DE3843633A1

DE3843633A1 - Verfahren zur regelung zweier unabhaengiger oszillatoren

Info

Publication number: DE3843633A1
Application number: DE19883843633
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl Ing Siedelhofer
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Germany; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AG Germany; ABB AB
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1990-07-05

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung ist im Verteidigungsbereich anwendbar und dient zur Bestimmung bzw. Korrektur des Zündpunktes eines aus einer Rohrwaffe abgefeuerten Geschosses, einer Rakete oder dgl. Die Rohrwaffe kann dabei stationär oder fahrbar als Kanone oder als Geschütz ausgebildet oder an Land-, See- oder Luftfahrzeugen, z. B. Panzern, angebracht sein.

Aus der DE-P 37 24 490.6 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, bei dem dem fliegenden Geschoß eine Mikrowellenstrahlung bestimmter Frequenz nachgesendet wird, aus der im Geschoß durch Mischung mit einem Referenzoszillator gebildet wird, die durch Integration zur Bestimmung des zurückgelegten Weges führt. Dabei werden alle den Weg und damit den Zündpunkt beeinflussenden Einwirkungen, wie z. B. Änderungen der Mündungsgeschwindigkeit v _o, witterungsbedingte Einflüsse und dgl. kompensiert. Zum Zwecke der Bestimmung der Dopplerfrequenz werden je ein hochkonstanter Oszillator in der Basis- und der fliegenden Station vorgesehen, die exakt gleiche Frequenzen erzeugen müssen. Aufgrund unterschiedlicher Einflüsse verändert sich die Frequenz des Oszillators in dem Geschoß gegenüber der fliegenden Station, z. B. aufgrund von Beschleunigungskräften beim Abschuß und hieraus ergeben sich erhebliche Fehler. Das Verfahren nach der DE-P 37 24 490.6 dient dazu, die Frequenzen der Oszillatoren in der Basisstation und der fliegenden Station aufeinander abzustimmen, damit die Fehler minimiert werden.

Ein Nachteil besteht darin, daß die von der beweglichen Station abgestrahlte Sendefrequenz weit ab von der Sendefrequenz der Basistation liegt, und zwar je nach Wahl der beim Mischen entstehenden Frequenzen entweder doppelt so groß ist oder annähernd bei Null liegt, und daß der Schaltungsaufwand im stationären Teil sehr hoch ist. Darüber hinaus ist auch noch die von der fliegenden Station unmittelbar reflektierte Welle erforderlich, so daß zwei Eingangsempfänger an der Basisstation vorhanden sein müssen, um die von der Basisstation abgestrahlte Welle ausreichend genau einzuregeln.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Schaltungsaufwand im stationären Teil gering ist und darüber hinaus die vom Geschoß reflektierte Welle nicht mehr notwendig ist.

Ferner soll eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Eine Schaltungsanordnung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, ergibt sich für die fliegende Station aus dem Unteranspruch 2 und für die Basisstation aus dem Unteranspruch 3. Beide Schaltungsteile ergänzen sich, so daß das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

Anhand der Zeichnung, in der eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen näher erläutert und beschrieben werden. Insbesondere soll die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens näher dargestellt werden.

Es zeigt die einzige Figur eine Schaltungsanordnung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

Die Erfindung wird realisiert in der Zusammenwirkung zwischen einer Basisstation 10 und einer fliegenden Station 11. Die Basisstation 10 ist hier ein Panzer und die fliegende Station 11 ein Geschoß. Innerhalb des Panzers 10 befindet sich ein regelbarer Oszillator, der eine hochstabile Frequenz f _p erzeugt. Der Oszillator 12 wird im folgenden Panzer-Oszillator 12 genannt und die Frequenz f _p die Panzer-Frequenz. Die von dem Panzer-Oszillator 12 erzeugte Panzer-Frequenz wird auf eine Panzer-Sendeantenne 13 aufgegeben und abgestrahlt. Am Panzer 10 befindet sich eine Panzer-Empfangsantenne 14, die mit einem Mischer 15 verbunden ist, wobei mit dem Mischer 15 ebenfalls der Ausgang des Panzer-Oszillators 12 verbunden ist. Der Ausgang des Mischers 15 ist mit dem Eingang eines Filters 16 verbunden, dessen Ausgang auf den Panzeroszillator 12 geschaltet ist, so daß hierdurch eine Frequenzregelschleife entsteht.

