DE69127414T2

DE69127414T2 - Werfersteuersystem

Info

Publication number: DE69127414T2
Application number: DE69127414T
Authority: DE
Inventors: Keith P Arnold; Lawrence A Humm; Han S Pan; Robert Rosen; I-Ping Yu
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1990-08-16
Filing date: 1991-07-25
Publication date: 1998-01-02
Anticipated expiration: 2011-07-26
Also published as: JP2530777B2; DE69127414D1; JPH04227493A; NO913195L; EP0471225B1; EP0471225A2; US5118050A; TR26547A; NO306313B1; CA2046788A1; EP0471225A3; NO913195D0; IL98906A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Luftfahrzeugs gemäß Anspruch 1.
Der Zweck eines Startsystems besteht darin, eine Waffe so schnell wie möglich auf eine Flugbahn zu bringen. Startsysteme müssen schnell und zuverlässig funktionieren und gleichzeitig mit Waffensystemen kompatibel sein. Allerdings werden der Systemflexibilität oft durch die konstruktiven Beschränkungen eines Startsystems auf eine spezielle Einsatzumgebung, wie z.B. Boden-Luft-, Schiff-Luft-Einsatz, etc. Grenzen gesetzt.
Aus EP-A-260191 ist eine Konfiguration eines Raketenleitsystems bekannt, bei der eine zentrale Kommandovorrichtung die Informationen über ein Ziel aus verschiedenen Informationssystemen, z.B. Radar-, optischen Einrichtungen und einer Freund-Feind-Erfassungseinrichtung, empfängt. Eine Startplattform zum Abschuß von Raketen mit automatischem Zielverfolgungskopf weist Kameras zum Aufnehmen der gestarteten Raketen auf. Auf der Kommandovorrichtung können die Ziele und Raketen abgebildet werden.
Aus US-A-4093153 ist ein Raketenleitsystem mit Startvorrichtungen bekannt, auf denen Raketen montiert sind. Vorgesehen ist hierbei eine Time-Sharing- Radareinrichtung zum Erfassen, Verfolgen und Unterscheiden der Ziele, zum gleichzeitigen Verfolgen diskreter Einheiten der Ziele, zum Übertragen von Kommandosignalen zu den Startvorrichtungen für den Abschuß der Raketen und zur Befehlssteuerung der Raketen nach dem Start auf Time-Sharing-Basis.
Aus EP-A-431804 ist eine Vorrichtung zur Steuerung eines Luftfahrzeugs bekannt, wobei die Vorrichtung Teil eines Systems ist, das einen Zielpositionssensor, ein Informationssystem, eine Energiequelle und eine Startvorrichtung aufweist. Diese bekannte Vorrichtung umfaßt: ein Kommunikationsschnittstellenmittel zum Koppeln des Informationssystems an die Startvorrichtung und das Luftfahrzeug, ein Luftfahrzeugschnittstellenmittel zum Koppeln des Kommunikationsschnittstellenmittels und der Energiequelle an die Startvorrichtung und das Luftfahrzeug, Leitmittel zur Kommunikation mit dem Luftfahrzeug nach dem Start, Energiesteuermittel zum Koppeln der Energiequelle an das Kommunikationsschnittstellenmittel, das Luftfahrzeugschnittstellenmittel und das Leitmittel, und eine Gehäusevorrichtung, die von dem Zielpositionssensor und dem Informationssystem getrennt ist, zur Aufnahme des Kommunikationsschnittstellenmittels, zumindest von Teilen des Luftfahrzeugschnittstellenmittels, des Leitmitteis und des Energiesteuermittels. Bei EP-A-431804 handelt es sich um ein Dokument, welches unter Paragraph 54(3) der EPC fällt.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Steuerung eines Luftfahrzeugs zu schaffen, die ein Luftfahrzeugschnittstellenmittel aufweist, mit dem vorteilhafterweise ein standardmäßiges Startsteuersystem entsteht, welches unter verschiedensten Bedingungen zur Anwendung kommen kann, wodurch die Einsatzgebiete der stationierten Waffen erweitert werden.
Dieses Ziel wird durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 erreicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das System für die Start- und Flugsteuerung einer Rakete ausgelegt, die ursprünglich ausschließlich als eine Luft-Luft-Rakete konzipiert war, der Advanced Medium Range Radar Air-to-Air Missile (AMRAAM) (Erweiterte Mittelstrecken-Radar-Luft-Luft-Rakete), wenngleich andere Ausführungsformen vorsehen, das gleiche Konzept auf alle Arten von aktiven radargelenkten Luftfahrzeugen anzuwenden.
