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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des
Querneigungswinkels in einem startbaren Körper, wie beispielsweise einem Drehprojektil,
einer Granate, einem Flugkörper
etc., der aus einer Startanlage startbar ist, wobei induzierte Felder
verwendet werden, um den Querneigungswinkel des startbaren Körpers zu
ermitteln, wenn dieser die Startanlage verlässt, indem wenigstens ein induziertes
Feld in der Startanlage erzeugt wird und das induzierte Feld oder
die Felder in dem startbaren Körper
erfasst werden.
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Die
Erfindung ist an allen Typen von Projektilen, Flugkörpern etc.
anwendbar, die aus einem Abschussrohr oder Startrohr gestartet werden
und die auf ihrer Flugbahn drehen. Im Einzelnen kann die Erfindung
bei sogenannter in der Endphase gelenkter Munition verwendet werden,
d. h. Projektilen, die auf herkömmliche
Weise in einer ballistischen Flugbahn in die unmittelbare Nähe des Ziels
abgefeuert werden, wo sie einen Befehl für die notwendige Korrektur erhalten.
Wegen der Tatsache, dass das Projektil auf seiner Flugbahn dreht,
muss dessen Querneigungsposition bestimmt werden, wenn der Befehl
ausgeführt
wird. Bei Abwesenheit eines Querneigungspositions-Bestimmungselements
würde bei
der Kurskorrektur ansonsten ein Fehler auftreten.
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Eine
Vorrichtung zum Bestimmen des Querneigungswinkels in einem startbaren
Körper
ist bereits durch die
EP
A1 0 319 649 bekannt. Es wird ein induziertes Feld verwendet,
um den Querneigungswinkel des startbaren Kör pers zu ermitteln, wenn dieser
die Startvorrichtung verlässt.
Das induzierte Feld wird in der Startvorrichtung erzeugt und in
dem startbaren Körper
erfasst. Zu dem Zeitpunkt des Startens wird davon ausgegangen, dass
der in dem startbaren Körper
bestimmte Querneigungswinkel eine akzeptable Präzision hat. Da keine Überwachung
der Rotationsgeschwindigkeit des drehbaren Körpers nach dem Startzeitpunkt
durchgeführt
wird, besteht jedoch das Risiko der drohenden Einleitung einer nicht
akzeptierbaren Abweichung in die Querneigungswinkelposition.
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Eine
andere Vorrichtung zum Bestimmen des Querneigungswinkels ist bereits
durch das
schwedische Patent 465
794 bekannt. In diesem Fall ist an dem startbaren Körper ein
Permanentmagnet befestigt, der, wenn der Körper aus dem Startrohr der Startvorrichtung
gestartet wird, in den Wicklungen, die in dem Startrohr befestigt
sind, ein Feld induziert. Der Querneigungswinkel zum Zeitpunkt des
Startens kann durch eine geeignete Signalverarbeitung bestimmt werden.
Die Information über
diesen Querneigungswinkel und die Zeit, die seit dem Start abgelaufen
ist, wird über
eine Kommunikationsverbindung dem startbaren Körper zugeleitet, der mit Hilfe
der integrierten Elektronik aus diesen die in Frage stehende Rotationsposition
berechnet. Angenommen, dass die Rotationsgeschwindigkeit des startbaren
Körpers mit
hoher Genauigkeit über
den Flugkurs des Körpers
bis zum möglichen
Korrekturpunkt vorhergesagt oder bestimmt werden kann, bietet die
bekannte Vorrichtung die Chance, den Drehwinkel mit einer Genauigkeit
zu berechnen, die in normalen Fällen
annehmbar ist. Wenn jedoch die Rotationsgeschwindigkeit, die beim
Berechnen der Querneigungswinkelposition verwendet wird, von der
korrekten Drehgeschwindigkeit abweicht, dann wird der Fehler in
der Querneigungswinkelposition insbesondere dann, wenn seit dem
Start eine lange Zeit abgelaufen ist, nicht annehmbar sein.
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Weiterhin
ist es aus der
SE-B-463
579 und der
SE-B-407
714 bekannt, für
die Bestimmung des Querneigungswinkels eine Kommunikation zwischen der
Startvorrichtung und dem startbaren Körper während des Flugs des startbaren
Körpers
durch Übertragung
einer polarisierten Trägerwelle
in Verbindung mit der Startvorrichtung zu errichten und dass die übertragene
polarisierte Trägerwelle
in dem startbaren Körper
mit Bezug auf die Rotationsabhängigkeit erfasst
wird.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu erzielen,
das eine große
Genauigkeit bietet, ohne dass dies zu einer großen Komplexität führt. Eine
weitere Aufgabe ist es, zwischen Startanlage und startbarem Körper eine
einfache Kommunikation zu erzielen. Eine weitere Aufgabe ist es,
eine einfache Lösung
für das
Problem der Eindeutigkeit beim Unterscheiden zwischen Null und π rad zu erzielen.