Innerhalb des Geschosses befindet sich ein Geschoß-Oszillator 17, der mit einem ersten und einem zweiten Mischer 18 bzw. 19 verbunden ist. Am Geschoß 11 befindet sich eine Geschoß-Empfangsantenne 20, die mit dem ersten Mischer 18 verbunden ist; der Ausgang des ersten Mischers 18 ist mit einem Filter 21 verbunden, dessen Ausgang mit dem zweiten Mischer 19 verbunden ist. Der Ausgang des zweiten Mischers 19 ist mit einem Sender 22 verbunden, dessen Ausgang auf eine Geschoß-Sendeantenne 23 aufgeschaltet ist.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäß der einzigen Figur ist wie folgt:

Von dem Panzer 10 wird die Panzer-Frequenz f _p abgestrahlt, die vom Geschoß als Geschoß-Empfangsfrequenz f _{e 1} empfangen wird. Von dem Geschoß-Oszillator 17 wird eine Geschoßfrequenz f _G erzeugt, die zunächst um den Faktor Δ f _G gegenüber f _p verändert sei. Diese geänderte Frequenz f _G ± Δ f _G wird dem Mischer 18 zugeführt und dort mit der Geschoßempfangsfrequenz f _{e 1} gemischt. Nach entsprechender Filterung im Filter 21 steht ein Mischsignal f _M zur Verfügung, für das gilt:

f _M = |(f _G ± Δ f _G) - f _{e 1}| = |(f _G ± Δ f _G) - (f _p - f _p · v/c) | (1)

Wegen des Doppler-Effektes ist nämlich die Geschoß-Empfangsfrequenz durch die Gleichung bestimmt:

f _{e 1} = (f _p - f _p · v/c), (1a)

worin
v = aktuelle Geschwindigkeit des Geschosses 11
c = Lichtgeschwindigkeit

Dieses Signal f _M wird dem zweiten Mischer 19 zugeführt und mit der vom Geschoß-Oszillator 17 erzeugten, um den Faktor Δ f _G verstimmten Frequenz f _G gemischt, so daß am Ausgang des Mischers 19 eine der Geschoß-Sendefrequenz f _S entsprechende Frequenz ansteht, die dem Filter 22 zugeführt wird und als Geschoß-Sendefrequenz f _S über die Geschoß-Sendeantenne 23 abgestrahlt wird.

Diese Geschoß-Sendefrequenz f _S ist wie folgt zu bestimmen:

f _S = f _M + (f _G ± Δ f _G). (2)

Hieraus ergibt sich:

f _S = |(f _G ± Δ f _G) - (f _p - f _p · v/c) | + (f _G ± Δ f _G). (3)

Es wird vorausgesetzt, daß die Geschoßfrequenz f _G nach Regelung gleich der Panzer-Frequenz f _p sein soll, so daß der Geschoßgenerator zunächst mit f _G ± Δ f _G = f _p ± Δ f _G schwingt.

Es folgt:

f _S = |(f _G ± Δ f _G) - (f _G - f _G · v/c) | + (f _G ± Δ f _G) (4)

f _S = |f _G v/c ± Δ f _G | + (f _G ± Δ f _G). (5)

Ist nun die Abweichung Δ f _G « gegen die Geschoßfrequenz f _G aber ungleich Null, und ist gleichzeitig v/c « gegen 1, so liegt auch das vom Geschoß abgestrahlte Signal mit seiner Frequenz in der Größenordnung der Frequenz des vom Panzer 10 abgestrahlten Signals. (Das Zeichen « bedeutet "klein gegenüber" und ist in der Mathematik üblich).

