DE3917794C2 - Verfahren zur Bestimmung des Zündpunktes eines Flugkörpers sowie Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Zündpunktes eines Flugkörpers zwischen einer ersten beweglichen Station und einer zweiten Station, die stationär und/oder beweglich ist, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung findet insbesondere im militärischen Bereich Anwendung, wenn beispielsweise von einem Panzer oder einem anderen beweglichen Fahrzeug ein Geschoß abgeschossen wird.

Es gibt eine Reihe von Verfahren zur Bestimmung des Zündpunktes eines Flugkörpers. Alle diese bekannten Verfahren setzen eine Kommunikation zwischen der Abschußstelle und dem Flugkörper oder allgemein zwischen einer ersten und einer zweiten Station voraus und aus diesem Grund ist es erforderlich, daß sich sowohl in der ersten als auch in der zweiten Station, d. h. im Geschoß und im Panzer, je eine Sende-/Empfangseinheit befinden.

Ausgenutzt wird bei diesem Verfahren die Tatsache, daß die Frequenz der empfangenen Signale gegenüber der der gesendeten Signale aufgrund des Dopplereffektes verändert wird, wobei die Zeitdifferenz ermittelt wird, aus der sich der Zündzeitpunkt bestimmen läßt.

Bei einem bekannten Verfahren befinden sich sowohl in dem Panzer als auch im Geschoß jeweils ein Oszillator, die aufeinander abgestimmt sein müssen, wobei die Frequenzstabilität des Oszillators im Geschoß entsprechend der gewünschten Genauigkeit des Meßergebnisses gewählt werden muß. Dies führt bei Einsatz von Mikrowellen- oder Millimeterwellen­ oszillatoren zu Problemen, weil die Frequenzstabilität, beispielsweise aufgrund der Beschleunigung beim Abschuß, leiden kann.

Die DE-26 35 952 B2 offenbart ein Wegmeßsystem für streckengebundene Fahrzeuge unter Verwendung eines Dopplerradargerätes. Hierbei ist mindestens eine scharfbündelnde unter einem bestimmten Winkel zur Fahrtrichtung geneigt angeordnete Antenne vorgese­ hen. Längs der zurückgelegten Strecke sind in vorbekannten Abständen Antwortbarken angeordnet, die beim Überfahren ein besonderes Signal in der Wegmeßeinrichtung auslösen und zur Korrektur eines ersten Meßwertes genutzt werden. Die Antwortbarken liefern durch ein kodiertes Signal eine Information über den jeweiligen Streckenort. Unter Nut­ zung von zwei Antennen wird ein Meßfehler, der durch Schlinger- oder Nickbewegungen des Fahrzeuges auftreten können, vermieden, wobei ein Mittelwert der Dopplerfrequenzen beider Antennensignale erfolgt, die zur Auswertung des zurückgelegten Weges genutzt wird. Diese Dopplerfrequenzen werden in Zeitquanten umgewandelt und einem Wegzähler zugeführt, der diese aufaddiert.

Die DE-16 16 308 B2 offenbart eine Radaranordnung zur Abstandsmessung aufeinander folgender Fahrzeuge durch Dopplerfrequenzintegration. Durch Erzeugung eines Radarsi­ gnales, das gegen die Bahn des Fahrzeuges gerichtet wird, wird durch das Vorbeifahren des Fahrzeuges nach Bildung eines Echos ein Dopplersignal erzeugt, das eines für die Fahrtge­ schwindigkeit des Fahrzeuges charakteristische Frequenz aufweist. Die Erfassung des Abstandes zwischen weit voneinander entfernten Fahrzeugen mit Hilfe des Dopplersignales ist gleichfalls möglich. Die Radaranordnung ist an einem dritten Ort angeordnet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem aus der Geschwindigkeit einer fliegenden Station relativ zur Umgebung der Zündpunkt bestimmt werden kann. Dabei soll das Verfahren so ausgeführt sein, daß der Gesamtaufwand für elektronische Bauteile so gering wie möglich gehalten werden kann. Weiterhin soll eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein sich in der bewegten Station befindlicher Sender ein Signal mit einer Frequenz f₀ aussendet, daß dieses Signal mit einem weiteren Signal moduliert wird und dieses aufmodulierte Signal an einem Reflektor an der zweiten Station reflektiert und zur ersten Station zurückübertragen wird. In einer geeigneten Baugruppe (z. B. Zähler) wird dieses Signal weiter verarbeitet, so daß dieses Signal der Änderung des Abstandes zwischen erster und zweiter Station im Zeitintervall (0, T) entspricht und damit einer Größe des zurückgelegten Weges.

Zur Auswertung gelangt nun nicht die Dopplerfrequenzverschiebung des HF-Trägersignals, also des Hochfrequenzsignales mit der ersten Frequenz, sondern die Dopplerfrequenz, die aus der erheblich niedrigeren Frequenz f_M des zweiten Signales resultiert. Im Endeffekt wird dies so durchgeführt, daß ein Signal mit der höheren Frequenz, die als Trägerfrequenz dient, mit der niedrigeren Frequenz moduliert, beispielsweise durch Amplituden- oder Frequenzmodulation, und abgestrahlt wird. Beide Frequenzen unterliegen der Dopplerverschiebung, wenn sich der Sender in der ersten Station und/oder der Reflektor an der zweiten Station bewegen. Das reflektierte Signal wird von der gleichen Antenne in der ersten Station wieder empfangen und soweit verarbeitet, daß sich hieraus die Dopplerfrequenz

f_d = 2 . f_M . v/c

ergibt.

Da die Frequenz f₀ in dieser Formel nicht auftritt, ist die Stabilität dieser Frequenz von nur geringer Bedeutung; die erste Frequenz muß daher nur entsprechend der Bandbreite des Transceivers innerhalb der fliegenden Station gewählt werden.

Demgegenüber muß die Genauigkeit der zweiten Frequenz entsprechend der Genauigkeit gewählt werden, die der erforderlichen Genauigkeit der Dopplerfrequenz entspricht. Aus diesem Grunde sind typische Werte für diese Frequenzen folgende:
Erste Frequenz f₀ = 35 GHz
zweite Frequenz f_M = 100 MHz.

Dabei ist die Realisierung eines frequenzstabilen Oszillators für 100 MHz erheblich einfacher als die Stabilisierung des Oszillators im Mikrowellen- oder Millimeterwellenbereich.

Es besteht auch die Möglichkeit, nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 4 die Frequenzen in den GHz-Bereich und den Frequenzabstand der Oszillatoren in den MHz- Bereich zu legen.

Auch dieses bewirkt das gleiche, daß nämlich der Oszillator, dessen Frequenz zur Bildung des Dopplersignales benutzt wird, wegen der relativ niedrigen Frequenz einfacher zu stabilisieren ist.

Damit die Bestimmung der Dopplerfrequenz nicht durch Störungen bei der Übertragung verfälscht wird, wird das von dem sich an der zweiten Station befindlichen Reflektor abgestrahlte Signal verstärkt, d. h. das an der zweiten Station empfangene Signal wird erst nach Verstärkung zur ersten Station zurückgestrahlt. Der Reflektor ist damit ein aktiver Reflektor, mit dem eine Anhebung des Signalpegels erzielt wird.

Die Schaltungsanordnungen, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, sind aus den Ansprüchen 6 und 7 zu entnehmen.

Erfindungsgemäß befindet sich in der beweglichen, ersten Station, also im Geschoß, ein Hochfrequenztransceiver, der die Funktion eines CW-Radars realisiert. Das von der beweglichen Station abgestrahlte Signal wird an einem definierten Reflektor an der zweiten oder im Bereich der zweiten Station reflektiert und vom Empfänger der ersten Station detektiert.

Anhand der Zeichnung, in der drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung eines Dopplerradars

Fig. 2, 3 je eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 besitzt einen Oszillator 1, dessen einer Ausgang an einen Zirkulator 2 angeschlossen ist. Der Zirkulator 2 ist mit einer Antenne 3 und mit einem Mischer 4 verbunden, der außerdem an dem Oszillator 1 angeschlossen ist. Der Ausgang des Mischers 4 ist mit einem Filter 5 verbunden, an dessen Ausgang die Dopplerfrequenz f_d abnehmbar ist.

Die Wirkungsweise ist wie folgt:

Der Oszillator 1 erzeugt ein CW-Signal mit der Frequenz f₀ Dieses Signal wird zum Teil über den Zirkulator 2 der Antenne 3 zugeführt und von dort mit der Frequenz f₀ abgestrahlt. Die Antenne 3 empfängt das von der zweiten Station (nicht dargestellt) verstärkt oder nicht verstärkt reflektiertes Signal mit der Frequenz

f₀ = (1-2 v/c)

mit
v = Geschwindigkeit des Geschosses
c = Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen

Dieses Empfangssignal wird dem Zirkulator 2 und dann dem Mischer 4 zugeführt. Durch Mischung des Empfangssignales mit einem Teil des Signales des Oszillators 1 im Mischer 4 entsteht ein Ausgangssignal, dessen Frequenzspektrum u. a. ein Signal der Frequenz f_d = f₀ . 2 v/c enthält. Dieses Signal f_d wird im Filter 5 aus dem Ausgangssignal des Mischers 4 separiert und der nachfolgenden Elektronik zur Weiterverarbeitung zugeführt.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 umfaßt einen ersten Oszillator 10, sowie einen zweiten Oszillator 11, von denen der erste Oszillator eine Trägerfrequenz f₀ und der zweite Oszillator eine Trägerfrequenz f_M erzeugen. Die Trägerfre­ quenz f₀ liegt im GHz-Bereich, wogegen die Modulationsfre­ quenz im MHz-Bereich liegt. Beide Oszillatoren 10 und 11 sind mit einem Modulator 12 verbunden, in dem die Träger­ frequenz f₀ mit der Modulationsfrequenz f_M moduliert wird.

Das modulierte Signal wird einem Zirkulator 13 zugeführt, dessen Ausgang mit einer Antenne 14 verbunden ist, welche dieses Signal abstrahlt. Das reflektierte Signal wird von der Antenne 14 empfangen, dem Zirkulator 13 und von dort dem Diskriminator 15 zugeführt, der mit dem Zirkulator 13 ver­ bunden ist. Der Ausgang des Diskriminators 15 ist mit einem Mischer 16 verbunden, der außerdem mit einem zweiten Ausgang des Oszillators 11 verbunden ist. In dem Mischer 16 wird die Dopplerfrequenz f_d ermittelt, die in einem Filter 17 ausge­ filtert wird. Die Dopplerfrequenz ergibt sich zu:

f_d = 2 . f_M . v/c

worin
v = Relativ-Geschwindigkeit der beiden Stationen gegeneinander
c = Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen.

Die Stabilität der Frequenz f₀, die also von dem Oszillator 10 erzeugt wird, ist lediglich so zu wählen, daß sie in die Band­ breite der Schaltungsanordnung paßt. Da die von dem Oszillator 11 erzeugte Frequenz f_M in einem Bereich liegt, bei der die Stabilisierung des Oszillators erheblich einfacher ist, ist eine Realisierung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erheblich einfacher möglich, als wenn die Schaltungsanordnung im Mikrowellen- oder Millimeterwellenbereich arbeiten würde. Besondere bzw. typische Werte für die Frequenzen sind:
f = 35 GHz,
f_M = 100 MHz,
f₀ = 100 MHz, wobei diese Werte lediglich Anhaltswerte darstellen und den Frequenzunterschied bzw. die Größenordnung der beiden Fre­ quenzen andeuten sollen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist der Fig. 3 zu entnehmen.

Die Schaltungsanordnung besitzt einen Mikrowellenoszillator L0, 20, der eine Frequenz f₁ erzeugt. Der Ausgang des Mikro­ wellen-Oszillators 20 ist mit einer Einrichtung 21 zur Phasen­ regelung verbunden, deren Ausgang einerseits einem Oszillator 22 zugeführt wird, der die Frequenz f₂ erzeugt. Dieser Oszil­ lator ist ein VCO, also ein Voltage-Controlled-Oszillator.

Die Frequenz des VC0 wird so geregelt, daß der Frequenzab­ stand (f₂ - f₁) gerade gleich einer Referenzfrequenz f_M ist, wobei f_M hochstabil in der Einrichtung 21 erzeugt wird.

Sowohl der Ausgang des Oszillators 20 als auch der des Oszil­ lators 22 sind mit einem Signalkoppler 23 verbunden, dessen Ausgangssignal einem Zirkulator 24 zugeführt wird, der mit einer Antenne 25 verbunden wird. Diese Antenne strahlt die beiden von den Oszillatoren 20 und 22 erzeugten Signale mit den Frequenzen und f_1S und f_2S ab, welche dann von einem Reflek­ tor 26, der als definierter Reflektor ausgebildet ist und ggf. eine Verstärkungseinrichtung zwecks Verstärkung der rückgestrahlten Signale aufweisen kann, reflektiert werden.

Die beiden Signale mit den Frequenzen f_1R und f_2R werden von der Antenne 24 empfangen und dem Zirkulator 24 zugeführt, der sie einem Mischer 25 zuführt, dessen Ausgang mit einem Filter 26 verbunden ist, dessen Ausgang wiederum einem Mischer zugeführt wird, in dem das von dem Filter 26 abge­ gebene Signal mit dem Ausgang der Einrichtung 21 zur Phasen­ regelung verbunden ist. Dieses Signal ist ein Referenzsignal f_M. Im Mischer 27 wird dann wieder die Dopplerfrequenz f_d ermit­ telt.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist wie folgt:

Der Mikrowellenoszillator 20 erzeugt eine Frequenz f₁. Über eine Regelschleife, die über die Einrichtung 21 zur Phasen­ regelung verläuft, wird der Oszillator 22 an den Oszillator 20 angebunden, wobei zwischen den Frequenzen f₁ und f₂ der beiden Oszillatoren ein konstanter Frequenzabstand f_M erzielt wird. Beide Hochfrequenzsignale mit den Frequenzen f₁ und f₂ werden abgestrahlt und dopplerverschoben empfangen. Im Mischelement werden beide miteinander gemischt und nach Ausfilterung der gewünschten Frequenzkomponente wird diese in dem Mischer 27 mit dem Referenzsignal, d. h. mit dem Frequenzabstandssignal f_M gemischt. Dieses Mischergebnis entspricht der aufgrund der Relativ-Geschwindigkeit zum Reflektor 26 hervorgerufene Dop­ plerverschiebung des Referenzsignales f_M. Eine Auswertung dieses Signales erlaubt eine Aussage über diese Geschwindig­ keit.

Die Erfindung findet in bevorzugter Weise Anwendung auf militärischem Bereich, insbesondere bei der Zündpunktsbe­ stimmung eines von einem Panzer oder einem anderen Fahrzeug abgeschossenen Geschosses.

Aufgrund der ermittelten Dopplerfrequenz kann die Geschwin­ digkeit und durch Integration die jeweilige Entfernung des Geschosses vom Panzer ermittelt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Bestimmung des Zündpunktes eines Flugkörpers durch Auswertung des Dopplereffektes, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich in der bewegten Station befindlicher Sender ein Signal mit einer Trägerfrequenz (f₀) aussendet, das mit einem zweiten Signal der Frequenz (f_M) moduliert wurde, daß dieses modulierte Signal an einem Reflektor an der zweiten Station reflektiert und zur ersten Station zurückübertragen wird und daß das an der ersten Station empfangene Signal so verarbeitet wird, daß die Dopplerfrequenz ermittelt wird gemäß
fd = 2 . f_M . v/c
und daraus durch Integration über die Zeit die Änderung des Abstandes zwischen erster und zweiter Station.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal von einem ersten Oszillator und das zweite Signal von einem zweiten Oszillator erzeugt werden, wobei der zweite Oszillator mit dem ersten derart gekoppelt ist, daß der Frequenzabstand beider Signale konstant ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenz des ersten Signales im GHz- und die des zweiten Signales im MHz-Bereich liegen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenzen im GHz-Bereich liegen und der Frequenzabstand der Oszillatoren im MHz-Bereich liegt.

5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor der zweiten Station als aktiver Reflektor ausgebildet ist, wobei das Empfangssignal der zweiten Station erst nach Verstärkung (Anhebung des Signalpegels) von dieser zweiten Station zur ersten Station zurückgestrahlt wird.

6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Station ein erster Oszillator (10) zur Erzeugung eines ersten Signales und ein zweiter Oszillator (11) vorgesehen sind, deren Ausgänge mit einem Modulator (12) verbunden ist, der das erste Signal mit dem zweiten Signal moduliert, daß der Ausgang des Modulators (12) mit einem Zirkulator (13) und dieser mit einer Antenne (14) verbunden ist, daß der zweite Ausgang des Zirkulators (13) mit einem Diskriminator und dessen Ausgang mit einem Mischer (16) verbunden sind, der weiterhin mit einem weiteren Aus­ gang des ersten Oszillators verbunden ist, und daß der Aus­ gang des Mischers (16) mit einem Filter (17) verbunden ist, wobei beide zur Erzeugung des Dopplersignales dienen.

7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Oszillator (20) zur Erzeugung einer ersten Frequenz (f₁) und ein zweiter Oszillator (22) mit einer Frequenz (f₂) über einen Signalkoppler (23) und einen Zir­ kulator (24) Signale einer Antenne zuführen, daß der zweite Ausgang des Zirkulators (24) mit einem Modulator verbunden ist, in dem das von einem Reflektor an der zweiten Station reflektierte Signal mit einer ersten Frequenz (f_1R) mit dem vom Reflektor (26) ebenfalls reflektierten zweiten Signal der Frequenz (f_2R) moduliert wird, daß der Ausgang des Modu­ lators mit einem Mischer verbunden ist, dessen weiterer Eingang mit dem Ausgang einer Einrichtung (22) zur Verkop­ pelung der beiden Oszillatoren (20, 22) verbunden ist, wo­ bei am. Ausgang des Mischers (27) das Dopplersignal abnehm­ bar ist.