DE3838273A1 - Einrichtung zur kommandolenkung eines flugkoerpers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kommandolenkung eines Flugkörpers der mit einem Responder versehen ist, gemäß dem Gattungsbe­ griff des Anspruchs 1.

Bei den bekannten Verfahren der Kommandolenkung eines Flugkörpers - nach­ stehend immer als FK bezeichnet - wird der Ort des FK im Raum oder auch nur sein Richtungsvektor von der Abschußanlage mit Hilfe eines sogenannten "Bearing Marker" verfolgt und gemessen. Dieser - in der Fig. 1 skizzier­ te - Bearing Marker besteht in der Radartechnik üblicherweise aus einem Peilsender, dessen Antenne(n) am Heckteil des FK′s angebracht sind und der die Bildung der "differentiellen Ekartometrie" - We - erleichtert. Siehe hierzu Fig. 2.

Üblicherweise strahlt der Peilsender eine kontinuierliche Sinuswelle (CW-Signal) ab, deren Frequenz in der Nähe der Radarfrequenz liegt, welche im Zielkanal (Targetkanal) - siehe Fig. 2 - zur radarmäßigen Zielverfol­ gung verwendet wird. Der frequenzmäßige Abstand zwischen der Radar- und der Peilsenderfrequenz muß allerdings ausreichend groß sein, damit eine gegenseitige störende Beeinflussung, insbesondere des Radarkanals, vermie­ den wird.

Anstelle des Peilsenders kann auch ein Antwortsender - Responder - ver­ wendet werden, welcher eine genau definierte Zeit nach der Beleuchtung des FK′s durch das Radar ein Antwortsignal an das Radar zurückstrahlt. Die Frequenz des Antwortsenders kann entweder mit der Radarfrequenz überein­ stimmen oder es kann, wie beim dargestellten Peilsender, ein Frequenzab­ stand vorgesehen sein. In jedem Fall erlaubt die Verwendung des Antwort­ senders nicht nur die Richtung, sondern auch die Entfernung des FK′s zu messen.

Unter Berücksichtigung von elektronischen Täusch- und Störmaßnahmen ("ECM = Electronic Counter Measures") stellt der Peilsenderkanal einen Schwach­ punkt im System dar. Wenn die Peilsenderfrequenz bekannt ist, kann das System sehr leicht und effektiv auf dieser Frequenz gestört werden.

Als Störgegenmaßnahme ("ECCM = Electronic Counter Counter Measure") ist es üblich, nicht alle FK′s bzw. deren Peilsender auf derselben Frequenz zu betreiben, sondern vielmehr die Peilsenderfrequenz auf einen pro FK festen Wert einzustellen, welcher innerhalb eines gewissen Freqenzbandes liegen kann. Eine Variante dieses Verfahrens ist es, mehrere, z.B. drei ver­ schiedene Peilsenderfrequenzen zuzulassen, wobei erst im Augenblick des FK-Starts entschieden wird, auf welcher dieser drei Frequenzen der jewei­ lige Peilsender arbeitet.

Der Effizienz derartiger Störgegenmaßnahmen sind schon allein dadurch enge Grenzen gesetzt, daß das genannte Vorgehen relativ starr ist und daß die Peilsenderfrequenz aus Gründen der erforderlichen Meßgenauigkeit nicht be­ liebig weit von der Radarfrequenz entfernt sein darf, sondern möglichst in ihrer Nähe liegen sollte.

Wenn das Radar mit einer festen Frequenz arbeitet, so ist auch ein Respon­ derkanal relativ leicht störbar.

Zur Erhöhung der Störfestigkeit des Radars und zur sogenannten "Glintredu­ zierung" ist nun vom Stand der Technik vorgeschlagen worden, das soge­ nannte "Springfrequenzverfahren" einzusetzen. Hier wird die Radarfrequenz von einem Impuls zum nächsten willkürlich innerhalb eines relativ breiten Frequenzbandes variiert. Die Breite des Springfrequenzbandes wird bei­ spielsweise von der Bandbreite der Radarantenne begrenzt und kann ca. 5 bis 10% der Trägerfrequenz betragen.

