DE3920642A1 - Two=phase control system for independently operating vehicle - uses transponder echo beacon to calculate aircraft, missiles or vehicle position reactive to target or destination - Google Patents

Two=phase control system for independently operating vehicle - uses transponder echo beacon to calculate aircraft, missiles or vehicle position reactive to target or destination

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DE3920642A1
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Ludwig Mehltretter
Fritz Dipl Ing Hofmann
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Airbus Defence and Space GmbH
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Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/24—Beam riding guidance systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/76—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted
    • G01S13/767—Responders; Transponders
    • G—PHYSICS
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    • G01S13/78—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted discriminating between different kinds of targets, e.g. IFF-radar, i.e. identification of friend or foe

Abstract

The beacon (2) contains the appts. (4) and transponder groups (7,7a,8,8a). A drone (9) has a transceiver (10) and directional antenna (10a,10b) for interrogating pulses (11) and response signals (12,12a). The drone (9) interrogates the beacon (2) which responds with a transponder-echo. The relative time difference is measured and used by the on-board processor to calculate the bearing of the main axis of the beacon relative to the drone. Pref. the beacon only transmits in the direction of the received signal. USE/ADVANTAGE - Final phase guidance by direction beacon difficult to discover and damage or destroy by detection of optical or electrical field radiation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.The invention relates to a steering system according to the preamble of the patent saying 1.

Es sind z.B. Raketen bekannt, die im Gleitflug eine vorprogrammierte Flugbahn zurücklegen und dann mit einem Suchkopf ein Ziel orten und an­ greifen (vgl. internationaler Wehrrevue 11/87 Seite 1506).For example Known missiles, which a preprogrammed in gliding Cover trajectory and then use a search head to locate and arrive at a destination grab (see international military review 11/87 page 1506).

Ferner sind bekannt in der Klasse GO1S1/42 Baken mit konisch abtastendem Strahl, die auf optischem Wege arbeiten.Beacons with a conical scanning are also known in the class GO1S1 / 42 Beam that work optically.

Aus der Europäischen Patentschrift 38 151 ist eine Einrichtung zum Be­ stimmen der Postition und der Richtung eines fernen Objektes bekannt mit einer Anordnung zum Zuführen von elektrischen Signalen (Abstrahlungsan­ ordnung). Dabei dienen elektrische Felder zur Unterscheidung einer Mehr­ zahl von Abstrahlungsanordnungen untereinander.From the European Patent 38 151 is a device for loading agree with the position and the direction of a distant object an arrangement for supplying electrical signals (radiation an order). Electric fields are used to differentiate a more Number of radiation arrangements with each other.

Bekannte Einrichtungen mit optischen Abstrahlanordnungen oder Anordnun­ gen zum Abstrahlen von elektrischen Feldern sind entweder leicht zu ent­ decken oder leicht zu stören.Known devices with optical radiation arrangements or arrangements Emitting radiation from electric fields is either easy to avoid cover or easily disturb.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine entdeckungs- und störgeschützte Ein­ weisbake für die Endphasenlenkung zu schaffen.The object of the invention is a detection and interference-protected one to create weisbake for the final phase steering.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind den Ansprüchen der Beschreibung und Zeichnung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen.This problem is solved by the features of claim 1. Aus and Developments of the invention are the claims of the description and Drawing of an embodiment can be seen.

Die Erfindung betrifft eine Einweisbake für die Navigation und Lenkung bemannter oder unbemannter Fahrzeuge, Drohnen, oder Flugkörper in der Endphase ihrer Fahrt bzw. ihres Anfluges zum Standort der Bake, oder zu einem Zielpunkt bekannter Position in Relation zur Bake. Hierbei müssen folgende, im Vergleich zum normalen Landeanflug eines zivilen Flugzeuges besondere Anforderungen erhoben werden: The invention relates to a guide beacon for navigation and steering manned or unmanned vehicles, drones, or missiles in the Final phase of their journey or their approach to the location of the beacon, or to a target point of known position in relation to the beacon. Here you have to the following, compared to the normal landing approach of a civil aircraft special requirements are raised:  

