DE3918058C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Flughöhe und -lage eines Flugkörpers aus bordeigenen Messungen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Flughöhe und -lage eines Flugkörpers aus bordeigenen Messungen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Flughöhe und -lage eines Flugkörpers aus bordeigenen Messungen gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 4. Ein ähnliches Verfahren und eine ähnliche Vorrichtung sind beispielsweise aus dem Buch von R. Grabau "Funküberwachung und elektronische Kampfführung", ISBN 3-440-05667-8, Seiten 388-390 be­ kannt.
Das Verfahren und die Vorrichtung der dort beschriebenen Art (im weiteren Verlauf der Beschreibung Einrichtung ge­ nannt) werden beispielsweise in Flugkörpern und Waffen­ plattformen eingesetzt.
Dabei erfolgt ihre primäre Anwendung im Bereich der intel­ ligenten Munition.
Bei der bekannten Einrichtung emittiert und empfängt ein Meßsensor, der einerseits nach dem Radarprinzip arbeitet andererseits sich in einem rollenden drallstabilisierten Flugkörper befindet, elektromagnetische Wellen. Durch den Drall des Flugkörpers ändert sich dessen zugehö­ riger Rollwinkel. Der Meßsensor sucht dabei den Boden nach einem Zielobjekt ab. Da dieser Sensor sich mit dem Flug­ körper mitbewegt, ändert sich ein abgesuchter Bereich auf­ grund der Rollbewegung des Flugkörpers. Ist ein Auslenk­ winkel des Meßsensors gegenüber der Flugkörperlängsachse fest eingestellt, so weist der auf dem Boden abgesuchte Bereich je nach Lage der Flugkörperachse beispielsweise Ellipsenform auf.
Mittels der beschriebenen Einrichtung erfolgt ausschließ­ lich eine Absuchung des Bodens nach einem Zielobjekt (Zielsuchphase). Die Bestimmung der momentanen Flughöhe und -lage des Flugkörpers erfolgt nicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche es ermöglichen, eine momentane lotrechte Entfernung zwischen dem Flugkör­ per und dem Boden sowie die jeweilige zum Boden aus der Sicht des Flugkörpers mittels des oben genannten Meßsensors zu bestimmen.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in den Pa­ tentansprüchen 1 und 4 angegeben. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sowie bevor­ zugte Anwendungen der Erfindung aufgeführt.
Im folgenden wird die Erfindung, unter Berücksichtigung der Aufgabenstellung, anhand der Figur näher erläu­ tert.
Bei endphasengelenkter Munition sucht ein mitgeführter Meßsensor (auch Zielsuchkopf genannt) in der Zielsuchphase den Boden 6 nach Zielen ab. Voraussetzung dafür ist, daß ein Richtungsvektor zum Boden 6 (Bodenrichtungs- Normalenvektor 4) im körperfesten Koordinatensystem des rollenden Flugkörpers, bekannt ist. Das heißt, es müssen an Bord des Flugkörpers 1 die lotrechte Entfernung zum Boden (Flughöhe über Grund), sowie die Richtung des Bodenrichtungs-Normalenvektors 4 durch Messung ermittelt werden.
Da während der Meßzeit im allgemeinen eine Flugkörperge­ schwindigkeit des Flugkörpers 1 nicht konstant ist, ist es zur Erhöhung der Meßgenauigkeit notwendig, die Annäherungsgeschwindigkeit des Flugkörpers 1 gegenüber dem Boden 6 zu messen und in der Bestimmung der genannten Größen zu berücksichtigen.
Die Drehung des Meßsensors um seine Flugkörperlängsachse 2 erfolgt durch eine Rollbewegung des Flugkörpers 1 um die Flugkörperlängsachse 2. Dabei ist der Meßsensor um einen Auslenkwinkel 72 ausgelenkt. Alternativ hierzu kann der Meßsensor selbst eine rollende Bewegung ausführen, die zusätzlich der Rollbewegung des Flugkörpers 1 überlagert sein kann.
