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Verfahren zur räumlichen Zielsuchlenkung eines unbemannten Flugkörpers
auf ein bewegtes Ziel Die Erfindung behandelt ein Verfahren für eine räumliche Zielsuchlenkung,
wobei der das bewegliche Ziel verfolgende unbemannte Flugkörper mit einem schwenkbaren
und richtungsempfindlichen Zielsuchgerät ausgerüstet ist.
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Um ein bewegtes Ziel von einem zielsuchenden Verfolger aus beliebiger
Richtung zu treffen, ist bereits vorgeschlagen worden, im Verfolger die Winkelgeschwindigkeit
des Peilstrahls - der Verbindungslinie vom Verfolger zum Ziel - in einem raumfesten
System zu messen. Aus diesem Meßwert wird ein Steuerkommando abgeleitet, das dem
Verfolger eine Wendegeschwindigkeit - im gleichen raumfesten System - erteilt, die
der gemessenen Winkelgeschwindigkeit des Peilstrahls proportional ist. Bekannt ist
ferner das Junkers-Anschütz-Kreiselvisier, das dem Anflug eines Flugzeuges zum Bombenwurf
auf ein bewegtes Ziel diente. Mit der Auslenkung des Anflugvisiers aus der Flugzeuglängsachse
durch einen Kreisel wurde das vorgenannte ebene Verfahren verwirklicht, jedoch mit
der Einschränkung, daß die Anfangstangente des Anflugkurses auf das Ziel gerichtet
sein mußte.
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Die bisher genannten Verfahren behandeln nur das ebene Problem der
Zielsuchlenkung. Bei der räumlichen Zielsuchlenkung ist jedoch erforderlich, dem
räumlichen Vektor,
der Peilstrahlwinkelgeschwindigkeit einen räumlichen Vektor der Verfolgerwendegeschwindigkeit
zuzuordnen,
der durchentsprechendeSteuerkommandos erzeugtwird.
Es lassen sich
verschiedene Ebenen im Raum definieren, in denen jeweils ein ebener Zielsuchkurs
durchlaufen wird. Im allgemeinen Fall erfährt die gewählte Ebene nicht nur eine
Parallelverschiebung, sondern auch eine Schwenkung im raumfesten System.
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Die Erfindung schlägt für die räumliche Zielsuchlenkung ein Verfahren
vor, das sich dadurch kennzeichnet, daß der Verfolger (unbemannte Flugkörper) mit
einem schwenkbaren richtungsempfindlichen Zielsuchgerät ausgerüstet ist, mit dem
die Ablage des Peilstrahls zwischen der eigenen Nullachse und dem zu verfolgenden
Ziel gemessen und durch Aufschaltung der Ergebnisse des Zielsuchgerätes auf die
Steuerung des unbemannten Flugkörpers seine Ablage auf Null zurückgeführt und damit
die Peilverbindung zwischen Verfolger und Ziel hergestellt wird. Ein Ausführungsbeispiel
ist in den Zeichnungen dargestellt, darin zeigt Fig. z System zur Zielsuchlenkung
in der Bezugsebene, Fig. a Zwangskopplung zwischen der Richtung der Zielsuchgerätnullachse
und der Kreiseldrallachse und Fig. 3 Lenksystem in der Bewegungsrichtung des unbemannten
Flugkörpers.
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Im Verfolgen unbemannter Flugkörper sind zwei Richtungen bekannt:
die eigene Flugrichtung und die Peilstrahlrichtung, die zusammen eine Bezugsebene
bestimmen. Die räumliche Zielsuchlenkung kann somit aufgespalten werden in ein ebenes
Verfahren mit einem Zielsuchkurs in der Bezugsebene im Raum. Das bedeutet die Zerlegung
des räumlichen Vektors cp der PeilstrahlWinkelgeschwindigkeit in zwei Komponenten,
von denen eine senkrecht auf der Bezugsebene steht und für das in dieser ablaufende
ebene Verfahren maßgebend ist, während die zweite Komponente parallel zur Bezugsebene
liegt und für deren Schwenkung im Raum maßgebend ist.
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Die Stabilisierung des unbemannten Flugkörpers, dessen Steuerung um
seine beiden aufeinander senkrecht stehenden Querachsen erfolgen soll, wird in der
Weise durchgeführt, daß die eine Querachse senkrecht, die andere parallel zur Bezugsebene
geführt wird. Dadurch ist es möglich, den ebenen Zielsuchkurs in der Bezugsebene
um die zu ihr senkrechte Querachse allein zu steuern.