Bei einer Radarwellenlänge, beispielsweise im Ku-Band, beträgt dann das Frequenzintervall, innerhalb dessen die Radarfrequenz "hin- und hersprin­ gen" kann, 1 bis fast 2 GHz. Diese Bandbreite ist im Vergleich zur Band­ breite eines gepulsten Radarsignals mit konstanter Trägerfrequenz zu sehen, welche beispielsweise 10 MHz betragen kann. Die Bandbreite der Radarstrahlung wird durch das Springfrequenzverfahren praktisch um den Faktor 100 oder noch mehr vergrößert und entsprechend wird natürlich auch die Störbarkeit des Radars reduziert.

Nun besteht bei manchen Verfahren der kohärenten Signalverarbeitung und Clutterunterdrückung - nämlich kohärentes MTI (Moving Target Indication) und Puls-Doppler - die Forderung, die Radarfrequenz von einem Impuls zum nächsten sehr genau zu halten. Es gibt trotzdem auch bei diesen Verfahren die Möglichkeit, von den Vorteilen des genannten Springfrequenzverfahrens Gebrauch zu machen, nämlich in Form einer Zusammenfassung benachbarter Impulse zu Gruppen, wobei die Radarfrequenz bei den Impulsen einer jeden Gruppe, d.h. innerhalb des sogenannten kohärenten Verarbeitungsintervalls, konstant ist und von einer Gruppe zur nächsten willkürlich geändert wird. Hier wird von "Frequenzagilität" von Gruppe zu Gruppe gesprochen. Resü­ mierend ist jedoch festzustellen, daß wegen der großen beanspruchten Band­ breite beim Springfrequenzverfahren und der umgekehrten Forderung nach einem nicht zu großen Frequenzabstand zwischen Radar- und Peilsenderkanal, eine Kombination von beiden Verfahren nicht oder kaum erfolgversprechend möglich ist.

Bessere Verhältnisse liegen in der Verwendung eines Antwortsenders (Res­ ponders) bei einem frequenzagilen Zielverfolgungsradar vor. Beispielsweise braucht das Radar zur Dopplerfilterung zwecks Boden- oder Volumclutter­ unterdrückung (z.B. Regen) jeweils 10 Impulse immer auf der gleichen Fre­ quenz. Wird der erste der zehn Radarimpulse vom Flugkörper im Empfänger­ teil des Antwortsenders empfangen, so wird er dazu verwendet, den Antwort­ sender auf die neue Radarfrequenz abzustimmen. Weitere Radarimpulse können vom FK abgezählt werden und nach dem letzten empfangenen Radarimpuls auf einer bestimmten Frequenz strahlt der FK-Responder einen Antwortimpuls mit einer definierten Verzögerung und genau auf derselben Radarfrequenz an die Abschußanlage zurück. Aus der Verzögerung des Antwortimpulses nach dem letzten Radarimpuls auf einer gegebenen Frequenz - d.h. vor dem nächsten Frequenzwechsel - erhält man am Ort der Lenkanlage bei Kenntnis der im Responder eingebauten Verzögerungszeit die Laufzeit zum FK und zurück und damit die Entfernung zum Flugkörper.

Aber auch dieses Verfahren weist einen entscheidenden Nachteil auf, denn ein Kommandolenkverfahren mit Responder im FK, das wie vorbeschrieben ar­ beitet, nutzt zwar radarseitig die Vorteile von Springfrequenz oder Fre­ quenzagilität voll aus, nicht jedoch seitens des Flugkörpers, da dieser bei jeder Frequenzänderung des Radars erst die neue Frequenz erkennen und sich darauf einstellen muß. Dadurch aber ist die Gefahr gegeben, daß der Responder von einem genügend starken Störsender in der Frequenz "weggezo­ gen" wird und somit dem FK-System "gestohlen" wird, ähnlich wie ein soge­ nannter "Range Gate Stealer" bereits erfaßte Ziele wegmanipuliert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kommandolenk­ einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik eliminiert und so ausgestaltet ist, daß mit ihr eine wesentliche Erhöhung der ECM-Festigkeit erzielbar ist, wobei numerisch diese Erhöhung gemäß der Größenordnung dem Verhältnis der Band­ breiten mit und ohne Frequenzagilität entspricht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele erläutert.

