DE3741498A1 - ARRANGEMENT FOR DETERMINING THE ROLLING ANGLE POSITION - Google Patents
ARRANGEMENT FOR DETERMINING THE ROLLING ANGLE POSITIONInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ermittlung der Rollwinkellage eines aus einem Rohr abfliegenden Flugkörpers, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher definiert ist.The invention relates to an arrangement for determining the Roll angle position of a missile flying out of a tube, as they are closer in the preamble of claim 1 is defined.
Bei um ihre Längsachse rotierenden Flugkörpern ist es häufig erforderlich, die Rollwinkellage des Flugkörpers relativ zum geodätischen Referenzsystem zu messen. So wird beispielsweise bei gelenkten Geschossen für die Flugbahnkorrektur sowohl die Abweichung der wirklichen von der theoretischen Bahn als auch die Rollwinkellage ermittelt, um dann den Korrekturimpuls in einer solchen Rollwinkellage auszulösen, daß er der beobachteten Abweichung entgegenwirkt (vgl. z. B. DE-OS 25 43 606).It is with missiles rotating about their longitudinal axis often required, the roll angle position of the missile to be measured relative to the geodetic reference system. So is used for example with guided projectiles for the Trajectory correction both the deviation of the real one from the theoretical path as well as the roll angle position determined, then the correction pulse in such a Roll angle to trigger that he observed Deviates counteracts (see e.g. DE-OS 25 43 606).
Die Rollwinkellage des Flugkörpers kann sowohl auf optischem als auch auf magnetischem Wege ermittelt werden. Eine optische Rollwinkellagemessung besitzt den Nachteil, daß sie helligkeitsempfindlich ist und daher z. B. bei Nacht oder ungünstigen Umweltbedingungen (Schnee, blauer Himmel) nur fehlerhafte Messungen ermöglicht. The roll angle position of the missile can be both optical as well as be determined magnetically. An optical roll angle position measurement has the disadvantage that it is sensitive to brightness and therefore z. B. at Night or adverse environmental conditions (snow, bluer Sky) allows only incorrect measurements.
Bei der Ermittlung der Rollwinkellage auf magnetische Weise befindet sich in oder an dem Flugkörper ein Magnetfeldsensor, der die Rollwinkellage in bezug auf das Erdmagnetfeld ermittelt, wobei dessen Empfindlichkeitsachse senkrecht zur Flugrichtung verläuft. Es wird also die Tatsache ausgenutzt, daß der Vektor des Magnetfeldes der Erde nur in der Nähe des Äquators horizontal über der Erdoberfläche liegt, während er in den anderen Gebieten zum Erdboden geneigt ist und damit eine Vertikalkomponente besitzt, die zur Rollwinkellagemessung verwendet werden kann.When determining the roll angle position on magnetic A magnetic field sensor is located in or on the missile, which is the roll angle position in relation to the earth's magnetic field determined, the sensitivity axis runs perpendicular to the direction of flight. So it will be Taking advantage of the fact that the vector of the magnetic field of the Earth only horizontally above the equator Earth's surface lies while it is in the other areas is inclined to the ground and thus a vertical component owns, which is used for roll angle position measurement can be.
Bei einem Flug in Richtung des magnetischen Nordpols wird über den Magnetfeldsensor aufgrund der Flugkörperdrehung um die Flugachse ein sinusförmiges Signal erhalten, dessen Maxima und Minima dem magnetischen Vertikalfeld der Erde proportional sind, so daß eine "oben-unten" Bestimmung möglich ist. Weicht allerdings die Flugrichtung von der magnetischen Nordrichtung ab, so zeigt das vom Sensor erfaßte maximale Magnetfeld nicht mehr senkrecht nach unten sondern in eine Richtung, die zunehmend durch den Inklinationswinkel bestimmt wird. Bei einem Flug in Ostrichtung ergibt sich beispielsweise in der BRD ein Fehler von 25°.When flying towards the magnetic north pole via the magnetic field sensor due to the missile rotation receive a sinusoidal signal around the flight axis, the Maxima and Minima the magnetic vertical field of the earth are proportional so that an "up-down" determination is possible. However, the flight direction deviates from the magnetic north direction, so it shows from the sensor maximum magnetic field no longer measured vertically below but in a direction that is increasingly increasing through the Inclination angle is determined. When flying east for example, there is an error in the FRG of 25 °.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art derart weiterzuentwickeln, daß bei Bewegungen des Flugkörpers in beliebiger Richtung eine eindeutige Winkelzuordnung zur Phase des Sensorsignals erhalten wird.It is therefore the object of the present invention, a To further develop the arrangement of the type mentioned at the beginning, that when the missile moves in any Direction a clear angle assignment to the phase of the Sensor signal is obtained.