Erfindungsgemäß wird ein System zur Start- und Flugsteuerung eines Luftfahrzeugs geschaffen. Das Steuersystem der Startvorrichtung ist modular aufgebaut, verwendet standardmäßige Ausrüstungen und kann ohne weiteres unter verschiedenen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden. Es weist eine Kommunikationsschnittstelle für den Empfang der Zielpositionsinformationen und der Startsteuerbefehle sowie zur Bereitstellung der Statusinformationen über die Startvorrichtung und das Luftfahrzeug an ein Informationssystem auf. Eine Luftfahrzeugschnittstelle koppelt das Startsteuersystem an die Startvorrichtung und das Luftfahrzeug und stellt dem Luftfahrzeug Energie zum Start sowie Daten- und Steuersignale für den Test und Start des Luftfahrzeugs zur Verfügung und bestimmt den Zustand des Luftfahrzeugs vor dem Start. Desweiteren wird ein Sender zum Weiterleiten der aktualisierten Zielinformationen während des Fluges an das Luftfahrzeug geschaffen. Und schließlich verwendet das System einen Stromrichter zum Umwandeln verschiedener Formen von Eingangsenergie in Energieformen, die von den Komponenten des Startsteuersystems benötigt werden. Darüber hinaus wird die Regulierung der Systemeingangsenergie und für alle Bauteile des Systems ein Überlastschutz gewährleistet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und anhand der Zeichnungen deutlich, wobei:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Waffensystems mit dem Steuersystem der Startvorrichtung ist;
Fig. 2 ein Blockdiagramm des Steuersystems der Startvorrichtung ist und
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer speziellen Ausführungsform des Steuersystems der Startvorrichtung ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Wendet man sich zuerst dem Waffensystem 10 aus Fig. 1 zu, so wird erkennbar, daß von einem Sensor 14, z.B. einem Radarsystem, kontinuierlich die Zielposititionsinformation empfangen wird. Verarbeitet wird diese Positionsinformation von dem Informationssystem 16, allgemein als Communication, Command and Control (C3) System bezeichnet (Kommunikations-, Kommando- und Steuerungs- system), welches die Positionssteuersignale für den Test vor dem Start und die Flugsteuerung des Luftfahrzeugs 18, z.B. einer Rakete, erzeugt. Kurz gesagt ist das C3-System eine Kombination aus Computer- und Kommunikationstechnologie und Menschen. Die Kommunikationstechnologie sammelt und verteilt die Informationen, die Computertechnologie verarbeitet die Informationen und Menschen treffen auf der Grundlage dieser Informationen Entscheidungen. Das Informationssystem 16 ist an das Steuersystem 12 der Startvorrichtung gekoppelt, welches die Positionsinformation verarbeitet und sie zu dem Luftfahrzeug 18 sendet. Vor dem Start empfängt das Luftfahrzeug 18 über die Startvorrichtung 20 die Positionsinformation und die Steuersignale. Während des Fluges sendet das Steuersystem der Startvorrichtung die aktualisierte Zielposititionsinformation zum Luftfahrzeug 18. Zudem überwacht das Steuersystem 12 der Startvorrichtung den Status vor dem Start von sowohl der Startvorrichtung 20 als auch von dem Luftfahrzeug 18 und leitet die Statusinformation zum Informationssystem 16 zurück. Aus der Energiequelle 22 kommt die zum Betrieb des Steuersystems 12 für die Startvorrichtung und zum Aktivieren des Luftfahrzeugs 18 während des Checkouts vor dem Start benötigte Energie.
In Fig. 2 sind die grundlegenden Bestandteile des Steuersystems 12 für die Startvorrichtung dargestellt. Das Steuersystem 12 für die Startvorrichtung bildet eine standardmäßige Kommunikationsschnittstelle 26, welche die Kommunikation, den Start und die Lenkung der Rakete von jedem beliebigen Informationssystem 16 mit dieser standardmäßigen Schnittstelle aus ermöglicht. Diese Kommunikationsschnittstelle 26 übt die Funktion einer Schnittstelle für die Zielpositionsinformation vom Zielsensor 14 und für Start- und Steuerungsbefehle vom Informationssystem 16 aus. Darüber hinaus leitet die Kommunikationsschnittstelle 26 den Status der Startvorrichtung und des Luftfahrzeugs vor dem Start des Luftfahrzeugs zum Informationssystem 16 zurück.