  • a) Die Bake und das einzuweisende Fahrzeug sollen vor Erkennung und/oder Ortung durch ein fremdes System geschützt werden.a) The beacon and the vehicle to be instructed should be recognized and / or location are protected by an external system.
  • b) Die Fahrzeugeinweisung soll vor Störungen oder Irreleitungen durch ein fremdes System geschützt werden.b) The vehicle briefing should prevent faults or misdirection an external system is protected.
  • c) Die Bake soll schnell bewegbar sein und auch während inertialer Be­ wegungen der Bake ihre Einweisfunktion erfüllen können.c) The beacon should be able to move quickly and also during inertial loading movements of the beacon can serve as a guide.
  • d) Die Einweisreichweite und Genauigkeit sollen groß sein; Abmessungen und Gewicht sollen klein sein; Allwettertauglichkeit ist erwünscht.d) The reach and accuracy should be large; Dimensions and weight should be small; All-weather suitability is desirable.

Ein Vergleich mit den bekannten Funknavigationsverfahren (siehe TELDIX, Taschenbuch der Navigation) zeigt, daß diese die obengenannten Anforde­ rungen nicht im geforderten Maße erfüllen.A comparison with the known radio navigation methods (see TELDIX, Paperback of navigation) shows that this meets the above requirements not meet the required requirements.

Die gestellten Anforderungen werden aber entsprechend der Lösung der Er­ findung durch die Kombination eines fahrzeugseitigen Abfragesenders, zweier oder mehrerer richtungsrepetierender Transponder auf der Bake (Rücksendung des umgesetzten Echos selektiv in Richtung des eingegange­ nen Abfragesignals), eines fahrzeugseitigen Phasen- und/oder Lauf­ zeit-empfindlichen Empfängers, einer Ausrüstung der Bake zur Erfassung ihrer Richtungsorientierung, und einer Datenübertragung zur Meldung die­ ser Richtungsorientierung an das Fahrzeug, erfüllt.The requirements are, however, according to the solution of the Er through the combination of an on-board interrogation transmitter, two or more directional repeating transponders on the beacon (Selective return of the converted echo in the direction of the received NEN query signal), a vehicle-side phase and / or run time-sensitive receiver, a beacon equipment for detection their directional orientation, and a data transmission for reporting the orientation towards the vehicle.

Weitere Ausführungsmerkmale sind folgende:Further design features are the following:

  • a) Eine für Fahrzeug und Bake synchrone Zeitblende für die Aussendung des Abfragesignales und den Empfang des Abfragesignales.a) A synchronous time aperture for transmission for the vehicle and beacon of the query signal and the receipt of the query signal.
  • b) Eine Codierung von Pulsschema und/oder Frequenz des Abfragesignales und eine dementsprechende Code-Kontrolle in der Bake.b) A coding of the pulse scheme and / or frequency of the interrogation signal and a corresponding code control in the beacon.
  • c) Eine bakenseitige Richtungsblende, die nur Abfragesignale aus der erwarteten Anflugrichtung des Fahrzeuges aufnimmt. c) A beacon-side directional aperture that only interrogates signals from the expected approach direction of the vehicle.  
  • d) Ergänzend zur Meldung der Richtungsorientierung der Bake gegenüber einem Fahrzeug und Bake gemeinsamen Referenz, eine Meldung der rela­ tiven Position des Zielpunktes gegenüber der Position der Bake und/oder eine Meldung der Position der Bake in einem Fahrzeug und Bake gemeinsamen Bezugssystem.d) In addition to reporting the directional orientation of the beacon opposite a vehicle and beacon common reference, a message from rela tive position of the target point relative to the position of the beacon and / or a report of the position of the beacon in a vehicle and Bake common frame of reference.
  • e) Eine Zeitblende, und/oder Richtungsblende, und/oder Codierung der Rückmeldung von der Bake zum Fahrzeug und ein dementsprechendes Zeitfenster und/oder Code-Kontrolle im Fahrzeug.e) A time aperture, and / or directional aperture, and / or coding the Feedback from the beacon to the vehicle and a corresponding one Time window and / or code control in the vehicle.

