Höhe, vor allem über dem Meer, manövrierenden Zielobjekts durch den Flugkörper.

Bekanntlich kann die Infrarot-Lenkung eines Flugkörpers auf ein Zie!objekt mit ausgezeichneter Präzision durchgeführt werden. Jedoch ist diese Präzision lediglich erreichbar, wenn sich der Flugkörper in der Nähe des Zielobjekts befindet, da die Reichweite der Infrarot-Zielsucher einige Kilometer nicht überschreitet.

Man muß daher die Erfassung eines Flugkörpers bei einer großen Entfernung von dem Zielobjekt durch eine elektromagnetische Lenkung bewerkstelligen.

Die passive elektromagnetische Lenkung eines sich in geringer Höhe befindenden Flugkörpers, dessen Flugbahn auf ein Zielobjekt zu steuern ist, welches ebenfalls in geringer Höhe manövriert, wird dadurch sehr schwierig, daß die gegenwärtig benutzten Lenkverfahren Verhältnisse der Winkellenkung ergeben, die um so fehlerhafter werden, je mehr der Abstand zwischen dem Flugkörper und dem Zielobjekt abnimmt.

Dies liegt daran, daß das Lenksystem des Flugkörpers nicht nur die direkt von dem Zielobjekt ausgehende Strahlung empfängt, sondern ebenfalls eine Strahlung, die an der Meeresoberfläche reflektiert- ist und von der optischen Abbildung des Zielkörpers auf dieser Oberfläche auszugehen scheint. Wenn es sich um einen Zielkörper handelt, der in geringer oder sehr geringer Höhe, d.h.

sehr nahe der Meeresoberfläche, manövriert, ist es sehr schwierig, die beiden Strahlungen zu unterscheiden, mit der Folge, daß der Flugkörper daher nicht auf das Zielobjekt als solches gelenkt wird, sondern auf ein Ziel, das sich an dem Schnittpunkt der Vertikalen des Zielobjekts mit der Meeresoberfläche, d.h. der Projektion des Zielkörpers auf dieser Oberfläche, zu befinden scheint.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diesen Nachteil zu beheben.

Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren ;:ur passiven Lenkung eines Flugkörpers, insbesondere zum Erreiche ι eines in geringer Höhe, vorzugsweise über dem Meer, manövrierenden Zielobjekts, bei welchem der Flugkörper wenigstens aaf einem Teil seiner Flugbahn durch eine passive elektromagnetische Lenkung gelenkt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Flugkörper während des genannten Teils seiner Flugbahn unter Aufrechterhaltung einer konstanten Winkelabweichung zwischen seinem Geschwindigkeitsvektor und der Geraden, die sich durch ihn sowie die Projektion des Zielobjekts auf der Erdkugel erstreckt, gelenkt wird.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die genannte Winkelabweichung hinsichtlich ihres Winkels konstant gehalten.

Es wurde tatsächlich festgestellt, daß bei einem Konstanthalten dieser Winkelabweichunc die Flugbahn des Flugkörpers zunächst steigend ist, daß sie sich danach krümmt und daß sie schließlich

wieder nach unten führt, kurz gesagt, daß diese Flugbahn im wesentlichen elliptisch ist und es dem Flugkörper ermöglicht, sich dem Zielobjekt bis auf einen geeigneten Abstand zu nähern.

Vorzugsweise wird die Winkellagenabweichung in einem Bereich, der sich von 0,5° bis 5° erstreckt und vorzugsweise im wesentlichen 1° entspricht, konstant gehalten.

Das \erfahren der Erfindung ist vor allem dann von Vorteil, wenn es dazu benutzt wird, um einen Flugkörper von seinem Abflug bis an die Nähe eines Zielkörpers zu erfassen, und wenn danach die Lenkung des Flugkörpers bis zu dem Zielobjekt durch eine präzisere Infrarot-Lenkung von der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Lenkung übernommen wird, d.h. daß der Flugkörper daher auf seiner gesamten Flugbahn durch ein zweiartiges Verfahren gelenkt wird.