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. The object is achieved by the features of characterizing part of claim 1 solved.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Particularly advantageous configurations result from the subclaims.
Weitere Vorteile der Erfindung werden mit Hilfe von Ausführungsbeispielen anhand von Figuren im folgenden näher erläutert.Further advantages of the invention are shown with the help of Exemplary embodiments with reference to figures in the following explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung und Fig. 1 is a schematic representation of an arrangement according to the invention and
Fig. 2a bis Fig. 2c den Verlauf der Ausgangssignale der Magnetfeldsensoren in Abhängigkeit der Entfernung des Geschosses von der Rohrmündung. FIG. 2a to FIG. 2c, the curve of the output signals of the magnetic sensors as a function of the distance of the projectile from the muzzle.
In Fig. 1 ist mit 10 ein Flugkörper und mit 20 der mündungsseitige Teil eines Rohres (z. B. einer Kanone), aus dem der Flugkörper 10 verschossen wird, dargestellt. Im Inneren des Flugkörpers 10 befinden sich die Magnetfeldsensoren 11 und 12. Bei diesen Magnetfeldsensoren kann es sich beispielsweise um Sensoren handeln, die den magnetoresistiven Effekt ausnutzen. Dabei besitzt der erste Sensor 11 lediglich eine Empfindlichkeitsachse senkrecht zur Flugrichtung, während der zweite Magnetfeldsensor 12 zwei in einer zur Flugrichtung senkrechten Ebene liegende Empfindlichkeitssachen aufweist. Die entsprechenden Sensoren sind handelsüblich und brauchen daher nicht näher erläutert zu werden. In Fig. 1, 10 and a missile 20 with the mouth-side part of a pipe (. E.g. a gun) from which the missile is fired 10, is shown. The magnetic field sensors 11 and 12 are located inside the missile 10 . These magnetic field sensors can, for example, be sensors that use the magnetoresistive effect. The first sensor 11 has only one sensitivity axis perpendicular to the direction of flight, while the second magnetic field sensor 12 has two sensitivity matters lying in a plane perpendicular to the direction of flight. The corresponding sensors are commercially available and therefore do not need to be explained in more detail.
Ferner ist in Fig. 1 mit H die Feldstärke des Erdmagnetfeldes bezeichnet, welche in eine vertikale Komponente H V und in eine horizontale Komponente H H zerlegt werden kann. Mit α ist der Inklinationswinkel gekennzeichnet, der in der BRD etwa zwischen 60 und 70° liegt.Furthermore, in FIG. 1, H denotes the field strength of the earth's magnetic field, which can be broken down into a vertical component H V and a horizontal component H H. The inclination angle is marked with α , which lies between 60 and 70 ° in the FRG.
Im folgenden wird kurz die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben.The mode of operation of the invention is briefly described below Arrangement described.
Beim Austritt des Geschosses 10 aus dem Rohr 20 wird der hintere Magnetfeldsensor 12 an dem Referenzmagneten 21 vorbeibewegt, während der vordere Sensor 11 bereits das Erdfeld erfaßt. Dadurch kann eine Bestimmung der Phasenlage des Geschosses bezüglich des äußeren Magnetfeldes erfolgen. Durch die zweiachsige Anordnung der Sensorachsen des Sensors 12 kann die räumliche Lage des Refernzmagneten 21 innerhalb der durch die beiden Sensorachsen aufgespannten Ebene durch folgende Beziehung bestimmt werden:When the projectile 10 emerges from the tube 20 , the rear magnetic field sensor 12 is moved past the reference magnet 21 , while the front sensor 11 already detects the earth field. This enables the phase position of the projectile to be determined with respect to the external magnetic field. Due to the biaxial arrangement of the sensor axes of the sensor 12 , the spatial position of the reference magnet 21 within the plane spanned by the two sensor axes can be determined by the following relationship:
wobei Ax und Ay die Amplituden der Teilsensoren, die die Sensorachsen charakterisieren, γ der Winkel zwischen dem in x-Richtung orientierten Teilsensor des Sensors 12 und der Richtung des Referenzmagneten und tx der Zeitpunkt der Messung bedeuten.where Ax and Ay are the amplitudes of the partial sensors which characterize the sensor axes, γ the angle between the partial sensor of sensor 12 oriented in the x direction and the direction of the reference magnet and tx the time of the measurement.
Das durch den zweiten Magnetfeldsensor 12 aufgrund des Magneten 21 empfangene Referenzsignal bestimmt somit eine bestimmte Winkellage des Flugkörpers, die dem Signal des vorderen Sensors 11 eindeutig zugeordnet werden kann. The reference signal received by the second magnetic field sensor 12 on the basis of the magnet 21 thus determines a specific angular position of the missile, which can be clearly assigned to the signal of the front sensor 11 .