Ausführungsbeispiele sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:Embodiments are shown in the accompanying drawings. Show it:

Fig. 1 einen Flugkörper im Anflug auf ein Ziel mit Hilfe einer Bake (ortsfest) , Fig. 1 shows a missile approaching a target by means of a beacon (stationary),

Fig. 2 eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 1 mit Hilfe eines Schwimmkörpers. Fig. 2 shows a modification of the embodiment of FIG. 1 with the help of a floating body.

Fig. 1 stellt ein Beispiel für den funktionellen Ablauf der Lenkeinwei­ sung einer Drohne dar. Ein Hubschrauber (1) hat die Bake (2) an einem bestimmten Aufstellungsort abgesetzt und den durch die Hubschraubernavi­ gation bestimmten Aufstellungsort über den Übertragungsweg (3) an die Bake gemeldet. Ferner hat er auch die erwartete Anflugrichtung der Droh­ ne an die Bake gemeldet. Fig. 1 shows an example of the functional sequence of the steering instruction of a drone. A helicopter ( 1 ) has placed the beacon ( 2 ) at a specific location and the location determined by the helicopter navigation via the transmission path ( 3 ) to the beacon reported. He also reported the expected approach direction of the drones to the beacon.

Die Bake enthält eine zentrale Gerätegruppe (4) mit einer Unterbaugruppe für die Ortung des Zieles (5) und die Messung der Zielposition (6) in Relation zum Bakenstandort. Die zentrale Gerätegruppe (4) der Bake ent­ hält ferner einen nordsuchenden Kreisel oder einen Magnetkompaß zur Messung der Azimuthausrichtung der Bake und ihrer Transpondergruppen (7, 7a, 8, 8a). Hiervon wird aber nur die in die angekündigte Anflugrichtung der Drohne blickende Gruppe (7) aktiviert. The beacon contains a central device group ( 4 ) with a subassembly for locating the target ( 5 ) and measuring the target position ( 6 ) in relation to the beacon location. The central device group ( 4 ) of the beacon also contains a north-seeking gyro or a magnetic compass for measuring the azimuth alignment of the beacon and its transponder groups ( 7 , 7 a, 8 , 8 a). Of this, only the group ( 7 ) looking into the announced direction of approach of the drone is activated.

Sobald die Drohne (9) nahe genug an die Bake herangekommen ist, sendet ihr Sende-/Empfangs-Gerät (10) über die richtungsselektiven Antennen (10a, 10b) einen codierten, und in einen synchron in Bake und Drohne laufenden Zeitrahmen eingepaßten, Abfrageimpuls (11) an die Bake. Im skizzierten Beispiel ist die Antenne (10a) in einer günstigeren Position zur Bake, weshalb sich die weitere Signalauswertung bevorzugt auf diese Antenne stützt.As soon as the drone ( 9 ) has come close enough to the beacon, its transceiver ( 10 ) transmits a coded, and fitted into a time frame running synchronously in the beacon and drone via the directionally selective antennas ( 10 a, 10 b) , Query pulse ( 11 ) to the beacon. In the example outlined, the antenna ( 10 a) is in a more favorable position to the beacon, which is why the further signal evaluation is preferably based on this antenna.

