DE3407398C1 - Optische Leitstrahllenkung fuer Geschosse - Google Patents

Description

Optische Leitstrahllenkung für Geschosse, die vom Start bis zum Ziel längs einer Visierlinie einer Vi­ siereinrichtung geführt werden, wobei die Abschußein­ richtung mindestens eine Lichtquelle aufweist, deren scharf gebündelter Lichtstrahl bezüglich der Visier­ linie ausgelenkt wird, so daß der Lichtstrahl auf einen Empfänger am Geschoß auftrifft und in einer Auswerteschaltung eine Ortszuweisung und Nachführung des Geschosses auf einer Visierlinie vollzogen wird, wobei entweder mittels einer in der Auswerteschal­ tung mitlaufenden und bis zum Startzeitpunkt mit der Abschußeinrichtung synchronisierten Zeitbasis der Bezug der Ortszuweisung zur ablaufenden Zeit herge­ stellt wird, oder mittels Verwendung einer zweiten parallel zur Visierlinie angeordneten pulsmodulier­ ten Referenzlichtquelle eine Zeitbasis triggerbar ist.

Optische Leitstrahlsysteme, bei denen modulierte Lichtwellen zur Führung eines Flugkörpers verwendet werden, sind aus verschiedenen Veröffentlichtungen be­ kannt.

In der DE-AS 16 23 391 ist ein System zur optischen Leitstrahllenkung von Fahrzeugen beschrieben, bei dem ein Leitstrahl einen festen Winkel des Raumes in periodisch wechselnder Richtung überstreicht. Zusätz­ lich ist ein Bezugssignalsender vorgesehen, der zu bestimmten Zeitpunkten eine bestimmte Lage des Leit­ strahles markiert. Dieses System benötigt zur Erzeugung der modulierten und abgelenkten Leitstrahler in der Ab­ schußanlage und zum Empfang und der Auswertung im Flug­ körper einen erheblichen schaltungstechnischen Aufwand, wenn eine gute Genauigkeit der Nachführung erzielt wer­ den soll. Außerdem ist eine Auswertung der Rollage des Flugkörpers nicht möglich.

Aus der DE-OS 26 58 689 ist eine Einrichtung zum Leiten eines Flugkörpers mittels eines spiralig ausgelenkten Lichtstrahles bekannt. Diese Lenkeinrichtung ermöglicht zwar die Detektion der Rollage des Flugkörpers, sie be­ nötigt jedoch eine Synchronisation des Zeittaktes im Flugkörper mit dem Zeittakt der Ablenkeinrichtung in der Abschußanlage. Zudem ist in der Auswerteschaltung des Flugkörpers ein hochgenauer, vor dem Abschuß synchroni­ sierter Taktgeber notwendig, der bisher nur in Flugkör­ pern mit relativ geringer Startbeschleunigung einsetzbar war, da die hohen Anfangsbeschleunigungen von ca. 50 000 g, die zum Beispiel bei Granaten auftreten, zum zwangsläu­ figen Ausfall des Zeittaktes führen.

Die DE-OS 31 05 219 zeigt ein Lenkverfahren für Geschosse, welches einen pulsmodulierten Rollreferenzlichtstrahl verwendet, der vom Geschoß mittels zweier um 90° gegen­ einander versetzt angeordneter und für polarisiertes Licht empfindlicher Detektoren empfangen wird, und im Geschoß eine Auswertung der Rollage ermöglicht. Mit einer derartigen Einrichtung ist jedoch nach einer kurzfristi­ gen Unterbrechung der Lichtsignalübertragung vom Sender zum Flugkörper keine eindeutige Unterscheidung möglich, ob sich der Flugkörper in einer Rollage von n ° oder von (n + 180°) befindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signal­ auswertung gemäß der im Oberbegriff genannten Gattung für ein hochbeschleunigtes Geschoß zu schaffen, die ab dem Start des Geschosses die optischen Signale der in der Abschußanlage vorhandenen Beamrider-Lenkanlage aus­ wertet und sowohl die Rollage des Geschosses als auch den Zeitbezug für die Ortszuweisung im Raum anhand der optischen Signale analysiert, ohne daß vor dem Start eine Taktsynchronisation notwendig ist und auch keine beschleunigungsempfindlichen Lage- oder Zeitmeßgeräte, wie z. B. Kreisel bzw. Quarze, verwendet werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale des Erfindungsgegenstandes gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt, welches im folgenden näher beschrieben wird. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer optischen Leitstrahl­ lenkung für Geschosse;

Fig. 2 eine Darstellung der Detektorsignale in Abhän­ gigkeit von der Rollage des Geschosses.

Die Fig. 1 zeigt die Komponenten der Signalauswerte­ schaltung einer optischen Leitstrahllenkung für Geschos­ se gemäß der Erfindung. Die beiden lichtempfindlichen Detektoren 1, 2 sind so zueinander angeordnet, daß jeder für sich die polarisierten Lichtsignale einer der beiden senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen empfängt. Die Lichtsignale stammen von zwei als Licht­ quellen verwendeten Lasern, die in der Abschußanlage mit etwa parallelen Hauptachsen der Lichtstrahlen montiert sind und auf das Geschoß gerichtet nachgeführt werden. Der eine der beiden Laser erzeugt ein Rollreferenzsignal durch zyklische spiralige Auslenkung des Lichtstrahles um die Visierachse. Der andere sendet ein Zeitreferenz­ signal und gegebenenfalls auch weitere dem Geschoß zu übermittelnde Daten.

Im hier beschriebenen Beispiel ist nur der erste De­ tektor 1 als Vierquadrantendetektor ausgeführt, der zweite Detektor 2 wird als einfacher Detektor für die erfindungsgemäße Signalauswertung benötigt, er kann jedoch gegebenenfalls als Vierquadrantendetektor vor­ gesehen sein. Die Ausgangssignale werden in bekannter Weise verstärkt 14 a, . . ., e.

Die Ausgangssignale 21, 22, 23, 24 werden im Mischver­ stärker 5 addiert. Die Summe 26 stellt das vom Vier­ quadrantendetektor 1 empfangene Rollsignal dar, wel­ ches über den adaptiven Schwellwertschalter 7 zum Speicher 9 des Rechners 4 als Signal 28 geführt wird. Das Ausgangssignal 27 des zweiten Detektors 2 wird als um 90° versetztes Rollsignal über den adaptiven Schwellwertschalter 8, der die gleiche Schaltschwelle wie der Schwellwertschalter 7 besitzt, ebenfalls dem Speicher 9 als Signal 29 zugeleitet.

Das Zeitreferenzsignal 30 wird durch die Addition der beiden Rollsignale 26 und 27 im Mischverstärker 6 ge­ wonnen und über den adaptiven Schwellwertschalter 11 als Zeitsignal 31 dem Speicher 9 eingegeben. Gleich­ zeitig wird das Zeitreferenzsignal 30 über den Ana­ log/Digital-Wandler 10 geführt und dient dann dem Rechner 4 als Information 36 über die jeweils vorhan­ dene Signalamplitude von 30. Das Zeitsignal 31 trig­ gert den freilaufenden Oszillator 12 des Zählers 13, dessen Zählerstand 37 ebenfalls im Speicher 9 verar­ beitet wird. Der Oszillator 12 ist hier z. B. als ein­ facher freilaufender und schockfester RC-Oszillator ausgeführt, dessen Genauigkeit auch bei einem kurzzei­ tigen Ausfall der Synchronisation durch das Zeitsi­ gnal 31 noch genügend groß ist, so daß eine gute Kursführung mittels des Rechners 4 gewährleistet ist.