Diese Erläuterungen werden durch die Figuren der Zeichnung ergänzt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schemabild für das Prinzip der Kommandolenkung eines Flug­ körpers,

Fig. 2 ein Schemabild eines Prinzips der Ablagemessung mit einem Feuer­ leitradar, wie es auch beim Stand der Technik gegeben ist,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Kombination von Radarsender und Responder mit Nabelschnur und Pseudozufalls­ zahlengenerator,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Kom­ bination von Radarsender und Responder mit Schieberegisteranord­ nung als Speicherlemente.

Der Erfindungsgedanke sieht vor, daß der fk-seitigen Elektronik im Augen­ blick des FK-Starts oder kurz davor oder unmittelbar danach die notwendige Information mitzugeben, in der scheinbar statistisch variablen Sequenz von pseudozufällig gewählten Radarsendefrequenzen das Bildungsgesetz oder den Algorithmus zu erkennen, so daß für den FK keine statistische, sondern eine deterministische Frequenzfolge stattfindet und somit das Suchen nach einer neuen Frequenz in dem sehr breiten Springfreqenzband durch ein ge­ zieltes Abstimmen auf "a priori" bekannte Frequenzen ersetzt wird. Diese Möglichkeit und deren Vorteilhaftigkeit hat der Stand der Technik bisher nicht erkannt.

Am Beispiel gemäß Fig. 3 soll die Erfindung näher beschrieben und er­ läutert werden. Das frequenzagile Feuerleitradar bezieht die Radarfrequenz aus einer Frequenzzentrale 10 a in der Radar-Signal-Erzeugungseinheit 10, welche die jeweilige Sendefrequenz nach einem scheinbar zufälligen Gesetz bzw. in scheinbar wahlloser Reihenfolge aus einem Spektrum von gegebenen Trägerfrequenzen - z.B 100 verschiedene Frequenzen - im gegenseitigen Ab­ stand von je 10 MHz auswählt. Die Frequenzen werden beispielsweise mit f ₀ bis f ₉₉ bezeichnet. Der Index n 13 a der nächsten Trägerfrequenz f _n 13 wird mit einem Pseudozufallszahlengenerator 16 erzeugt, welcher aus der digitalen Rechnertechnik bekannt ist und welcher zunächst nur Gleitkommazahlen z im offenen Intervall
0 < z < 1
erzeugt. Durch Multiplikation mit dem Faktor 100 und Weglassen des Rests nach dem Komma entsteht der Index n:
n = ganzzahliger Teil von (100×z)
und mit diesem Wert "n" wird die nächste Frequenz erzeugt.

Die Frequenzreihenfolge erscheint deterministisch für einen Beobachter, der zusätzlich zur Kenntnis der Schaltung des Zufallszahlengenerators 16 den anfänglichen Inhalt seiner internen Register kennt.

Erfindungsgemäß enthält der Transponder 30 im FK ein Gegenstück 34 des Pseudozufallszahlengenerators 16. Im erwähnten Startaugenblick oder kurz zuvor - gegebenenfalls auch unmittelbar danach - wird dem FK der nume­ rische Inhalt der internen Register des Zufallszahlengenerators 16 im Radar bzw. der Radarsignalerzeugungseinheit 10 mitgeteilt und mit dieser Information wird der Pseudozufallszahlengenerator 34 in FK quasi synchro­ nisiert.

Diese Informationsübertragung zum FK wird in dem gezeigten Ausführungs­ beispiel vor dem Start mittels einer sogenannten Nabelschnur des FK′s (Umbilical Cord) durchgeführt.

Der Vorteil dieser Übertragung vor dem Start ist darin zu sehen, daß im Vergleich zu einer Synchronisierung nach dem Start, eine größtmögliche Störsicherheit gegeben ist.