Das Steuersystem 12 der Startvorrichtung kommuniziert mit dem Luftfahrzeug 18 auf zwei unterschiedliche Weisen. Vor dem Start wird die Luftfahrzeugschnittstelle 28 verwendet. Bei einer Ausführungsform, bei der das Luftfahrzeug 18 eine Rakete ist, ermöglicht die handelsübliche Schnittstelle MIL-STD 1760 die Verwendung von standardmäßig hergestellten, unmodifizierten Raketen. Die Luftfahrzeugschnittstelle 28 stellt die Zielpositionsinformation und Steuersignale zum Test und Start des Luftfahrzeugs 18 bereit und liefert die Energie für die Aktivierung des Luftfahrzeugs während des Checkouts vor dem Start. Weiterhin stellt sie den Status des Luftfahrzeugs 18 fest.
Im Flug steht das Steuersystem 12 der Startvorrichtung über einen Hochfrequenz- (HF)-Datenübertragungssender 30 mit dem Luftfahrzeug 18 in Verbindung. Die Zielpositionsinformation von der Kommunikationsschnittstelle 26 wird zum Luftfahrzeug gesendet. Mit dem Steuersystem 12 der Startvorrichtung wird eine Datenübertragung in einem Bereich von 3600 gewährleistet, so daß über diesen gesamten Raum gleichzeitig der Einsatz mehrerer Raketen kontrolliert werden kann.
Das Energiesteuermittel 32 liefert Strom an die Kommunikationsschnittstelle 26, den Sender 30, die Luftfahrzeugschnittstelle 28, die Startvorrichtung 20 und das Luftfahrzeug 18. Vorhandene Systemenergien von der Energiequelle 22 werden in Energieformen umgewandelt, die von diesen Komponenten des Startsteuersystems benötigt werden. Zudem regelt das Energiesteuermittel 32 den Strom des Steuersystems der Startvorrichtung und bietet allen Bauteilen dieses Systems einen Überlastschutz.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform des Steuersystems 12 der Startvorrichtung genauer dargestellt. Die Datenübertragungsanlage 34 enthält eine Frequenzreferenzeinheit 36, einen Sender 30 und einen Laststeuerschalter 40. Bei der Frequenzreferenzeinheit 36 handelt es sich um einen variablen Frequenzgenerator, der ein Frequenzband innerhalb des X-Bandes des elektromagnetischen Spektrums erzeugt. Frequenzänderungen erfolgen in festgelegten Schritten oder Intervallen. Da die Frequenzreferenzeinheit verschiedene Frequenzen erzeugen kann, ist sie weniger anfällig für Störungen (Jamming).
Der Sender 30 sendet das Ausgangssignal von der Frequenzreferenzeinheit 36. Er enthält einen Wanderfeldwellenverstärker zum Verstärken des elektromagnetischen X-Band-Signals.
Der Laststeuerschalter 40 richtet das Ausgangssignal des Senders 30 auf die Antenne 44 oder eine Dummy-Last 46. Durch die Dummy-Last 46 werden Feldtests der Datenübertragungsanlage 34 ohne die Gefahr unerwünschter Mikrowellenstrahlung möglich.
Die Antenne 44 weist vier Antennen-Teilsysteme auf, die einen Bereich von 900 um den Mittelpunkt der Antenne abdecken. Die Antennen können in einem Kreis ausgerichtet werden. Günstig ist es, wenn die Datenübertragungseinrichtung 34 nur jene 90º anstrahlt, in denen sich das Luftfahrzeug 18 befindet, und die jeweils aktualisiert werden, wodurch störende Emissionen verringert werden. Somit ist die Antenne 44 weniger anfällig für das Erfassen durch feindliche Kräfte, und die Wahrscheinlichkeit ist geringer, daß es zu Beeinträchtigungen der Antennen strahlung mit der Strahlung anderer befreundeter Strahlungsquellen in dem Gebiet kommt. Desweiteren wird so nur einer Viertel der Energie des Senders benötigt. Die Luftfahrzeugschnittstelle 28 erfüllt eine Vielzahl von Steuerfunktionen im gesamten Steuersystem 12 der Startvorrichtung. Sie verwendet eine Primärschnitttstelleneinheit 29 im Gehäuse 24, die die Frequenzänderungsbefehle an die Frequenzreferenzeinheit 36 ausgibt, die Frequenzreferenzeinheit 36 auf Frequenzabweichungen hin überwacht und einen Standardfunktionstest der Frequenzreferenzeinheit ausführt. An den Sender 30 gibt sie das Signal aus, einen Impulscode an das Luftfahrzeug 18 zu übertragen, überwacht die Ausgangsleistung der übertragenen Impulswellenform, kontrolliert den Sender 30 auf Ausfälle und führt die eingebauten Testfunktionen aus. Ebenso wählt sie das Antennenteilsystem aus, welches von der Datenübertragungsanlage 34 angepeilt wird. Schließlich führt sie eine Standardtestfunktion für die horizontale Referenzeinheit 50 aus.