Diese Zusammenhänge sind in den Fig. 2a bis 2d noch einmal dargestellt. Dabei zeigt Fig. 2a das mit dem ersten Sensor 11 gemessene vertikale Magnetfeld, wobei mit to die Zeit bezeichnet ist, bei der der Sensor 11 aus der Mündung des Rohres 20 austritt und wobei auf der vertikalen Achse die dem jeweiligen Magnetfeld entsprechende Sensoramplitude A 11 aufgetragen ist. In den Fig. 2b und 2c werden die Spannungsamplituden A x und A y der Teilsensoren des Sensors 12 dargestellt. Beim Vorbeifliegen am Referenzmagneten 21 ergeben sich ausgeprägte Maximalwerte.These relationships are shown again in FIGS. 2a to 2d. In this case, 2a, Fig., The measured with the first sensor 11 vertical magnetic field eluting with to the time is indicated, in which the sensor 11 exits the mouth of the tube 20 and the corresponding to the respective magnetic field sensor amplitude A 11 plotted on the vertical axis is. The voltage amplitudes A x and A y of the partial sensors of the sensor 12 are shown in FIGS . 2b and 2c. When the reference magnet 21 flies past, there are pronounced maximum values.
In Fig. 2d ist dann der mit Hilfe von Gl. (1) ermittelte Wert γ wiedergegeben, der in dem dargestellten Beispiel 19° beträgt.In Fig. 2d is that with the help of Eq. (1) determined value γ reproduced, which is 19 ° in the example shown.
Die Rollagebestimmung des Geschosses zu einem beliebigen Zeitpunkt auf der Flugbahn wird aufgrund folgender Überlegung ermittelt.The roll orientation of the floor to any one Time on the trajectory is due to the following Consideration determined.
Der vordere Sensor 11 besitzt einen Amplitudenverlauf A (t) gemäß folgender Beziehung:The front sensor 11 has an amplitude curve A (t) according to the following relationship:
A (t) AO sin ( l o t + ϕ ) A (t) AO sin ( l o t + ϕ )
Die Anfangsphase dieses Signals kann mit dem Winkel aus der Messung der beiden hinteren Teilsensoren des Sensors 12 gleichgesetzt werden ( ϕ = γ ). Gleichzeitig dient deren Signal (bzw. das Amplitudensignal A x) als Trigger für den vorderen Sensor 11, der zu diesem Zeitpunkt to seine Messung aufnimmt und die Drehzahl ω ermittelt. The initial phase of this signal can be equated with the angle from the measurement of the two rear partial sensors of sensor 12 ( ϕ = γ ) . At the same time the signal (or the amplitude signal A x) serves as a trigger for the front sensor 11, which at this time to receive its measurement and ω determines the speed.
Aus der ermittelten Drehzahl ω läßt sich zu jedem Zeitpunkt mit bekannter Anfangsphase die Rollage α zu:The roll position α can be determined from the determined speed ω at any point in time with a known initial phase:
α (t) = ω t + γ (to) α (t) = ω t + γ (to)
bestimmen.determine.
Auf einer ballistischen Flugbahn ändert sich zwar der Anstellwinkel des Flugkörpers, nicht jedoch die Flugrichtung. Es ändert sich daher lediglich die Amplitude des Sensorsignals und nicht die Phasenlage, so daß die Form der Flugbahn keinen Einfluß auf die Rollagebestimmung hat. Für die Rollageerfassung wird also erfindungsgemäß die Phasenlage ausgewertet.The changes on a ballistic trajectory Angle of attack of the missile, but not the direction of flight. It therefore only changes the amplitude of the Sensor signal and not the phase position, so the shape the trajectory has no influence on the roll position determination. According to the invention, for the roll position detection Phase position evaluated.
Claims (2)
- - der Flugkörper (10) weist einen zweiten, in einem vorgegebenen Abstand in Flugrichtung angeordneten Magnetfeldsensor (12) auf;
- - an dem Rohr (20) ist ein Referenzmagnet (21) vorgesehen, so daß der zweite Magnetfeldsensor (12) beim Vorbeifliegen an dem Referenzmagnet (21) ein die augenblickliche Winkellage des Flugkörpers (10) bestimmendes Referenzsignal erzeugt.
- - The missile ( 10 ) has a second magnetic field sensor ( 12 ) arranged at a predetermined distance in the direction of flight;
- - On the tube ( 20 ), a reference magnet ( 21 ) is provided, so that the second magnetic field sensor ( 12 ) when flying past the reference magnet ( 21 ) generates a reference signal determining the instantaneous angular position of the missile ( 10 ).
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |