DE3541061C1

DE3541061C1 - Fernsteuersystem für mit verstellbaren Leitflächen versehene Flugkörper

Info

Publication number: DE3541061C1
Application number: DE3541061A
Authority: DE
Inventors: Roland Albert Allezard
Original assignee: Thomson TRT Defense
Current assignee: Thomson TRT Defense
Priority date: 1984-11-27
Filing date: 1985-11-21
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2005-11-22
Also published as: GB2292209A; SE8504840L; FR2714495A1; SE8504840D0; NL8503248A; GB8518731D0; GB2292209B; FR2714495B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Fernsteuersystem für mit verstellbaren Leitflächen versehene Flugkörper, einerseits mit einem Sender, bestehend aus einer Sendevorrichtung, die in Richtung des Flugkörpers mindestens einen gebün delten Strahl sendet und aus einer ersten Kodier schaltung, die die Sendevorrichtung eine Lageinformation durch Modulation der Strahlung übertragen läßt, anderer seits mit einem Empfänger an Bord des Flugkörpers, bestehend aus einer Empfangsschaltung, die die empfangene Modulation in eine Lenkinformation für eine Leitflächen steuerschaltung umsetzt und mit einer vor Abschuß des Flugkörpers bestehenden Verbindung zwischen Sender und Empfänger.

Derartige Systeme sind bekannt und finden vielfach auf militärischem Gebiet Anwendung, um einen Flugkörper in Form eines eine Explosivladung tragenden Geschosses in ein zu zerstörendes Objekt als Ziel zu steuern. Solche Systeme sind Störungen ausgesetzt. Die Störungen können wenigstens zwei Ursachen haben: Eine erste beruht darauf, daß der Feind eine gebündelte Strahlung in Richtung des Flugkörpers senden kann, so daß die Lageinformation verfälscht wird. Eine zweite Ursache besteht darin, daß mehrere Flugkörper in das gleiche oder in andere, in der Nähe befindliche Ziele gesteuert werden können so daß die Flugkörper die richtige für sie bestimmte Lageinformation erhalten müssen, wobei unter einer Lage information auch eine Information über die augenblickliche Position des Flugkörpers verstanden wird.

Aus der US-PS 4 102 521 ist ein derartiges Fernsteuer system bekannt. Um Störungen weitgehend auszuschließen, ist ein zufälliges Kodewort einerseits zur Kodierung der Lageinformation in dem Sender und andererseits über eine Verbindungsschaltung zur Dekodierung in dem Empfänger ge speichert. Die Verbindungsschaltung muß folglich eine relativ komplexe Information fehlerfrei übertragen, damit der Empfänger die Information exakt dekodieren kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fern steuersystem der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, das gegen Störungen weitgehend unempfindlich ist, ohne hierzu eine Verbindungsschaltung für eine komplexe Informationsübertragung zu benötigen.

Diese Aufgabe ist bei einem Fernsteuersystem der ange gebenen Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 stehenden Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel schematisch vereinfacht dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 ein Fernsteuer- oder Fernlenksystem,

Fig. 2 den Verlauf der Modulation der Impulse,

Fig. 3 ein Fernsteuersystem nach der Erfindung und

Fig. 4 eine andere Ausführungsform eines Empfängers innerhalb eines Fernsteuer systems nach der Erfindung.

In Fig. 1, die gesamthaft ein Fernlenksystem veran schaulicht, ist das Ziel mit dem Bezugszeichen 1 und der Flugkörper mit dem Bezugszeichen 3 versehen. Der Flugkörper 3 ist in diesem Beispiel ein Geschoß daß eine Explosivladung transportiert und mit Leit flächen 4 versehen ist; der Flugkörper wird von einer Feuerstellung 5 aus gelenkt. Zur Lenkung wird ein Infrarotstrahl 10 verwendet, der das Ziel 1 hin- und hergehend überstreicht; der Strahl 10 schwingt von einem Winkel αG bis zu einem Winkel αD; wenn der Schuß gut gezielt ist, befindet sich das Ziel 1 auf der Winkelhalbierenden des Winkels αG-αD.

Mit α(t) wird der Winkel des Strahls in bezug auf αD bezeichnet. Um den Wert von α(t) zu bezeichnen, wird der Strahl impulsmoduliert; die Zeit Δt_i zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen ergibt einen Wert α_i(t) Fig. 2 veranschaulicht den Verlauf der zeit lichen Verteilung dieser Impulse. Die Zeitintervalle Δt_i zwischen zwei Impulsen bewegen sich von einem Wert Δt_MIN für α(t) nahe bei αD zu einem Wert Δt_MAX. Zur Vereinfachung der Erläuterung wird angenommen, daß diese Gesetzmäßigkeit linear ist, daß also

α_i(t) = kΔt_i = k(Δt_i-1 + δt)

worin k eine Konstante und δt ein fester Zeitbetrag ist. Eine solche Gesetzmäßigkeit, die einem Winkel wert ein Zeitintervall zuordnet, ist insbesondere aus der US-PS 3 191 175 bekannt.

Fig. 3 zeigt das Fernsteuersystem im einzelnen. In der Feuerstellung 5 (Fig. 1) befindet sich der Sender mit dem Bezugszeichen 20 in Fig. 3, und in dem Flugkörper 3 befindet sich der Empfänger 25. In dem beschriebenen Beispiel besteht die Sende vorrichtung 45 in erster Linie aus einer zeilenförmigen Anordnung von Laserdioden 50, die im Infraroten arbei ten. Die von diesen Dioden 50 gesendete Strahlung wird zur Bildung des Strahles 10 durch einen Schwing spiegel 55 reflektiert. Die Schwingbewegung ist so gewählt, daß der Strahl 10 um Winkel von αD bis αG schwenkt. Die Extremlagen werden durch in den Figuren nicht dargestellte Fühler detektiert, deren Ausgangs signale gleichbedeutend mit den Bezugswerten αD und αG sind. Der Spiegel 55 wird von einem Schrittmotor 57 angetrieben; dieser Motor wird mit Impulsen gespeist, die von einem ODER-Glied 60 mit zwei Eingängen kommen; um die Drehrichtung des Motors 57 umkehren zu können, ist am Ausgang des ODER-Gliedes 60 ein Polwender 62 vorgesehen, der durch das Ausgangssignal einer Kipp schaltung 64 umschaltbar ist. Diese Kippschaltung wird durch das Signal αG in den Zustand "1" und durch das Signal αD in den Zustand "0" gebracht. Mithin ändert der Motor 57 seine Drehrichtung, sobald eine Extremlage des Spiegels 55 detektiert wird.

Zum Modulieren des Infrarotstrahles 10 wird eine erste Kodierschaltung 70 verwendet, die an ihrem Ausgang MOD Impulse für die Anordnung aus Laserdioden 50 liefert. Die erste Kodierschaltung 70 gibt außerdem über ihren Ausgang MOT Impulse ab, die über das ODER-Glied 60 dem Motor 57 zugeführt werden. Die erste Kodier schaltung 70 besteht vor allem aus einem Aufwärts-/Ab wärtszähler 84, dessen Takteingang CK mit dem Ausgang MOT verbunden ist, der seinerseits mit dem ersten Eingang des ODER-Gliedes 60 verbunden ist; diese Ein gänge erhalten somit das gleiche Signal, woraus folgt, daß jeder Stellung des Spiegels 55 ein Wert- oder Zählerstand des Aufwärts-/Abwärtszählers 84 entspricht. Der Aufwärts-/Abwärtszähler 84 hat einen Ausgang TC, der ein aktives Signal liefert, sobald der Zählerinhalt einen Extremwert erreicht, sei es ein Maximum oder ein Minimum. Dieses aktive Signal ändert den Zustand einer Kippschaltung 86. Das Ausgangssignal dieser Kippschaltung bringt über einen Steuereingang UD den Aufwärts-/Abwärtszähler 84 in den Aufwärts- oder den Abwärtszählzustand. Der in dieser Weise geschaltete Aufwärts-/Abwärts zähler 84 zählt also aufwärts, sobald sein Inhalt ein Minimum ist und zählt abwärts, sobald sein Inhalt ein Maximum ist. Der Inhalt dieses Aufwärts-/Abwärtszählers 84 dient zur Adressierung eines Lesespeichers 90. Jedem Adressenkode entspricht in diesem Speicher ein Positionskode, dessen digitaler Wert proportional zur Dauer des benötigten Zeit intervalls ist. Dieser Positionskode wird in einen Abwärtszähler 92 geladen, der einen Takteingang CK hat, der mit dem Ausgang eines Quarzoszillators 94 verbunden ist. In diesem Zusammenhang ist der Hin weis wichtig, daß für die Verwirklichung der Erfindung ein Quarz guter Stabilität erforderlich ist. Der Abwärtszähler 92 hat einen Ausgang Z, an dem ein Signal erscheint, das bei Aktivierung anzeigt, daß der Inhalt des Abwärtszählers 92 gleich Null ist. Dieser Aufgang Z ist mit dem Takteingang CK des Aufwärts-/Abwärtszählers 84, mit dem ersten Eingang des ODER-Gliedes 60 und auch mit dem Eingang L des Abwärtszählers 92 verbunden, letzteres über ein ODER-Glied 95 zum Laden des von dem Lesespeicher 90 kommenden Positionskodes. Mithin erscheint das Aktivierungssignal am Ausgang Z nach einer dem Laden folgenden Zeit, die proportional zu dem in dem Abwärtszähler 92 enthaltenen Kode ist. Eine mono stabile Kippschaltung 96 formt das Signal am Ausgang Z um und macht es an dem Ausgang MOD der Kodier schaltung 70 verfügbar, so daß das Signal schließ lich die Anordnung aus Laserdioden 50 impulsmoduliert.

Der Empfänger 25 besteht aus einer Empfangs schaltung 100 mit einer infrarotempfindlichen Diode 101, die in Verbindung mit einem Verstärker 105 jedesmal dann Impulse liefert, wenn sie von einem Infrarotstrahl getroffen wird. Diese Impulse werden dem Nullstelleingang IZ eines Zählers 110 und einem ersten Eingang eines UND-Gliedes 112 zu geführt. Der Zähler dient zur Messung des Zeit intervalls, das zwischen dem Empfang von zwei Impulsen liegt. Seine Kapazität liegt wesentlich über der Zeit des längsten Zeitintervalls ent sprechend einer Extremwert-Positionsinformation. Diese Überlaufpositionen des Zählers 110 werden in einem EXCLUSIV-NOR-Glied 115 verarbeitet, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des UND-Gliedes 112 verbunden ist. Der Ausgang dieses UND-Gliedes 112 ist mit dem Ladeeingang L eines Registers 120 ver bunden, dessen Paralleleingänge mit den anderen Ausgängen des Zähler 110 verbunden sind. Eine Über laufzählung wirkt sich in dem Auftreten von wenig stens einer "1" in den Überlaufpositionen aus, wodurch folglich das UND-Glied 112 gesperrt wird. Mithin kann das Register 120 nur eine Information enthalten, die einer zulässigen Positionsinformation entspricht. Die Zeiten, die zwischen jeder Raster abtastung verstreichen, in denen sich der Flugkörper nicht in dem Strahl befindet, werden nicht berück sichtigt. Der Inhalt des Registers 120 dient zur Adressierung eines Lesespeichers 125, der so programmiert ist, daß er eine Lenkinformation liefert, d. h. einen Kode, der einen Steuerbefehl an die Leitflächen 4 auslöst, um nötigenfalls die Flugbahn des Flugkörpers zu korrigieren. Diese in digitaler Form vorliegende Steuer- oder Lenkinforma tion kann in einem D/A-Wandler 130 verarbeitet werden, dessen Ausgang mit der Steuerung eines Motors 135 verbunden ist, der mechanisch mit den Leitflächen 4 gekuppelt ist.

Das Fernsteuersystem umfaßt weiterhin eine Verbindung 150, die vor dem Abschuß des Flugkörpers den Sender 20 mit dem Empfänger 25 verbindet. Diese Verbindung löst sich, sobald der Flugkörper die Feuerstellung 5 verläßt. Die lösbare Verbindung besteht in einer Steckverbindung 155.

Gemäß dem vorliegenden Vorschlag umfaßt der Empfänger des Flugkörpers 3 eine zweite Kodierschaltung 170, (ähnlich der Kodierschaltung 70), einen Vergleicher 172, der die am Ausgang der Empfangsschaltung 100 verfügbaren Lenkinformationen mit denjenigen ver gleicht, die von der zweiten Kodierschaltung 170 ge liefert werden, und eine Gültigkeitsschaltung, die hier aus einer Schalteranordnung 174 besteht und die Lenkinformationen zu der Lenksteuerschaltung (hier bestehend aus dem D/A-Wandler 130 und dem Motor 135) nur dann überträgt, wenn der Vergleicher 172 feststellt, daß die zu vergleichenden Informa tionen miteinander kompatibel sind. Die Verbindung überträgt hingegen nur eine Initialisierungsinforma tion, die durch einen Druckknopfschalter 175 er zeugt wird, der mit einer monostabilen Kippschaltung 176 verbunden ist, die die zweite Kodierschaltung 170 auf einen Anfangszustand entsprechend dem Zustand der ersten Kodierschaltung 70 bringt. Hierzu liegt das Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung 176 einerseits an den INI-Eingängen der Kodier schaltungen 70 und 170 sowie andererseits an dem ersten Eingang eines UND-Gliedes 177 an, dessen zweiter Eingang das Signal αD nach Inversion mittels eines logischen Inverters 178 erhält.

Der Ausgang des UND-Gliedes 177 ist mit einem der beiden Eingänge eines UND-Gliedes 179 verbunden, dessen zweiter Eingang Impulse von einem Impuls generator 180 erhält. Der Ausgang des UND-Gliedes 179 ist mit dem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 60 verbunden, dessen erster Eingang mit dem Ausgang MOT verbunden ist.

Der Eingang INI ist über das ODER-Glied 95 mit dem Eingang des Zählers 92 sowie unmittelbar mit dem Nullstelleingang RS der Kippschaltung 86 und dem Nullstelleingang RZ des Aufwärts-/Abwärtszählers 84 verbunden. Empfangsseitig ist dieser Eingang INI in der gleichen Weise mit den entsprechenden Schal tungen verbunden. Bei dem in Fig. 3 wiedergegebenen Empfänger wird der Zähler 192 (der dem Zähler 92 der ersten Kodierschaltung entspricht) als Adressier mittel für einen Lesespeicher 185 verwendet, der identisch wie der Lesespeicher 125 programmiert ist. Der Takteingang CK des Zählers 110 ist mit dem Ausgang eines Quarzoszillators 194 verbunden, der dem Oszillator 94 entspricht und Bestandteil der zweiten Kodierschaltung 170 ist.

Dieses Fernsteuersystem arbeitet folgendermaßen. Vor dem Abschuß des Flugkörpers wird der Druckknopf 175 betätigt, der selbstverständlich mit dem Feuer knopf gekoppelt sein kann. Die monostabile Kippschal tung 176 wird ausgelöst oder aktiviert. Ihr mono stabiler Zustand beträgt etwas mehr als das Doppelte der Dauer, die der Schwingspiegel benötigt, um den Strahl von dem Winkel αG bis zu dem Winkel αD zu schwenken.

Die Schwenkbewegung findet im Rhythmus der von dem Generator 80 erzeugten Impulse statt. Die Kippdauer ist mithin abgestimmt auf die Zeit, die der Spiegel benötigt, um zu dem Winkelwert αD zurückzukehren, unabhängig von seiner Ausgangsstellung und von dem Zustand der Kippschaltung 64.

Das von der monostabilen Kippschaltung 66 gelieferte Aktivierungssignal schaltet die UND-Glieder 177 und 179 durchlässig, so daß die Impulse des Impuls generators 180 zu dem Motor 57 gelangen. Dieser Zustand dauert an, solange das Signal αD nicht aktiv wird. Sobald das Signal αD auftritt, sperrt das UND-Glied 177 und bewirkt die Sperrung des UND-Gliedes 179. Der Spiegel 55 wird folglich stillgesetzt. Das von der monostabilen Kippschaltung 176 abgegebene aktive Signal setzt innerhalb der ersten Kodierschaltung 70 den Aufwärts-/Abwärtszähler 84 auf Null, ebenso den Abwärtszähler 96 durch Laden des Ausgangskodes des Lesespeichers 90 der mit dem Kode "0" adressiert wird, den der Aufwärts-/Abwärts zähler 84 abgibt. Das gleiche geschieht mit dem entsprechenden Abwärtszähler und dem entsprechenden Aufwärts/Abwärtszähler der zweiten Kodierschaltung 170. Die Kippschaltung 86 und die entsprechende Kippschaltung ( nicht dargestellt) der zweiten Kodierschaltung 170 werden ebenfalls beide auf den Zustand "0" gesetzt.

