DE4233144A1 - Sextant - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sextanten gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger Sextant ist aus der DE-OS 41 38 054 bekannt. Die dort vorgesehenen Sensoren dienen der Abtastung von Maßstäben für die Ausrichtung der Sextanten nach Azimut und Elevation, um die­ se Winkelwerte unmittelbar in einen Navigationsrechner zur Bestim­ mung von Winkelabständen zwischen zwei beliebigen, nacheinander angepeilten Objekten einzuspeisen, ohne daß es zu Fehlübertragungen aufgrund visueller Ablesung und manueller Eingabe kommt.

Die Erfindung bezieht sich aber weniger auf die automatisierte Aus­ wertung von Peilinformationen, als vielmehr auf die - insbesondere militärische-Standortbestimmung im Erdkoordinatensystem. Denn be­ kanntlich müssen Waffensysteme zur Koordinierung untereinander und mit einem Feuerleitstand definiert ausgerichtet werden. Dafür ist gemäß "SIEMENS defence report" Nr. 35 vom August 1992 (Seiten 23/24) die Einmessung der geographischen Koordinaten mittels eines nord­ suchenden Systemes in Zusammenwirken mit der Positionsbestimmung über Navigationssatelliten bekannt. Ein solches automatisches Orien­ tierungssystem ist deshalb nicht mehr funktionstüchtig, wenn das Navigationssatellitensystem (GPS der USA oder GLONASS der GUS) aus betriebstechnischen Gründen ausfällt oder aus strategischen Gründen abgeschaltet wird. Dann hilft nur noch der Rückgriff auf die her­ kömmliche optische Einmessung mittels eines Sextanten, was aber nur bei klarem Wetter realisierbar ist. Andererseits benötigen insbesondere die geplanten schnellen Eingreif­ truppen, die auch außerhalb ihres vertrauten Terrains eingesetzt werden sollen, weltweit und stets funktionierende Möglichkeiten zur raschen und genauen Positionsbestimmung.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Navigationseinrichtung nach Art des gattungsgemäßen Sextanten zu schaffen, die unabhängig von der Verfügbarkeit eines orbitalen Stützsystemes und auch unabhängig von den Wettergegeben­ heiten praktisch stets eine apparativ einfache, hinreichend genaue Ortsbestimmung ermöglicht.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß der gattungsgemäße Sextant nach dem Kennzeichnungsteil des An­ spruches 1 ausgestaltet ist.

Nach dieser Lösung wird der Sextant nicht mehr optisch, sondern thermisch betrieben, indem er mittels eines Strahlungssensors bei Tag das Strahlungszentrum der Sonne (gleichgültig, ob gerade sicht­ bar oder durch Wolken verdeckt) und bei Nacht den Mond anpeilt. Da ein klarer Tageshimmel nur mit 60 Grad K, der nächtliche Welt­ raum sogar nur mit 3 Grad K strahlt, ist insbesondere mittels eines Radiometers als dem Strahlungssensor ein eindeutiges Erfassen des maximal strahlenden Objektes möglich, bei dem es sich bei Tag stets um die Sonne handelt, bei Nacht (außer während der Neumond­ phasen) um den zwar weniger intensiv strahlenden aber doch von der Sonne deutlich aufgeheizten Mond.

Da eine Bezugsrichtung für die Azimutmessung über einen autarken nordsuchenden Referenzgeber (Magnetkompaß oder Kreisel) stets und der aktuelle Zeitpunkt (nach Datum und Tageszeit) über eine genau­ gehende Uhr ebenfalls verfügbar ist, ist somit ein einfaches auto­ nomes Navigationssystem nach Art des optischen Sextanten geschaffen, der nun aber nicht nur unabhängig vom Wetter sondern in der Praxis auch weitgehend unabhängig von der Tageszeit ist, weil keine opti­ sche Anvisierung erfolgt, sondern das Zentrum des am Himmel gerade maximal strahlenden Objektes nach Azimut und Elevation erfaßt wird, auch wenn es der optischen Sicht entzogen ist. Dabei ist im Rahmen vorliegender Erfindung unter dem Begriff der Zielverfolgung ein (wenigstens quasi-) fortlaufendes Tracken der einmal erfaßten Strah­ lungsquelle zu verstehen, verbunden mit der dadurch ermöglichten genaueren Prädiktion und Bestimmung des Standortes.

Zur Steigerung der Genauigkeit kann auch eine Zeitinformation von einem der zahlreichen terrestrischen oder orbitalen Sender zur Ver­ breitung der Zeit zusätzlich empfangen werden. Nach Maßgabe der Temperatur des gerade angepeilten Objektes kann eine automatische Umschaltung zwischen Sonnenstands- und Mondstands-Tabellen für die Speisung des Navigationsrechners erfolgen.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merk­ male und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren An­ sprüchen, und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammenfassung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeich­ nung unter Beschränkung auf das wesentliche stark abstrahiert skiz­ zierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in funktionaler Prinzip­ darstellung den Einsatz eines auf Mikrowellenstrahlung ansprechenden Sextanten nach der Erfindung.

Dieser Sextant 11 ist mit einem Strahlungssensor 12 auf einem Schwenk­ gestell 13 ausgestattet. Abgesehen von einer als solchen üblichen Sensorsignal-Vorverarbeitungsschaltung 14 weist er zweckmäßigerweise eine automatisch (oder jedenfalls halbautomatisch, nämlich nach manueller Voreinweisung automatisch) arbeitende Zielverfolgungsein­ richtung 15 etwa der Art auf, wie sie aus der US-PS 3 064 924 als Infrarot-Endphasensteuerung für zielsuchende Flugkörper bekannt ist. Beim Thermosensor 12 handelt es sich vorzugsweise um ein Radiometer apparativ etwa derjenigen Art, wie es in der US-PS 4 521 861 beschrieben ist; aber hier nun beschränkt auf Erfassen der Eigenabstrahlung des interessierenden Objektes (also ohne die dortige zusätzliche Reflexauswertung bezüglich externer Bestrahlung eines reflektierenden Objektes).