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Die
Aufgaben der Erfindung werden durch ein Verfahren gelöst, das
dadurch gekennzeichnet ist, dass eine polarisierte Trägerwelle
von der Startanlage zum startbaren Körper übertragen wird, dass die übertragene
polarisierte Trägerwelle
in dem startbaren Körper
mit Bezug auf die Drehung des startbaren Körpers erfasst wird und dass
die erfasste übertragene
polarisierte Trägerwelle
und das induzierte Feld analysiert werden, um den Querneigungswinkel festzustellen,
wenn der startbare Körper
die Startanlage verlässt,
wobei der Querneigungswinkel des startbaren Körpers im Moment des Startens
in dem startbaren Körper
auf Grundlage des induzierten Feldes oder der Felder festgestellt
wird, dass Minima in der übermittelten
polarisierten Trägerwelle
vom Punkt des Startens erfasst und gezählt werden und dass eine Zeitmessung
in dem Moment des Startens begonnen wird und wobei für ein erstes
erfasstes Minimum, beginnend von dem Querneigungswinkel, der im
Moment des Starten festgestellt wird, basierend auf dem Feld oder
den Feldern, die im Moment des Startens induziert werden festgestellt
wird, ob das Minimum 0 oder π rad
entspricht.
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Durch
Aufnehmen der das Magnetfeld erfassenden Elemente in dem startbaren
Körper
kann der startbare Körper
die Übersicht über seinen
Quernei gungswinkel basierend auf der Winkelposition zum Zeitpunkt
des Startens und Zählen
der Minima in einem Trägerwellensignal
unabhängig
behalten.
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Durchverfolgen
der Minima und deren Kopplung an den Querneigungswinkel des startbaren
Körpers,
wenn dieser die Startanlage verlässt,
wird eine einfache Lösung
für das
Problem der Eindeutigkeit bei der Unterscheidung zwischen 0 und π rad erzielt.
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Ein
spezifischer Drehwinkel α für den startbaren
Körper
zum Zeitpunkt t, der dem Zeitpunkt tzero(n+1) folgt,
wird bestimmt aus t = α/360·T, wobei 2·Δt = T, Δt
= tzero(n+1) – tzero(n) undtzero(n) den Zeitpunkt bezeichnet, der dem
Startmoment folgt, wenn das n-te Minimum in der polarisierten Trägerwelle
erfasst wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand einer illustrierenden Ausführungsform
mit Bezug auf die anhängenden
Zeichnungen im Einzelnen beschrieben, in welchen:
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1 Teile
einer Startanlage zeigt, in welcher die Erfindung angewandt werden
kann.
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2 zeigt
einen startbaren Körper
mit Magnetfelderfassungselementen und der einen Teil der Erfindung
bildet.
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3 zeigt
ein Beispiel eines Elektronikteils, der einen Teil des startbaren
Körpers
bilden soll.
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4a, 4b, 4c zeigen Beispiele für Spannungen, die in verschiedenen
Teilen des Elektronikteils gemäß der Erfindung
auftreten.
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5 illustriert
die Beziehung zwischen der Richtung eines Spulen bildenden Teils
der Magnetfelderfassungselemente und der induzierten Spannungsimpulse.
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6a zeigt ein Beispiel eines durch den Sender übertragenen
Signals.
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6b zeigt eine Phasenverschiebung, die in
dem übertragenen
Signal gemäß 6a erfasst wird.
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6c zeigt ein Beispiel der resultierenden Signalstärke in einem
Empfänger
auf der Basis des Signals gemäß 6a.
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7 zeigt
das Arbeitsverfahren für
einen Prozessor, der einen Teil des Elektronikteils gemäß 3 bildet,
für die
Ausführung
eines Steuersignals.
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Die
Startanlage 1, die in der 1 teilweise gezeigt
ist, hat ein Startrohr oder ein Abschussrohr 2 mit einer
konischen Mündung 3.
An dem Abschussrohr sind zwei Permanentmagnete 4 und 5 befestigt, um
rechtwinklig zur Symmetrieachse 6 des Abschussrohrs im
Inneren des Abschussrohrs induzierte Felder zu erzeugen. Die Permanentmagnete
sind zueinander um 90 Grad gedreht. Eine alternative Platzierung
der Permanentmagnete ist mittels der gestrichelten Linien 7, 8 in
der Mündung 3 des
Abschussrohrs angegeben. Ein mit der Startanlage 1 verbundener
Sender 20 ist auch mit einer Antenne 9 verbunden,
um ein polarisiertes Trägerwellensignal zu übertragen.
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2 zeigt
einen startbaren Körper 10 in Form
einer Granate oder dergleichen, der in der Startposition im Abschussrohr 2 der
Startanlage aufgenommen werden kann. Im rückwärtigen Teil der Antenne ist
eine Mikrowellenantenne 11, die dazu dient, das von der
Antenne 9 übertragene
Signal zu empfangen. Die Mikrowellenantenne 11 ist an einen Elektronikblock 12 ge koppelt,
der später
im Einzelnen anhand der 3 beschrieben wird. In dem Körper 10 ist
ferner eine Spule 13 aufgenommen, eine sogenannte Aufnahmespule,
die so ausgerichtet ist, dass sie radial induzierte Felder erfasst.