In diesem Falle ist es von Vorteil, das Interferenz-Lenkverfahren des Systems anzuwenden, welches den Gegenstand der parallelen französischen Patentanmeldung 82 13 108 der gleichen Anmelderin bildet, obwohl es sich um Flugkörper kleiner Abmessungen handelt. Das Infrarot-System und das elektromagnetische System, welche aufeinanderfolgend arbeiten, können dann dank des geringfügigen Platzbedarfs der Luftantennen der Interferenz-Basen in den Kopf von Flugkörpern geringer Abmessungen eingebaut werden.

Die Erfindung wird besonders gut verständlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform eines gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu lenkenden Flugkörpers und der bevorzugten Durchführung dieses Verfahrens, und zwar unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen zeigen:

Fig. 1 eine schematische, schaubildliche Ansicht des Kopfes eines gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu lenkenden Flugkörpers,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Luftantennen des elektromagnetischen Zielsuchers des Flugkörpers der Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der von den Luftantennen des Plugkörpers der Fig. 1 empfangenen Strahlungen und

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines der Empfänger des Lenksystems des Flugkörpers der Fig. 1.

In Fig. 1 ist der Kopf 1 eines die Längsachse 3 aufweisenden Flugkörpers gezeigt, dessen Flugbahn auf einen zu erreichenden Zielkörper zu steuern ist, welcher vor allem eine elektromagnetische Strahlung, beispielsweise durch Radar, aussendet und durch den natürlich auch die Aussendung einer Infrarot-Strahlung e^rf olgt.

Der zu beschreibende elektromagnetische Zielsucher ist mit einem bereits anderweitig bekannten Infrarot-Zielsucher kombiniert, wobei sich der Infrarot-Zielsucher innerhalb der vorderen Spitze 2 des Flugkörpers befindet.

Die beiden Zielsucher, der elektromagnetische Zielsucher und der Infrarot-Zielsucher, bilden insgesamt einen zweiartigen passiven Zielsucher und wirken nacheinander, der elektromagnetische Zielsucher zuerst von der Erfassung des Flugkörpers bis dieser in die Nähe des Zielobjekts gelangt ist, und der Infrarot-Ziel-

sucher danach bis der Flugkörper das Zielobjekt erreicht hat.

Auf der Außenwandung des Kopfes 1 des Flugkörpers, und zwar in sehr geringem Abstand hinter dessen Spitze 2, sind im wesentlichen innerhalb der gleichen Querschnittsebene drei Paare von dicht nebeneinander liegenden kleinen Empfangsantennen 4, 4¹; 5, 5¹ und 6, 6' angeordnet, von denen ein Paar in der Fig. 1 nicht zu erkennen ist. Diese Antennenpaare bilden die drei Luftantennen der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als identisch anzusehenden drei Interferenz-Basen des elektromagne tischen Zielsuchers.

Die Längsmittelebenen 7, 8 und 9 dieser drei Interferenz-Basen befinden sich jeweils in einem Winkel von 120° zueinander.

Sind θ der Einfallswinkel einer von den Antennen einer Basis empfangenen elektromagnetischen Strahlung, D der Abstand zwischen deren zwei Antennen und A die Länge der Strahlung, so ergibt sich die Phaser verschiebung Δ V^s* zwischen den beiden von den zwei Antennen der in Frage stehenden Basis gelieferten zwei Signale gemäß der Formel:

Δ Ψ - Ζ>ΐ -£— o/n &

Kennt man diese Phasenverschiebung, so kann man dann den Einfallswinkel 9 der von der Basis empfangenen Strahlung ableiten, und zwar anhand der Formel:

Infolge der Anordnung von drei Interferenz-Basen ergeben sich drei Phasenverschiebungen Δγ?.. , A γ>„ und Δ ^f ?· Von diesen Phasenverschiebungen ausgehend kann man nach Durchführung von Berechnungen unter Verwendung bekannter Rechenmittel innerhalb eines weiten Anwendungsgebietes Informationen über Ort und Lage innerhalb von zwei zueinander senkrechten Ebenen ermitteln.

Jeder Empfangsweg weist einen Überlagerungsempfänger mit großer Bandbreite auf, von welchem die Signale der beiden Antennen, beispielsweise der Antennen 4, 4', der zugehörigen Basis empfancen werden.