Der Auslenkwinkel 72 ist vorteilhafterweise durch starre Ausrichtung des Meßsensors während einer Meßphase kon­ stant. Unter dem Begriff Meßphase ist ein Zeitraum zu ver­ stehen, in dem der momentane Abstand zwischen dem Flugkör­ per 1 und dem (den) jeweiligen Bodenpunkt(en) (Auftreffpunkt(e) des Antennensichtstrahles auf dem Boden 6) gemessen wird.
Grundsätzlich kann sich der Auslenkwinkel stetig und/oder abrupt ändern, falls dies für andere Anwendungsfälle ge­ eignet erscheint.
Der Meßsensor besteht aus einem aktiven und/oder halbakti­ ven Zielsuchkopf. Dieser ist vorzugsweise als Radarsuch­ kopf ausgelegt. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen FM/CW- und/oder Pulsdoppler-Suchkopf. Alternativ hierzu können Zielsuchköpfe verwendet werden deren Such­ strahl aufgespalten ist. Hierdurch können mehrere momen­ tane Abstände gleichzeitig ermittelt werden.
Ist der Meßsensor axial in Richtung der Flugkörper­ längsachse 2 ausgerichtet, so ist während des Meßvorganges eine momentane Flugkörpergeschwindigkeit und/oder eine Zielauffassung möglich. Hierbei kann der Flugkörper wahl­ weise rollen oder nicht rollen.
Zur Ermittlung der momentanen Flughöhe des rollenden Flug­ körpers 1 mißt der Zielsuchkopf zu einem beliebigen Zeit­ punkt beispielsweise während der Zielsuchphase den Abstand zu einem beliebigen Bodenpunkt. Der gemessene momentane Abstand zwischen dem Bodenpunkt und dem Flugkörper 1 wird als ein erster Abstandsvektor 21 interpretiert.
Zu einem späteren Meßzeitpunkt hat sich der Meßsensor um die Flugkörperachse 2 um einen Rollwinkel 32 gedreht. Seine Richtung sowie seine Winkelgröße sind beliebig. Dabei ergibt sich ein neuer Abstand zwischen dem Boden 6 und dem Flugkörper 1. Dieser Abstand wird als ein zweiter Abstandsvektor 22 interpretiert.
Durch zwei weitere Messungen erhält man die Abstandsvekto­ ren 23 und 24. Je nach Lage des Flugkörpers 1 und eventu­ ellen Bodenunebenheiten liegen die Bodenpunkte beispiels­ weise auf einer Ellipse 5, einer Hyperbel oder einer ande­ ren geometrischen Figur.
Anhand der in der Abbildung dargestellten vier gemessenen momentanen Abstände soll im Weiteren die Ermittlung der momentanen lotrechten Entfernung betrags- und richtungs­ mäßig zwischen dem Flugkörper 1 und dem Boden 6 erläutert werden.
Ein erster Verbindungsvektor 31 bzw. ein zweiter Verbin­ dungsvektor 32 ergibt sich durch vektorielle Subtraktion eines ersten Abstandsvektors 21 und eines dritten Ab­ standsvektors 24 bzw. durch vektorielle Subtraktion eines zweiten Abstandsvektors 22 und eines vierten Ab­ standsvektors 23. Durch eine Kreuzproduktbildung aus dem erstem Verbindungsvekltor 31 und dem zweiten Verbindungs­ vektor 32 ergibt sich ein Bodenrichtungs-Normalenvektor 4 (Vektor in Richtung Boden 6).
Durch Skalarproduktbildung aus dem (auf beispielsweise die Länge 1 normierten) Bodenrichtungs-Normalenvektor 4 und einem beliebigen Abstandsvektor (21 bis 24) ergibt sich die momentane lotrechte Entfernung zwischen dem Flugkörper 1 und dem Boden 6.