Die Richtung des Informationsflusses über die Nabelschnur kann bei einer äquivalenten Variante des beschriebenen Ausführungsbeispiels auch umge­ kehrt werden. Hier enthält der FK von der Fertigung her eine zufällige Null- oder Anfangsstellung des Pseudozufallszahlengenerators 34. Im Augen­ blick der Synchronisation bzw. des Starts übernehmen die internen Register des radarseitigen Pseudozufallszahlengenerators 16 den Inhalt des fk-sei­ tigen Generators 34. Von diesem Augenblick an erzeugen beide Generatoren 16, 34 bei jedem Frequenzwechsel deckungsgleich dieselben Reihenfolgen.

Beide der vorbeschriebenen Möglichkeiten sind als gleichwertig anzusehen, wenn das Radar nicht mehr als "einen" FK zu jedem Zeitpunkt zu führen hat. Sind jedoch Ziele mit mehreren Flugkörpern gleichzeitig zu bekämpfen, dann ist der zuerst vorgeschlagenen Lösungsweg vorteilhafter.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird nun vorgeschlagen, die Fre­ quenzreihenfolge im Radar nach einem ganz beliebigen, beispielsweise einem echt zufälligen Gesetz, zu bestimmen, diese Reihenfolge in einem Schiebe­ register 40, welches alle während der Flugdauer des FK′s auftretenden Fre­ quenzen speichert, aufzubewahren und die momentanen Frequenzen aufgrund der Werte am Ende der Schieberegisterkette zu erzeugen. Das Blockschalt­ bild einer solchen Ausführungsform ist in Fig. 4 gezeigt. In dieser Kon­ figuration wird dem FK erfindungsgemäß der gesamte Inhalt des besagten Schieberegisters beim Start mitgeteilt und diese mitgeteilte Information genügt dann, um die während seines Flugs erzeugten pseudozufälligen Fre­ quenzen als deterministisch einzuordnen.

Ein Merkmal des geschilderten Beispiels ist es, daß nur der FK, der zum Abschuß kommt und ggf. mit dem Radar über die Nabelschnur 19 verbunden ist, in den Besitz der Informationen oder des Schlüssels kommt, wodurch ein Suchen nach der jeweils nächsten Frequenz in einem sehr breiten Fre­ quenzband unnötig gemacht wird. Hieraus resultiert eine informationsbe­ dingte Erhöhung der ECM-Festigkeit des geschilderten Responderverfahrens gegenüber allen anderen bisher bekannten Responder- oder Peilsenderver­ fahren. Numerisch kann die Erhöhung der ECM-Festigkeit größenordnungsmäßig mit dem Verhältnis der Bandbreiten mit und ohne Frequenzagilität beziffert werden. Eine Modifikation ergibt sich, wenn die Antwort des Responders nicht auf der Radarfrequenz selbst, sondern auf einer um einen bekannten Betrag versetzten Frequenz erfolgt.

Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 3 und 4 sind somit in ihren wesentlichen Merkmalen so beschrieben und erläutert, daß sich ein näheres Eingehen erübrigen dürfte. Nachstehend sollen daher lediglich die mit Be­ zugszeichen versehenen Bauelemente genannt werden. Aus Fig. 3 ist ersicht­ lich, daß die Radarsignalerzeugungseinheit 10 mit einem Synthesizer 10 a und einem Modulator 10 b versehen ist, das Signal mit der Frequenz f _n 13 einem Leistungsverstärker 14 und von dort einem Sende/Empfangsschalter 15 zugeleitet wird, der der Radarantenne 11 bzw. dem Radarempfänger 12 zuge­ ordnet ist. Die Frequenzzentrale bzw. der Synthesizer 10 a empfängt die Signale des Index n 13 a und des Pseudozufallszahlengenerators 16, dem seinerseits ein UND-Gatter 17 zugeordnet ist, dem ein Synchronisiersignal (Strobeimpuls) 18 eingeht. Das Signal von 16, 17 und 18 wird über eine Nabelschnur 19 dem Pseudozufallszahlengenerator 34 des Responders 30 im FK eingegeben.