Die Signale werden zunächst von Trennfiltern 40, 40' empfangen, bevor sie in den Mischstufen 41, 41' jeweils verschiedenen Frequenzumwandlungen unterworfen werden. Die Mischstufen 41, 41' sind mittels ihrer ersten Eingänge an die Ausgänge der Filter 40, 40' angeschlossen.

Um die Signale einer verschiedenen Frequenzumwandlung zu unterwerfen, sind zwei lokale Oszillatoren 42, 42' an die zweiten Eingänge der Mischstufen 41, 41' angeschlossen, und zwar unter Zwischenschaltung der Isolatoren 43, 43' und der Verteiler 44, 44'. Die beiden Verteiler 44, 44' sind ihrerseits mit einer Mischstufe 45 verbunden, die selbst an einen automatischen Frequenzkontrollkreis 46 angeschlossen ist, der eine Rückverbindung zu den beiden Oszillatoren 42, 42' aufweist, um die Differenz ihrer Frequenzen konstant zu halten, die im betrachteten Beispiel auf 70 MHz abgestimmt ist.

Die beiden Signale unterschiedlicher Frequenz, welche von den Mischstufen 41, 41' abgegeben werden, werden in einer Addierstufe 47, auf die ein ^rirennfilter 48 folgt, addiert.

Auf diese Weise gelangen die zwei Signale, welche von den beiden Empfangsantennen der Interferenz-Basis herrühren und deren

\J L.

Frequenz zwischen 5 und 15 GHz liegt, addiert am Eingang des im einzelnen beschriebenen Empfängers, zu einer Frequenz der Größenordnung von 1,5 GHz.

An dem Ausgang des Filters 48 sind angeschlossen ein erster Verstärker 49 sowie darauf folgend ein Detektor 50, ein Trennfilter 51 für eine abgestimmte Frequenz und ein zweiter Verstärker 52.

Der Ausgang des zweiten Verstärkers 52 ist in zwei automatische Leistungskontrollkreise 53, 54 eingeschaltet, von denen einer an einer Stelle zwischen dem Filter 48 und dem Verstärker 49 und der andere an einer Stelle zwischen dem Filter 51 und dem Verstärker 52 angeschlossen ist.

An dem Ausgang des Verstärkers 52 erhalt man ein Signal der abgestimmten Frequenz, welche der Differenz zwischen denjenigen der beiden Oszillatoren 42, 42' entspricht und mit Bezug auf das die Mischstufe 45 verlassende Signal der gesuchten Winkelabweichung Ay*.. entsprechend phasenverschoben ist.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 52 und das Ausgangssignal der Mischstufe 45 werden in einen Phasenkomparator 55 eingeführt, der dann ein Fehlersignal liefert, das für die Information bezüglich der Winkelabweichung Ay^-, repräsentativ ist. Dieses Signal wird anschließend mittels eines Verstärkers 56 verstärkt, bevor es mit den anderen beiden Signalen, welche für die Abweichungen Δ γ* , ^y₃ repräsentativ sind, in die Recheneinrichtungen eingeführt wird, welche vorstehend genannt worden sind und den gesuchten Höhenwinkel und Seitenwinkel liefern.

Die drei Interferenz-Basen gestatten daher die Ermittlung der Lage einer wirklichen oder scheinbaren Quelle elektromagnetischer Strahlen hinsichtlich eines Bezugspunktes des Flugkörpers und damit bezüglich des Geschwindigkeitsvektois desselben.

In Fig. 3 bezeichnen S die Oberfläche der Erdkugel, im vorliegenden Falle die Meeresoberfläche, E die Position des durch elektromagnetische Lenkung zu lenkenden Flugkörpers, V seinen Geschwindigkeitsvektor, C die Position des Zielobjekts und C die Position des Spiegelbildes des Zielobjekts mit Bezug a\if die Oberfläche S im gleichen Augenblick. Die Luftantennen des passiven elektromagnetischen Zielsuchers empfangen daher eine direkte Strahlung R und eine reflektierte Strahlung R¹, welche von der Stelle C auszugehen scheint. Wenn sich das Zielobje-ct E in sehr geringer Höhe befindet, liegen die beiden Strahlungen R und R' sehr dicht beieinander, und zwar im Gegensatz zu i'irer Darstellung in der Zeichnungsfigur, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit gewählt wurde. Als resultierende Strahlung empfangen dann die Luftantennen eine Strahlung R", welche von dem Schnittpunkt C" der Vertikalen des Zielkörpers C mit der Oberfläche S auszugehen scheint und die man auch als Projektion des Zielkörpers C auf der Oberfläche S bezeichnen kann.