Bei der horizontalen Referenzeinheit 50 handelt es sich um ein Teilsystem der Luftfahrzeugschnittstelle 28, das sich bei dieser Ausführungsform außerhalb des Gehäuses 24 befindet, welches einen kastenartigen Behälter umfaßt und die Neigung der Rotationsplattform der Startvorrichtung mißt. Über die Primärschnittstelleneinheit 29 werden die Steigungs- und Rollinformationen zum Informationssystem 16 geschickt, wo sie mit der bekannten globalen Position der Startvorrichtung 20 kombiniert werden. Diese informationen über die Ausrichtung und Position der Rotationsplattform ist für die Zielwertermittlung der Rakete wichtig, wenn ein Fernzielwertsensor 14 verwendet wird.
Das Instrumentierungssystem 54 ist ein Teilsystem der Luftfahrzeugschnittstelle 28 und befindet sich in dieser Ausführungsform ebenfalls außerhalb des Gehäuses 24. Hierbei handelt es sich um ein Datenerfassungssystem zur Überwachung des Betriebs der Luftfahrzeugschnittstelle 28.
Die Luftfahrzeugschnittstelle 28 ist über die Kommunikationsschnittstelle 26, die eine oder mehrere standardmäßige serielle Kommunikationsschnittstelleneinheiten und eine oder mehrere Schnittstelleneinheiten für diskrete Signale aufweist, an das Informationssystem 16 gekoppelt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die standardmäßige Kommunikationsschnittstelle vom Typ RS-422. Durch eine Vielzahl von Kommunikationsschnittstellen entsteht Sicherheit und Zuverlässigkeit, da die Steuerfunktionen von den Kommunikationsfunktionen getrennt sind.
Die Luftfahrzeugschnittstelle 28 steht mit der Startvorrichtung 20 über eine Reihe von Schnittstellen in Verbindung. Eine standardmäßige serielle Differenzialschnittstelle 1533 sowie mehrere diskrete Schnittstellen kommen zum Einsatz, welche ebenfalls für Sicherheit und Zuverlässigkeit sorgen.
An die Datenübertragungsanlage 34 und die Luftfahrzeugschnittstelle 28 wird von der Energieverteilungseinheit 32 eine Gleichspannung von 28 Volt angelegt. Von der Energiequelle 22 empfängt sie einen Dreiphasenstrom von 400 Hertz. Auch zu der Luftfahrzeugschnittstelle 28 gelangt ein solcher Strom. Der Dreiphasenstrom und die 28-Volt-Gleichspannung werden über die Luftfahrzeugschnittstelle 28 zu der Startvorrichtung 20 geschickt.
Innerhalb des Informationssystems 16 gibt es eine Steuereinheit 52 für die Startvorrichtung, welche die Zündbefehle des Bedieners und die Eigentestfunktionen für die Luftfahrzeugschnittstelle 28 ausführt. Weiterhin werden die Zielwertinformationen an die Luftfahrzeugschnittstelle 28 übertragen.
Normalerweise ist die Startvorrichtung 20 mit Steuersystem 12 von dem Informationssystem 16 und dem Zielsensor 14 getrennt angeordnet, wodurch die Startvorrichtung 20 und das Lufffahrzeug 18 weniger anfällig für eine Zerstörung durch feindliche Kräfte werden. Sie hat ein Gehäuse 24 und ist modular aufgebaut, so daß die Reparatur und der Austausch von Komponenten erleichtert werden. Da es sich um einen standardmäßigen Schnittstellenkasten handelt, kann das Steuersystem 12 der Startvorrichtung zum Steuern eines Luftfahrzeugs, wie z.B. der AMRAAM, unter vielen anderen Bedingungen neben dem Luft-Luft- Einsatz verwendet werden. Letztlich können zahlreiche solcher Steuersysteme für Startvorrichtungen an ein allgemein übliches Informationssystem 16 angeschlossen werden, um so den gleichzeitigen Start mehrerer Luftfahrzeuge, wie z.B. aktive Radarraketen des Typs AMRAAM, zu ermöglichen. Für Fachleute auf diesem Gebiet liegen diese Vorteile gegenüber dem bisherigen Stand der Technik offen auf der Hand.