Mittels dieses als Strahlungssensor 12 dienenden Radiometers wird der Himmel nach dem thermisch aktivsten, also am intensivsten strah­ lenden Objekt abgesucht. Das ist bei Tage, zwischen den Zeitpunk­ ten von Sonnenaufgang und Sonnenuntergang für den jeweiligen geo­ graphischen Standort des Sextanten 11, die Sonne - und zwar unabhängig davon, ob sie unmittelbar sichtbar ist oder infolge schlechten Wetters durch Wolken verdeckt ist. Das Radiometer, das auf den Temperaturun­ terschied zwischen dem maximal strahlenden Objekt 16 und dem Hinter­ grund 17 anspricht, erfaßt die Sonne problemlos auch noch bei be­ decktem Himmel, so daß mittels dieses Radiometer-Sextanten 11 selbst bei trübem Wetter noch eine eindeutige Sonnenpositionsbestimmung nach Azimur a und Elevation e gewährleistet ist. Bei Nacht wird das maximal strahlende Objekt 16 der Mond sein, der zwar weniger heiß ist, aber sich doch aufgrund der Sonnenbestrahlung deutlich von der Temperaturstrahlung des Hintergrundes 17 abhebt.

Außerdem ist der Sextant 11 mit einem Empfänger 18 für Informationen über den aktuellen absoluten Zeitpunkt nach Datum und Uhrzeit ausge­ stattet, die von einer der zahlreich verfügbaren terrestrischen oder orbitalen Zeitinformationssender 19 stammen, vgl. etwa VDI-Nach­ richten Nr. 3 vom 21. Januar 1977 (Seite 8) "Uhren durch Funk ge­ steuert" oder "NBS Time+Frequency" - Special Publication No. 432, September 1979 -.

Nur für eine bestimmte geographische Position (nach Länge und Breite) auf der Erde ergibt sich zu einem bestimmten Zeitpunkt t (nach Datum und Tageszeit) eine (nach Azimut a und Elevation e) bestimmte Peilung des über dem Horizont maximal strahlenden Objektes 16, so daß in einem mit den üblichen Prädiktionsalgorythmen betriebenen Navigationsrechner 20 die Standortbestimmung erfolgen und mittels eines Display 21 beispielsweise unmittelbar in geographischen Ko­ ordinaten angezeigt werden kann. Dafür wird der Navigationsrechner 20 über den Empfänger 18 mit dem aktuellen Zeitpunkt t und aus der Sensorsignal- Vorverarbeitungsschaltung 14 mit den Werten der Ele­ vation e und des Azimut a gespeist, wobei letzterer in Relation zur Information aus einem nordsuchenden Referenzgeber 22 verarbeitet wird. Außerdem werden aus einem Speicher 23, in dem Tabellen über die Standorte des Objektes 16 in Abhängigkeit von Zeitpunkten t und vom geographischen Beobachtungsort abgespeichert sind, die den gemessenen Parametern zugeordneten Ortsdaten abgerufen, um hierfür keine große Rechenkapazität zur Verfügung stellen zu müssen.

Zweckmäßigerweise enthält der Speicher 23 getrennte Tabellen 24s/24m, zwischen denen mittels eines Umschalters 25 eine Auswahl getroffen wird, je nachdem, ob das angepeilte Objekt 16 gerade die Sonne oder der Mond ist. Dafür kann der Umschalter 25 manuell bedient aber auch über eine automatische Steuerung 26 betätigt werden. Diese kann zeitabhängig arbeiten, wobei sie dann allerdings ebenfalls eine tabellarisch abgespeicherte Hintergrundinformation benötigte. Deshalb ist es zweckmäßiger, die Steuerung 26 für den Tabellen-Um­ schalter 25 temperaturabhängig aus der Vorverarbeitungsschaltung 14 zu betreiben, so daß er oberhalb einer gemessenen Temperatur von beispielsweise 2000 Grad K auf die Sonnenstandstabelle 24s, bei einer dagegen deutlich niedrigeren Temperatur des angepeilten Objektes 16 auf die Mondstandstabelle 24m für den Abruf der ent­ sprechenden Parametersätze in den Navigationsrechner 20 schaltet.

Claims (7)

1. Mit einem Sensor ausgestatteter und an einen Navigationsrech­ ner (20) angeschlossener Sextant (11), dadurch gekennzeichnet, daß er mittels eines Strahlungssensors (12) das am Himmel momentan maximal strahlende Objekt (16) anpeilt.

2. Sextant nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein Strahlungssensor (12) als Radiometer ausgelegt ist.

3. Sextant nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sein Navigationsrechner (20) mit Sonnenstands- und Mondstands­ tabellen (24s/24m) ausgestattet ist.

4. Sextant nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich mit einem nordsuchenden Referenzgeber (22) und mit einem Empfänger (18) für über Funk übermittelte Infor­ mationen des momentanen absoluten Zeitpunktes (t) ausgestattet ist.

5. Sextant nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem temperaturgesteuerten Umschalter (25) für Orbi­ tal-Tabellen (24) ausgestattet ist.

6. Sextant nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer thermisch arbeitenden Zielsuch- und Zielver­ folgungseinrichtung (15) für das momentan maximal strahlende Objekt (16) ausgestattet ist.

7. Sextant nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er mittels seines Strahlungssensors (12) das einmal anvisier­ te maximal strahlende Objekt (16) im Interesse einer genaueren Prädiktion und Bestimmung des Standortes fortlaufend trackt.