Der Winkel ^ zwischen der Strahlung R" und dem Geschwindicfkeitsvektor V des Flugkörpers wird dann mittels der Interferenz-Basen und aufgrund der Recheneinrichtungen des Lenksystems bestimmt.

Dieser Winkel ^i. wird dann in einer üblichen Vergleicheinrichtung mit einem als Korrektur bezeichneten Winkel verglichen, der im Augenblick des Abfluges des Flugkörpers bestimmt und in das Lenksystem eingeführt wird. In Abhängigkeit des eingespeicher-

-Iu-

ten Fehlers und unter Vermittlung von gleichfalls bekannten Regelungsschleifen sowie einer Steuervorrichtung für die Steuerflächen de^r3 Flugkörpers wird in ebenfalls bekannter Art die Flugbahn des Flugkörpers korrigiert, damit der genannte Winkel konstant bleibt, im vorliegenden Fall bei 1°, bis der Flugkörper einen bestimmten Abstand von dem Zielobj 2kt erreicht hat und der Infrarot-Zielsucher von dem elektromagnetischen Zielsucher die Lenkung des Flugkörpers übernimmt uni in schon früher bekannter Weise durchführt.

Auf dem Teil der Flugbahn des Flugkörpers, auf welchem dieser durch die elektromagnetische Lenkung gelenkt wird, ist diese Flugbahn im wesentlichen elliptisch, d.h. daß diese ansteigend beginnt, daß sie sich anschließend krümmt und daß sie danach abfällt.

Es versteht sich, daß das vorstehend beschriebene Verfahren seine beste Anwendung zur Lenkung von kleinen Flugkörpern aufweist, die auf einen in sehr geringer Höhe über dem Wasser manövrierende Zielkörper zu lenken sind. Die Erfindung kann aber ebenfalls zur Lenkung von Flugkörpern mit Abmessungen, welche größer als üblich sind, in sehr großen Höhen über dem Erdboden verwendet werden.

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Claims

Patentanwalt Augustastraße 14-16 Dipl.-Ing. Bruno Schmetz °-5100 Aachen European Patent Attorney Telefon (0241) 508051/52 Telex: 832352 patmad Telegramm: Patmark Aacren Datum 20. Juli 1983 Societe Anonyme de Telecommunications in Paris (Frankreich) Patentanmeldung Verfahren zur passiven Lenkung von Flugkörpern Patentansprüche

1. Verfahren zur passiven Lenkung eines Flugkörpers zum Lenken desselben auf ein Zielobjekt, bei welchem der Flugkörper wenigstens auf einem Teil seiner Flugbahn durch eine passive elektromagnetische Lenkung gelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugkörper während des genannten Teils seiner Flugbahn unter Aufrechterhaltung einer konstanten Winkelabweichung {αί ) zwischen seinem Geschwindigkeitsvektor (V) und der Geraden (R"), die sich durch ihn sowie die Projektion (C") des Zielobjekts (C) auf der Erdkugel (S) erstreckt, gelenkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelabweichung (^) hinsichtlich ihres Winkels konstant gehalten wird.

3. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die W-nkelabweichung {et) in einem Bereich, der sich von 0,5 bis 5° erstreckt, gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Lenkung des Flugkörpers bis in die Nähe des Zielobjekts ausgeübt und der Flugkörper danach bis zu dem Zielobjekt durch eine Infrarot-Lenkung gelenkt wird.

5. Verfahren nach Ansp-uch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der elektr^magnetischen Lenkung des Flugkörpers um eine Interferenz-Lenkung handelt.

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