Die Spule 13 ist ebenfalls an den Elektronikblock 12 gekoppelt.
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Ein
Teil des Elektronikblocks 12 bildet ein Phasendetektor 14,
dessen Eingang an die Mikrowellenantenne 11 angeschlossen
ist und dessen Ausgang an einen Prozessor 15 gekoppelt
ist. Der Elektronikblock enthält
ferner eine erste und eine zweite Halteschaltung 16, 17,
die auf die Eingänge einer
gemeinsamen Abtastschaltung 18 gerichtet sind. Die Ausgangssignale
der Halteschaltungen werden zum Prozessor 15 geleitet,
der einen Steueranordnungsausgang 19 hat.
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Ein
Startvorgang kann wie folgt vor sich gehen. Wenn der Körper oder
die Granate 10 die Magnete 4 und 5 infolge
des Abfeuerns passiert, werden gemäß der 4a,
die die induzierte Spannung als Funktion der Zeit t zeigt, Spannungsimpulse
u1 und u2 induziert.
Die Spitzenwerte der Spannungen sind hierbei mit û1 bzw. û2 bezeichnet. Die in der 3 gezeigten
Halteschaltungen 16 und 17 speichern die induzierten
Spannungen. 4b zeigt die in der Halteschaltung 16 gespeicherte
Spannung und 4c zeigt die in der Halteschaltung 17 gespeicherte
Spannung. 5 veranschaulicht die Beziehung
zwischen der Ausrichtung der Spule in der Granate und den induzierten
Spannungen u1 und u2.
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Der
Ausgangswinkel α0 wird in dem Prozessor 15 auf der
Basis der Beziehung: α0 =
arc tan û2/û1 berechnet.
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Während des
Startvorgangs sendet der Sender 20 gemäß der gezeigten Ausführungsform
eine E-Feld polarisierte Trägerwelle
aus, die beispielsweise eine vertikale Polarisierung hat. Das in
der Granate 10 von der Mikrowellenantenne 11 empfangene
Signal ist in der 6a gezeigt. Das
empfangene Signal wird an einen Phasendetektor 14 angelegt,
dessen Ausgangssignal im Prinzip die Minima in dem empfangenen Signal
anzeigt. Eine imaginär
gleichgerichtete Trägerwelle
sollte das in der 6c gezeigte Aussehen
haben und kann mathematisch notiert werden als u = |û·sin ωrot·t|,
wobei πrot sich auf die Rotation der Granate bezieht.
Dies ergibt eine Uneindeutigkeit, ob das erste Minimum 0 oder π rad entspricht.
Mit Hilfe des wie vorstehend beschrieben berechneten Ausgangswinkels α0 bestimmt
der Prozessor 15, ob das erste Minimum 0 oder π rad entspricht. Mit
Hilfe des Eingangssignals vom Phasendetektor 14 misst der
Prozessor 15 die Zeit für
die Rotation der Granate und stellt das Taktintervall eines Rotationszählers 21 ein.
In dem Prozessor 15 ist in schematischer Darstellung ein
Block 22 gezeigt, der zusammen mit einem Oszillator 23 die
Einstellung des Rotationszählers 21 bewerkstelligt.
Ein Steuerbefehl, der beispielsweise durch eine Frequenzverschiebung
der Trägerwelle
des durch den Sender 20 übertragenen Signals gesandt
und der durch einen Steuerinformationsblock 24 erarbeitet
wird, wird in einen äquivalenten
Zeitwert der Rotation umgewandelt und wird in einem digitalen Komparator 25 gespeichert. Wenn
der Zeitwert des Rotationszählers
den in dem Komparator gespeicherten Zeitwert erreicht, wird an dem
Steueranordnungsausgang 19 des Prozessors 15 ein
Steuersignal ausgegeben, um eine oder mehrere Steuerladungen auszulösen, die
in der Granate befestigt sind, wobei diese Ladungen bei Aktivierung den
Kurs der Granate korrigieren. Die Größe der Kurskorrektur kann durch
die Wahl der Anzahl der gleichzeitig aktivierten Steuerladungen
beeinflusst werden. Eine einzeln ausgelöste Ladung ergibt normalerweise
eine geringere Kurskorrektur als wenn zwei benachbarte Steuerladungen
gleichzeitig ausgelöst
werden.
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Wenn
die Nulldurchgänge
des empfangenen Signals als tzero(n) angegeben
werden, wobei n dem n-ten Nulldurchgang entspricht, kann die Zeit
zwischen dem n-ten und dem (n + 1)-ten Nulldurchgang als Δt = tzero(n+1) – tzero(n) und
die Zeitspanne T = 2·Δt angegeben
werden. Die Zeit, welche α entspricht,
kann als t = α/360·T ausgedrückt werden.