Für die weitere Betrachtung sind folgende Fälle zu unterscheiden:

a) (f _G ± Δ f _G) < f _p, (es gilt "t")

b) (f _G ± Δ f _G) < f _p und Δ f _G < f _p · v/c, (es gilt "-")

c) (f _G ± Δ f _G) < f _p und Δ f _G < f _p · v/c, (es gilt "-")

Für die Sendefrequenz des Geschosses ergibt sich dann unter der Voraussetzung, daß f _p = f _G ist aus der Gleichung (5) für die obigen Fälle a), b), c):

a) f _S = f _G (1 + v/c) + 2 · Δ f _G

b) f _S = f _G (1 + v/c) - 2 · Δ f _G

c) f _S = f _G (1 - v/c)

Die Gleichung c) ist nicht als Funktion von Δ f _G anzusehen, wie folgende Überlegung zeigt:

|f _G · v/c ± Δ f _G |

geht über in

|f _G · v/c - Δ f _G | = Δ f _G - f _G · v/c

Nach der Mischung und Filterung der Panzer-Empfangsfrequenz f _{e 2}, die der Geschoß-Sendefrequenz f _S, geändert um den Dopplerfaktor, entspricht, mit dem Signal f _p des Panzer-Oszillators 12 ergibt sich unter der Annahme (v/c) ² « gegen 1 und f _p = f _G ein Regelsignal für die im Panzer 10 gebildete Frequenzregelschleife, die sich aus dem Mischer 15 und dem Steuer-Oszillator 16 zusammensetzt:

a) f _R = 2 · Δ f _G (1 - v/c)

b) f _R = 2 · Δ f _G (1 - v/c)

c) f _R = 2 · f _G · v/c.

Hierin ist f _R die nach dem Mischen und Filtern gewonnene Regelfrequenz.

Aus der Regelbedingung, daß f _R = Null sein soll, folgt, daß in den Fällen a) und b) Δ f _G zu Null wird, so daß der Geschoß-Oszillator 12 und der Panzer-Oszillator 17 auf der gleichen Frequenz schwingen. Da im Fall c) keine Regelung möglich ist, weil bei diesem Fall die Regelfrequenz unabhängig von dem Faktor Δ f _G ist, ist zu beachten, daß grundsätzlich

f _p < f _G ± Δ f _G

gewählt wird.

Für die beiden oben genannten Fälle a) und b) wird eine vom Geschoß 11 direkt reflektierte Welle nicht mehr benötigt.

Das Ausgangssignal des Filters 21 entspricht der Dopplerfrequenz und kann dann im weiteren zur Bestimmung des vom Geschoß gerade zurückgelegten Weges verwendet werden, und zwar nach einer Integration wird das integrierte Signal mit einem Sollwert verglichen und bei Erreichen dieses Sollwertes wird ein Triggersignal zur Zündung des Geschosses erzeugt.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der von je einem in einer Basisstation und einer fliegenden Station untergebrachten Oszillator erzeugten Frequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Basisstation abgestrahlte und in der fliegenden Station empfangene Frequenz ein erstes Mal mit der Frequenz des Oszillators in der fliegenden Station gemischt und das Mischungsprodukt ein zweites Mal mit der Frequenz des Oszillators in der fliegenden Station gemischt werden, daß dieses letztere Mischungsprodukt an die Basisstation gesendet wird, und daß mit diesem letzteren Mischungsprodukt die Frequenz des Oszillators in der Basisstation gesteuert wird.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der fliegenden Station (11) ein Oszillator zur Erzeugung einer hochkonstanten Frequenz und ein erster und ein zweiter Mischer (18, 19) vorgesehen sind, deren Eingänge jeweils mit dem Oszillator (17) verbunden sind, daß der Eingang des ersten Mischers mit einer Empfangsantenne (20) und der Ausgang des zweiten Mischers (19) mit einer Sendeantenne (23) verbunden sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation (10) einen regelbaren Oszillator (12) zur Erzeugung einer hochstabilen Frequenz aufweist, dessen Ausgang mit einer Sendeantenne (13) und mit einem Mischer (15) verbunden ist, wobei der andere Eingang des Mischers mit einer Empfangsantenne (14) verbunden ist, und daß der Ausgang des Mischers (15) mit dem Eingang des Filters (16) und der Ausgang des Filters (16) mit dem Regeleingang des Oszillators (12) verbunden ist.