Das Transpondersystem der Bake spricht selektiv nur auf einen derartigen Abfrageimpuls an und sendet selektiv nur in Richtung des eingegangenen Abfrageimpulses (11) die Antwortsignale (12 und 12a). Die richtungsrepe­ tierende Eigenschaft des Transpondersystems wird hierbei durch eine be­ sondere Antennenausbildung bewirkt, die ähnlich wie ein Tripel-Spiegel arbeitet. Zwischen den Antwortsignalen (12 und 12a) besteht je nach Standort und Richtungsorientierung der Bake in Relation zur Drohne eine definierte Laufzeit- bzw. Phasendifferenz. Aus dieser Differenz und der Gesamtlaufzeit wird drohnenseitig die Richtungsorientierung und der Stan­ dort der Bake bestimmt (Ausnutzung eines Doppler-Effektes).The beacon's transponder system responds selectively only to such a query pulse and selectively sends the response signals ( 12 and 12 a) only in the direction of the received query pulse ( 11 ). The directional property of the transponder system is brought about by a special antenna design that works similar to a triple mirror. Depending on the location and directional orientation of the beacon in relation to the drone, there is a defined transit time or phase difference between the response signals ( 12 and 12 a). From this difference and the total running time, the directional orientation is determined on the drone side and the standard there the beacon (exploitation of a Doppler effect).

Das Transpondersystem (7, 10, 10a) übernimmt ferner die zusätzliche Mel­ dung von der Richtungsorientierung der Bake im Azimuth, von der relati­ ven Position des Zieles gegenüber der Bake und des Standortes der Bake in einem festen für Bake und Drohne gemeinsamen Bezugssystem.The transponder system ( 7 , 10 , 10 a) also takes on the additional message of the directional orientation of the beacon in azimuth, of the relative position of the target relative to the beacon and the location of the beacon in a common reference system for the beacon and drone.

Fig. 2 zeigt einen besonderen Anwendungsfall, bei dem sich die Bake auf einem Schwimmkörper (13) im Meer (14) befindet. Durch benachbarte Wel­ lenberge kann hier während bestimmter Zeitphasen der Übertragungsweg (17) zur Drohne verdeckt sein und durch Spiegelung am benachbarten Wel­ lenberg ein Störsignal entstehen. Auf dem Schwimmkörper ist deshalb eine zusätzliche Inertialeinheit (15) montiert, die Lot und Schaukelbewegun­ gen des Schwimmkörpers mißt und die Transponderantenne (16) nur dann freischaltet, wenn der Schwimmkörper sich gerade auf einem Wellenberg und in einer geeigneten Lotausrichtung befindet. Fig. 2 shows a special application in which the beacon is on a floating body ( 13 ) in the sea ( 14 ). By neighboring Wel lenberge the transmission path ( 17 ) to the drone can be covered here during certain time phases and an interference signal can be generated by reflection at the neighboring Wel lenberg. An additional inertial unit ( 15 ) is therefore mounted on the floating body, which measures the soldering and rocking movements of the floating body and only releases the transponder antenna ( 16 ) when the floating body is currently on a wave crest and in a suitable solder orientation.

Kombinationen und Abwandlungen der Merkmale der Ausführungsbeispiele sind für den Fachmann ohne weiteres möglich, insbesondere im Rahmen der Ansprüche; sind also zum Einweisungsprinzip (Zweiphasenlenkung) der Er­ findung mit Hilfe von gesichtet, abgefragten/antwortenden Baken gehörig.Combinations and modifications of the features of the exemplary embodiments are readily possible for the person skilled in the art, in particular within the scope of Expectations; are therefore the Er to the principle of instruction (two-phase steering) with the help of sighted, queried / answering beacons.

Claims (10)