Claims

1. Eine Vorrichtung zur Steuerung eines Luftfahrzeugs (18), wobei die Vorrichtung Teil eines Systems ist, das einen Zielpositionssensor (14), ein Informationssystem (16), eine Energiequelle (22) und eine Startvorrichtung (20) enthalt, wobei die Vorrichtung umfaßt:

(a) Kommunikationsschnittstellenmittel (26) zum Koppeln des Informationssystems an die Startvorrichtung (20) und das Luftfahrzeug (18);

(b) Luftfahrzeugsschnittstellenmittel (28) zum Koppeln des Kommunikationsschnittstellenmittels (26) und der Energiequelle (22) an die Startvorrichtung (20) und das Luftfahrzeug (18);

(c) Leitmittel (34, 44) zur Kommunikation mit dem Luftfahrzeug nach dem Start

(d) Energiesteuermittel (32) zum Koppeln der Energiequelle (22) an das Kommunikationsschnittstellenmittel (24), das Luftfahrzeugschnittstellenmittel (28) und das Leitmittel (34, 44); und

(e) eine Gehäusevorrichtung (24), die von dem Zielpositionssensor und dem Informationssystem getrennt sind, zum Umhausen des Kommunikationsschnittstellenmittels (26), wenigstens von Teilen des Luftfahrzeugschnittstellenmittels (28), des Leitmittels (34, 44) und des Energiesteuermittels (32),

wobei das Luftfahrzeugschnittstellenmittel (28) umfaßt:

(b1) Primärschnittstellenmittel (29) zum Bereitstellen von Zielpositionsinformation und von Steuersignalen zum Testen und Starten des Luftfahrzeugs und von Energie von dem Energiesteuermittel zur Aktivierung des Luftfahrzeugs wie auch zur Bestimmung des Zustands des Luftfahrzeugs;

(b2) Horizontalreferenzmittel (50), die mit dem Primärschnittstellenmittel gekoppelt sind, zum Messen der Neigung der Startvorrichtung; und

(b3) Instrumentierungsmittel (54), die mit dem Hauptschnittstellenmittel gekoppelt sind, zum Sammeln von Daten, die zum Überwachen des Betriebs des Primärschnittstellenmittels verwendet werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationsschnittstellenmittel (26) Zielpositionsinformation von dem Zielpositionssensor (14) und Start- und Steueranweisungen von dem Informationssystem (16) empfängt und Startvorrichtung- und Luftfahrzeugzustandsinformation an das Informationssystem bereitstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kommuniktionsschnittstellenmittel (26) eine normale serielle RS422- Schnittstelle umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationsschnittstellenmittel (26) eine Schnittstelle für diskrete Signale umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Leitmittel (34, 44) einen Sender (30) zum Ubertragen von Zielpositionsinformation an das Luftfahrzeug (18) umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Leitmittel umfaßt:

(a) einen Radiofrequenz (RF) -Datenübertragungssender (30);

(b) Frequenzreferenzmittel (36) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Signals im X-Band, das durch den Datenübertragungssender (30) zu übertragende Leitinformation enthält;

(c) Antennenvorrichtung (44), die mit dem Datenübertragungssender (40) gekoppelt sind&sub1; zum Abstrahlen von Leitinformation an das Luftfahrzeug; und

(d) Laststeuermittel (40) zum Koppeln des elektromagnetischen Signals im X-Band an die Antennenvorrichting (44) oder an eine Dummy-Last (46).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Frequenzreferenzmittel (36) auf eine Vielzahl von elektromagnetischen Signalen im X-Band abstimmbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Antennenvorrichtung umfaßt:

(a) eine Vielzahl von in einem Kreis ausgerichteten Antennen, wobei die Strahlungsmuster der Antennen sich addieren zum Schaffen eines Abstrahlungsmusters in allen Richtungen; und

(b) Antennenauswahlsteuermittel (28) zum Koppeln des Datenübertragungssenders an eine der Antennen, wobei das Luftfahrzeug innerhalb des Abstrahlungsmusters der einen Antenne ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Energiesteuermittel (32) Energie von der Energiequelle (22) in durch das Kommunikationsschnittstellenmittel (26), das Luftfahrzeugschnittstellenmittel (28) und das Leitmittel (34, 44) benotigte Energie umwandelt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gehäusevorrichtung (24) einen kastenartigen Behälter, der tragbar ist, umfaßt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, die im Aufbau mit dem Kommunikationsschnittstellenmittel (26) modular ist, wobei wenigstens Teile des Luftfahrzeugschnittstellenmittels (28) des Leitmittels (34) und des Energiesteuermittels (32) einfach entfernbar und austauschbar sind.