Von dort wird es einer Frequenzzentrale 35 im FK zugeleitet, die ihr Sig­ nal einmal einem Mischer 33 eingibt, der das Signal mit demjenigen der FK-Responder-Empfangsantenne 21 und der breitbandigen Frontend-Einheit 32 mischt und das gemischte Signal an die Einheit 31 der Signalauswertung, der Logikauswertung und der Signalverzögerung eingibt. Zum andernmal wird das Signal der Frequenzzentrale 35 dem der FK-Responder-Sendeantenne 20 zugeordneten Mischer 37 mit dem Leistungsverstärker 36 eingegeben, wo es mit dem aus 31 kommenden Signal gemischt wird.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 unterscheidet sich im Aufbau - wie bereits erwähnt - lediglich dadurch, daß statt der Pseudozufallszahlen­ generatoren 16, 34 Schieberegister 40, 41 verwendet werden. Mit beiden Einrichtungen bzw. Ausführungsformen wird eine verbesserte ECM-Festigkeit von typischerweise um den Faktor 100 erzielt.

Claims (10)

1. Kommandolenkeinrichtung eines Flugkörpers (FK) der mit einem Ant­ wortsender (Responder) versehen ist, welcher eine genau definierte Zeit nach der Beleuchtung des Flugkörpers (FK) durch das Radar ein Antwort­ signal auf derselben Radarfrequenz an das Radar zurückstrahlt, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik der Radarsignalerzeugungseinheit (10) des Flugkörpers (FK) bei dessen Start mit Informationen gespeist wird, die einer scheinbar statistisch variablen Sequenz von pseudozu­ fällig gewählten Radarfrequenzen entsprechen und das Bildungsgesetz oder den Algorithmus erkennen lassen, so daß für den Flugkörper (FK) eine de­ terministische (keine statistische) Frequenzfolge stattfindet und eine gezielte Abstimmung auf bekannte Frequenzen erfolgt.

2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radarsignalerzeugungseinheit (10) mit einer Frequenzzentrale (Syn­ thesizer) versehen ist, die in scheinbar wahlloser Reihenfolge aus einem Spektrum von gegebenen Trägerfrequenzen die jeweilige Sendefrequenz aus­ wählt.

3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radarsignalerzeugungseinheit (10) ein Zufallszahlengenerator (16) (Pseudo-Zufallszahlengenerator) zugeordnet ist, der den Index "n" (13 a) der nächsten Trägerfrequenz "fn" und mit dessen Wert die nächst­ folgende Frequenz erzeugt.

4. Lenkeinrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Responder (30) des Flugkörpers (FK) ebenfalls mit einem gleichgearteten Pseudozufallszahlengenerator (34) wie (16) ver­ sehen ist.

5. Lenkeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Informationsübertragung vom Zufallszahlengenerator (16) der Radarsignalerzeugungseinheit (10) zum Responder (30) des Flug­ körpers (FK) vor dessen Start über ein Verbindungskabel (19) - einer sogenannten Nabelschnur (umbilical cord) - erfolgt.

6. Lenkeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pseudozufallszahlengenerator (34) des Responders (30) von der Fertigung her mit einer zufälligen Null- oder Anfangsstellung versehen ist und der Informationsfluß über das Verbin­ dungskabel (19) zum Pseudozufallszahlengenerator (16) der Radarerzeu­ gungseinheit (10) erfolgt.

7. Lenkeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Radarfrequenzreihenfolge in einem Schieberegister (40) bestimmt wird, welches alle während der Flugdauer des Flugkörpers (FK) auftretende Frequenzen speichert und die momentane Frequenz am Ende der Schieberegisterkette erzeugt.

8. Lenkeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der komplette Inhalt des Schieberegisters (40) dem Schieberegister (41) des Responders (130) des Flugkörpers (FK) beim Start eingegeben wird und die während des Fluges erzeugten pseudo­ zufälligen Frequenzen als deterministisch eingeordnet werden.

9. Lenkeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur der abschußbereite und ggf. mit dem Radar über das Verbindungskabel (19) verbundene Flugkörper (FK) mit den Informationen oder dem Frequenzschlüssel versorgt wird.

10. Lenkeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die "Antwort" des Responders (30, 130) auf einer um einen bekannten Betrag von der aktuellen Radarfrequenz ver­ setzten Frequenz erfolgt.