Nach Ablauf der Kippzeit der monostabilen Kippschal tung 176 wird das Signal an deren Ausgang inaktiv, und die Abwärtszähler 92 und 192 werden freigegeben. Sie enthalten die von dem Speicher 90 und von dem entsprechenden, in der zweiten Kodierschaltung 170 enthaltenen Speicher kommenden Kodewerte. Dieser Kodewert ist in diesen Speicher unter der Adresse "0" gespeichert, die von dem Aufwärts-/Abwärtszähler 84 und dem entsprechenden Aufwärts-/Abwärtszähler der zweiten Kodierschaltung 170 kommt. In diesem Augen blick wird der Flugkörper abgefeuert und die Ver bindung 150 unterbrochen. Da die Quarzoszillatoren 94 und 194 eine sehr hohe Stabilität haben, entwickeln sich die Inhalte der Zähler 92 und 192 während der Flugzeit praktisch synchron. Nun werden Infrarotstrahlungsimpulse aufgefangen. Der Zähler 110 liefert dann eine Angabe über die Dauer des diese Impulse trennenden Zeitintervalls. Wenn diese Dauer kleiner als das maximale Zeitintervall Δt_MAX ist, wird der Inhalt dieses Zählers in das Register 120 übertragen. Dieser Inhalt gibt die Richtung an, in die sich der Flugkörper bewegt, mithin auch, ob eine Korrektur notwendig ist, damit der Flug körper sein Ziel erreicht. Diese Korrektur ist in dem Speicher 125 gespeichert. Bevor sie an den Motor 135 weitergegeben wird, wird sie mit derjenigen Korrektur verglichen, die der Speicher 185 liefert, der in gleicher Weise wie der Speicher 125 program miert ist. Dieser Speicher 185 wird durch den Zähler 192 adressiert, dessen Inhalt mit gering fügigen Abweichungen identisch mit dem Inhalt des Zählers 92 ist. Diese Zählerinhalte geben die Dauer der Zeitintervalle zwischen jeweils aufein anderfolgenden Impulsen an, so daß ein von dem Zähler 110 gemessenes und in das Register 120 über tragenes Zeitintervall dem von dem Zähler 192 angegebenen Zeitintervall entsprechen muß. Der Ver gleicher 172 stellt fest, ob Koinzidenz zwischen den von den Speichern 125 und 185 gelieferten Informationen besteht und schließt dann die Schalter anordnung 174, so daß die Korrektur an die Leitflächen 4 übertragen wird.

Selbstverständlich kann dieser Vergleich auch an ande ren Stellen der Schaltung durchgeführt werden. Der Vergleich kann beispielsweise anhand der Ausgangs signale des Registers 120 und des Zählers 192 durchgeführt werden.

Fig. 4 zeigt eine andere Art der Durchführung dieses Vergleiches. Der Vergleich erfolgt mittels eines UND-Gliedes 195, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers 105 verbunden ist und das dessen Ausgangsimpulse entweder für die Weiterverarbeitung in den anderen Teilen der Empfangsschaltung 100 freigibt oder diese Weiterverarbeitung sperrt.

Das UND-Glied wird hierzu durch Impulse durchlässig geschaltet, die eine monostabile Kippschaltung 196 liefert, die der monostabilen Kippschaltung 96 ent spricht, mit dem Unterschied, daß die von der mono stabilen Kippschaltung 196 gelieferten Impulse eine größere Impulsbreite haben und somit eine gewisse Toleranz zulassen. Der Ausgang des Speichers 125 ist unmittelbar mit dem D/A-Wandler 130 verbunden. Das hier vorgeschlagene Fernsteuersystem ist gegen Störimpulse geschützt, da nur die von dem Sender kommenden Impulse durch den Empfänger dekodiert werden, der zuvor durch den Sender initialisiert oder ge startet wird. Daher können mehrere eng benachbarte Fernsteuersysteme der vorliegenden Art gleichzeitig arbeiten, ohne sich gleichzeitig zu stören.

Claims

1. Fernsteuersystem für mit verstellbaren Leitflächen versehene Flugkörper, einerseits mit einem Sender, bestehend aus einer Sendevorrichtung, die in Richtung des Flugkörpers mindestens einen gebündelten Strahl sendet und aus einer ersten Kodierschaltung, die die Sendevorrichtung eine Lageinformation durch Modulation der Strahlung übertragen läßt, andererseits mit einem Empfänger an Bord des Flugkörpers, bestehend aus einer Empfangsschaltung, die die empfangene Modulation in eine Lenkinformation für eine Leitflächensteuerschaltung umsetzt und mit einer vor Abschuß des Flugkörpers bestehenden Verbindung zwischen Sender und Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger eine zweite Kodierschaltung, einen Vergleicher, der die übertragenen Informationen mit von der zweiten Kodierschaltung gelieferten Informationen vergleicht und eine Prüfschaltung umfaßt, die die Lenkinforma tionen nur dann zu der Leitflächensteuerschaltung gelangen läßt, wenn der Vergleicher feststellt, daß die miteinander zu vergleichenden Informationen untereinander kompatibel sind, wo hingegen über die Verbindung zwischen Sender und Empfänger nur eine Initialisierungsinformation zur Initialisierung der zweiten Kodierschaltung in bezug auf die erste Kodierschaltung übertragen wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher die Steuerinformationen am Ausgang der Empfangsschaltung unmittelbar mit den Informationen am Ausgang der zweiten Kodierschaltung vergleicht.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher die in der Empfangsschaltung verfüg baren Lageinformationen unmittelbar mit den Informa tionen am Ausgang der zweiten Kodierschaltung ver gleicht.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher die in der Empfangsschaltung ver fügbare Modulation unmittelbar mit den Informationen am Ausgang der zweiten Kodierschaltung vergleicht.