1. Zweiphasiges Lenksystem für selbstangetriebene Flugkörper oder Fahrzeuge bemannter oder unbemannter Art, die durch eine lenkende Person oder eine automatische Vorrichtung in einer ersten von zielnahen Naviga­ tionshilfsmitteln unabhängigen Vorlenkphase in die Nähe des Zielgebietes und in einer zweiten an die Vorlenkphase anschließenden Endlenkphase mit Hilfe von in der Nähe des Zieles befindlichen Einweisbaken genau zum Zielpunkt gelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einweisbake zwei oder mehrere geometrisch definiert voneinander entfernte Antennen enthält, die auf einen codierten elektromagnetischen Abfrageimpuls des gelenkten Fahrzeuges mit einem Transponder-Echo antworten und ein Emp­ fangs- und Rechensystem an Bord des gelenkten Fahrzeugs aus der Lauf­ zeitdifferenz der Echosignale den relativen Richtungsbezug zwischen den Hauptachsen der Bake und der Verbindungslinie Fahrzeug/Bake ermittelt.1.Two-phase steering system for self-propelled missiles or vehicles of manned or unmanned type, which is guided by a pilot or an automatic device in a first pre-steering phase independent of targeted navigation aids in the vicinity of the target area and in a second final steering phase following the pre-steering phase with the help of in the guide beacon located near the target are directed precisely to the target point, characterized in that the guide beacon contains two or more geometrically defined antennas which respond to a coded electromagnetic query pulse of the steered vehicle with a transponder echo and a receiving and computing system on board the steered vehicle from the transit time difference of the echo signals the relative directional relationship between the main axes of the beacon and the connecting line vehicle / beacon determined. 2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einweisbake auf einem für den Einsatzfall beweglichen Träger in der Nähe des Zielgebietes angeordnet oder von dem beweglichen Träger in der Nähe des Zielgebietes abgesetzt wird.2. Steering system according to claim 1, characterized in that the Instruction beacon on a carrier that is movable for the application in the vicinity of the target area or in the vicinity of the movable carrier of the target area is discontinued. 3. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einweisbake und das von ihr auf Abfrage ausgesendete Echosignal (vor Entdeckung durch Dritte) getarnt ist.3. Steering system according to claim 1, characterized in that the Instruction beacon and the echo signal it sends out on request (before Discovery by third parties). 4. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Transponder-Echo jeder einzelnen Antenne durch einen eigenen unmittelbar zur betreffenden Antenne gehörenden Transponder gebildet wird.4. Steering system according to claim 1, characterized in that the Transponder echo of each individual antenna through its own direct transponder belonging to the antenna in question is formed. 5. Lenksystem nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle einzelnen Transponder gleiche Antwortzeiten haben. 5. Steering system according to claim 1 and 4, characterized in that all individual transponders have the same response times.   6. Lenksystem nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einweisbake nur auf Abfrageimpulse im Rahmen einer vorgegebenen Richtungsblende antwortet.6. Steering system according to claim 1 and 4, characterized in that the instruction beacon only on request impulses within the scope of a predetermined Directional iris answers. 7. Lenksystem nach Anspruch 1 und 3 und/oder 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einweisbake nur auf Abfrageimpulse im Rahmen einer vorgegebenen Zeitblende antwortet.7. Steering system according to claim 1 and 3 and / or 1, 4 and 5, characterized characterized that the instructing beacon only on request impulses in the frame answers a given time aperture. 8. Lenksystem nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einweisbake nur in der Richtung ein Echo abstrahlt, aus der sie den Abfrageimpuls empfangen hat.8. Steering system according to claim 1 and 3, characterized in that the guide beacon only emits an echo in the direction from which it Has received the request pulse. 9. Lenksystem nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einweisbake zusätzlich zum Echo und unabhängig vom genauen Zeitbezug des Abfrageimpulses auf den Abfrageimpuls ein elektromagnetisches Infor­ mationssignal aussendet, das den Richtungsbezug zwischen den Hauptachsen der Bake gegenüber einem allgemeinen Nord/Süd-Bezug meldet.9. Steering system according to claim 1 and 3, characterized in that the guide beacon in addition to the echo and regardless of the exact time reference of the interrogation pulse on the interrogation pulse an electromagnetic information mation signal that sends the directional reference between the main axes the beacon reports a general north / south reference. 10. Lenksystem nach Anspruch 1, 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Informationssignal für den Richtungsbezug zwischen den Hauptach­ sen der Bake und der Nord/Süd-Richtung durch Codierung, Zeit- oder Rich­ tungsblenden (vor Endeckung durch Dritte) getarnt ist.10. Steering system according to claim 1, 3 and 8, characterized in that the information signal for the directional reference between the main axis the beacon and the north / south direction by coding, time or rich cover plates (before being discovered by third parties).
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