Die beschriebene Ermittlung der momentanen lotrechten Entfernung gilt zunächst nur für den rollenden, im Raum (Flugraum) jedoch stationären Flugkörper 1. Da sich jedoch, wie oben genannt, durch Messungen auf übliche Art und Weise die Flugkörpergeschwindigkeit bestimmen läßt, ist auch die zwischen den einzelnen Abstandsmessungen erfolgte Ortsveränderung des Flugkörpers bekannt und kann somit bei der Berechnung des Bodenrichtungs- Normalenvektors 4 und der lotrechten Entfernung berücksichtigt werden. Dadurch steigt die Genauigkeit des Meßergebnisses.
In der obigen Beschreibung wird die momentane lotrechte Entfernung sowie der Bodenrichtungs-Normalenvektor 4 aus vier Abstandsmessungen ermittelt. Alternativ hierzu ergeben sich diese beiden Größen auch aus drei Abstandsmessungen, da sich ebenfalls auf übliche Art und Weise (Vektoralgebra) zwei Verbindungsvektoren konstruieren lassen. Andererseits ist eine möglichst hohe Meßrate und die Kenntnis möglichst vieler Bodenpunkte wünschenswert, da damit die Meßgenauigkeit und die Vertrauenswürdigkeit des Ergebnisses gleichfalls gesteigert werden.
Sobald der Boden 6 gefunden ist und der Flugkörper 1 rollstabilisiert ist, d. h. nicht mehr rollt, kann durch eine geeignete Ausrichtung des Auslenkwinkels 72 der Meßsensors in bekannter Weise die Zielsuche weiter durchführen.
Aufgrund der vorliegenden Einrichtung ist es möglich, die momentane lotrechte Flughöhe gleichzeitig, z. B. während der Zielsuchphase, mittels des Zielsuchkopfes über einen längeren Zeitraum bei beliebigen Bahntrajektorien und Geländeformen ständig quasi-kontinuierlich aufzunehmen und in einer Meß- und Regeleinheit weiterzuverarbeiten. Somit ist quasi zu jedem Zeitpunkt die Position und Aus­ richtung des Flugkörpers 1 bekannt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Ermittlung der Flughöhe und -lage eines rollenden (drallstabilisierten) Flugkörpers aus bordeige­ nen Messungen mittels eines Meßsensors nach dem Radarprin­ zip, dadurch gekennzeichnet,
  • 1. daß durch die bordeigenen Messungen mindestens drei momentane Abstände zwischen dem Flugkörper (1) und mindestens einem Boden (6) ermittelt werden;
  • 2. daß aus den ermittelten momentanen Abständen - unter Berücksichtigung eines jeweils zugehörigen Roll- (32) und Auslenkwinkels (72) - als Maß für die Flughöhe eine momentane lotrechte Entfernung zwischen dem Boden (6) und dem Flugkörper (1) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • 1. daß durch vektorielle Subtraktion eines ersten Abstandsvektors (21) von einem dritten Abstandsvektor (24) ein erster Verbindungsvektor (31) ermittelt wird,
  • 2. daß durch vektorielle Subtraktion eines zweiten Abstandsvektors (22) von einem vierten Abstandsvektor (23) ein zweiter Verbindungsvektor (32) ermittelt wird,
  • 3. daß das Kreuzprodukt aus dem ersten (31) und zweiten (32) Verbindungsvektor zu einem Bodenrichtungs-Nor­ malenvektor (4) gebildet wird, der in Richtung des Bodens (6) zeigt;
  • 4. daß das Skalarprodukt aus dem Bodenrichtungs-Norma­ lenvektor (4) und einem der Abstandsvektoren (21, 22, 23, 24) als Maß für die lotrechte Entfernung zum Boden (6) gebildet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßsensor bei Ausrichtung in Flugkörperlängsachse (2) zur Ermittlung der Flugkörper­ geschwindigkeit und/oder Zielauffassung eingesetzt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßsensor aus einem aktiven und/oder halbaktiven Suchkopf besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßsensor aus einem Radarsuchkopf besteht, der um den Auslenkwinkel (72) ausgelenkt ist oder axial zur Flug­ körperlängsachse (2) ausgerichtet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GRABAU, R.: Funküberwachung und elektronische Kampfführung, Franck'sche Verlagshandung, W. Keller & Co., 1986, S. 387-390 *

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