Die Maximum-Bestimmung 3 wertet die Ausgangssignale 21, 22, 23, 24 des Vierquadrantendetektors 1 aus und verwendet dabei die Rollsignale 26 und 27 als Bezugs­ größen. Das Ausgangssignal 25 übermittelt die eindeu­ tige Rollage des Geschosses an den Rechner 4, der mit­ tels aller anliegende Daten die notwendigen Kurskor­ rekturen berechnet und über die Leitung 35 an die Steuerorgane des Geschosses weitergibt. Vom Rechner 4 aus werden auch die adaptiven Schwellwertschalter über die Leitungen 32, 33, 34 angesteuert.

Die Fig. 2 zeigt den Amplitudenverlauf (über der Rollage) der Detektorsignale 21, 22, 23, 24 und 27 sowie das Rollsignal 26, das die Summe der Ausgangssignale 21, 22, 23, 24 des Vierquadrantendetektors 1 repräsen­ tiert. Das Signal 21 steht hier beispielhaft für das Ausgangssignal desjenigen Quadranten, der gerade pola­ risationsbedingt das Signal mit der größten Amplitu­ de empfängt.

Die Punkte X, Y auf den Signalkurven 26, 27 entspre­ chen möglichen Schaltschwellen der adaptiven Schwell­ wertschalter 7 und 8.

Das Verhältnis der beiden Detektorsignale 26 und 27 ist ein Maß für die Rollage. Diese läßt sich dann am genauesten bestimmen, wenn das Verhältnis gleich eins ist, d. h. in der Fig. 2 an den Punkten 45° + n · 90° (n = 0, 1, 2, . . .). Die Zwischenwerte lassen sich dann rechnerisch ermitteln, wenn man davon ausgeht, daß sich die Rollfrequenz des Geschosses bei einer Vier­ teldrehung nicht wesentlich ändert. Damit lassen sich alle Zwischenwerte der Ortszuweisung mit Hilfe des synchronisierten Oszillators und Zählers 12, 13 be­ stimmen. Ebenso ist es damit möglich, bei einem kurz­ fristigen Signalausfall auf der vorausberechneten ak­ tuellen Bahn weiterzufliegen.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Signalver­ arbeitung liegt in der Eliminierung der elliptischen Verzerrungen, die immer dann auftreten, wenn das Ge­ schoß schräg angestellt im Leitstrahl fliegt. Durch die Verhältnisbildung der Signale der beiden Detekto­ ren werden auch atmosphärisch bedingte Störungen der Signalübertragung ausgeschaltet.

Dadurch, daß die Ausgangssignale 21, 22, 23, 24 des Vierquadrantendetektors 1 auch der Maximum-Bestimmung 3 zugeführt werden, die unter Bezugnahme auf die bei­ den Rollagensignale 26, 27 ermittelt, wann welcher Quadrant die maximale Amplitude aufweist, kann die tatsächliche Rollage eindeutig bestimmt werden. Da die Abschußachse des Geschosses in einem bestimmten Abstand parallel zur Beleuchtungsachse liegt, erzeu­ gen die Laserstrahlen eine asymmetrische Beleuchtung des Vierquadrantendetektors. Das heißt, daß mittels dieser Art der Signalauswertung eindeutig festgelegt werden kann, ob sich das Geschoß gemäß Fig. 2 im Schnittpunkt der Signalkurven 26 und 27 bei der Rol­ lage 45° oder bei der Rollage 225° befindet.

Die Signalverarbeitungsschaltung nach Fig. 1 zeichnet sich durch die Verwendung eines einfachen Oszillators 12 aus, der zusammen mit dem Zähler 13 die Zeitbasis des Geschosses bildet. Die von der Abschußanlage gesendeten Signale werden von den Detektoren emp­ fangen, im Bedarfsfall gefiltert und über adaptive Schwellen geführt. Diese steuern ein im Speicher 9 vorgesehenes Dekodierwerk, wodurch die jeweiligen Zäh­ lerstände 37 der Zeitbasis 12, 13 im Speicher 9 fest­ gehalten werden. Die Differenzen der eingespeicherten Zählerstände sind ein Maß für Zeitdifferenzen, die un­ mittelbar vom Rechner 4 in die Werte für die Ablage zur Leitstrahlachse, die Rollage und gegebenenfalls die Information für einen Datenbus übertragen werden.

Claims (3)

1. Optische Lichtstrahllenkung für Geschosse, die vom Start bis zum Ziel längs einer Visierlinie einer Visier­ einrichtung geführt werden, wobei die Abschußeinrichtung mindestens eine Lichtquelle aufweist, deren scharf ge­ bündelter gepulster Lichtstrahl als Rollreferenzlicht­ strahl bezüglich der Visierlinie ausgelenkt wird, so daß der Lichtstrahl am Geschoß auf Detektoren mit vorzugs­ weise um 90° gegeneinander versetzten Polarisationsebenen auftrifft und in einer Auswerteschaltung eine Ortszuwei­ sung und Nachführung des Geschosses auf der Visierlinie vollzogen wird, wobei mittels Verwendung einer zweiten parallel zur Visierlinie angeordneten pulsmodulierten Referenzlichtquelle eine Zeitbasis triggerbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - die polarisierten Lichtsignale, welche von einer aus­ gelenkten kohärenten Rollreferenz-Lichtquelle und einer pulsmodulierten kohärenten Zeitreferenz-Licht­ quelle erzeugt werden, die in der Abschußanlage mit etwa parallelen Hauptachsen der Lichtstrahlen montiert sind und auf das Geschoß gerichtet nachgeführt werden, werden von zwei an sich bekannten Detektoren (1, 2) mit zueinander senkrecht stehenden Polarisationsfiltern empfangen, von denen mindestens einer als Detektor mit mehreren Sektoren (1) ausgebildet ist;
• - die Ausgangssignale (21, 22, 23, 24) des Detektors mit mehreren Sektoren (1) werden einerseits einer Maximum- Bestimmung (3) zugeleitet, deren Ausgangssignal (25) einem Rechner (4) als Eingangsgröße eingegeben wird;
• - die Ausgangssignale (21, 22, 23, 24) des Detektors mit mehreren Sektoren (1) werden andererseits in einem ersten Mischverstärker (5) zusammengefaßt, dessen Aus­ gangssignal (26) sowohl einem ersten Schwellwertschal­ ter (7) als auch einem zweiten Mischverstärker (6) zugeleitet wird, welchem seinerseits als zweite Ein­ gangsgröße das Ausgangssignal (27) des zweiten Detek­ tors (2) zugeführt wird und dieses gleichzeitig auch als Eingangssignal einem zweiten Schwellwertschalter (8) angelegt wird;
• - die Ausgangssignale (28, 29) des ersten und des zwei­ ten Schwellwertschalters (7, 8) werden in den Speicher (9) des Rechners (4) eingelesen;
• - das Ausgangssignal (30) des zweiten Mischverstärkers (6) wird als Zeitreferenzsignal zum einen über einen Analog-Digitalwandler (10) dem Rechner (4) eingegeben und zum anderen über einen dritten Schwellwertschalter (11) als Zeitsignal (31) sowohl dem Speicher (9) des Rechners (4), als auch als Triggersignal dem Oszilla­ tor (12) des Zählers (13) zugeführt, dessen Zähler­ stand (37) dem Speicher (9) zugeleitet wird.

2. Optische Leitstrahllenkung für Geschosse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (26) des ersten Mischverstär­ kers (5) und das Ausgangssignal (27) des zweiten De­ tektors (2) als Bezugsgrößen der Maximum-Bestimmung (3) zugeleitet werden.

3. Optische Leitstrahllenkung für Geschosse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltschwellen der Schwellwertschalter (7, 8, 11) vom Rechner (4) adaptiv (32, 33, 34) steuer­ bar sind.