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Für dieses ebene Verfahren kann das Prinzip des Junkers.-Anschütz-Kreiselvisiers
(Fig. r) verwendet werden. Es ist jedoch eine Änderung erforderlich, die eine beliebige
Anfangsbedingung für den Zielsuchkurs ermöglicht, d. h., die Anfangstangente des
Zielsuchkurses darf eine beliebige Richtung haben, die durch den vorhergehenden
Kurs des Verfolgers gegeben ist.
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Im Achsensystem des Verfolgers (x = Längsachse, y und z = Querachsen,
um die der unbemannte Flugkörper gesteuert wird) ist ein richtungsempfindliches
Zielsuchgerät ZSG schwenkbar angeordnet. Die Schwenkung erfolgt durch den Antrieb.
A um eine Achse, die parallel zur y-Achse ist. Der Schwenkwinkel ö zwischen der
x-Achse und der Nullachse des ZSG wird durch einen Abgriff 8 abgenommen.
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Ein Lagekreisel LK (dargestellt durch seinen Drallvektor) ist kardanisch
so aufgehängt, daß seine äußere Kardanachse in Richtung der x-Achse gelagert ist,
während die innere Kardanachse in der Normallage parallel zur y-Achse liegt. An
der inneren Kardanachse ist ein Antrieb bzw. Momentengeber M vorgesehen sowie ein
Abgriff (a+ö), der den Winkel (a+ö) zwischen der Kreiseldrallachse und der z-Achse
gibt. Ein Abgriff ,B an der äußeren Kardanachse ist so auf die Steuerung um die
x-Achse aufgeschaltet, daß die y-Achse parallel zur inneren Kardanachse rollstabilisiert
wird.
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In der Zwangskopplung zwischen der Richtung der ZSG-Nullachse und
der, Kreiseldrallachse (Fig. z) sind die beiden Abgriffe ö und (E+3) auf ein Rechenglied
R, z. B. eine Brückenschaltung, aufgeschaltet. Die Brückenausgangsspannung liegt
direkt oder über ein Zwischenglied am Antrieb A an, der das ZSG so lange schwenkt,
bis die Abgriffe bzw. Winkel ö und. (e+ö) in einem vorgegebenen Verhältnis stehen.
Damit wird eine Zwangskopplung in der xy-Ebene des Verfolgers bewirkt, die gleichzeitig
durch die Rollstabilisierung die durch die Flugrichtung des unbemannten Flugkörpers
und die Peilstrahlrichtung sich ergebende Bezugsebene darstellt.
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Der Ausgang des ZSG, der den Ablagewinkel de des Peilstrahls von der
ZSG-Nullachse in der Bezugsebene angibt, wird über ein Aufschaltgerät ASG so auf
die Steuerung des Verfolgers um seine y-Achse aufgeschaltet, daß durch die Bewegung
des unbemannten Flugkörpers der Ablagewinkel de auf Null zurückgeführt wird.
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Mit dem bisher beschriebenen Lenksystem erfolgt eine Zielsuchlenkung
in der Bezugsebene, die jedoch bei einem räumlichen Zielsuchverfahren im Raum schwenken
muß.
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Diese Schwenkbewegung wird eingeleitet durch die Aufschaltung des
Ablagewinkels 0 des Peilstrahls von der ZSG-Nullachse normal zur Bezugsebene - am
zweiten Ausgang des ZSG - über das Aufschaltgerät ASG auf die Steuerung um die z-Achse,
so daß durch die Bewegung des unbemannten Flugkörpers der Ablagewinkel 0 auf Null
zurückgeführt wird. Der unbemannte Flugkörper erfährt dadurch eine Wendegeschwindigkeit
y um seine z-Achse, die von einem Wendekreisel WK gemessen und an dessen Abgriff
y, abgenommen wird.
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Auf der Schwenkachse des ZSG sitzt ein weiterer Abgriff f (ö), der
eine vorgewählte Funktion des Winkels ö abgibt. Dieser Abgriff f (ö) wird zusammen
mit dem Abgriff yZ des Wendekreisels WK auf den Momentengeber M am Lagekreisel
LK so aufgeschaltet, daß M auf ZK ein Lenkmoment proportional y,
- f (ö) ausübt. Der Lagekreisel LK wird dadurch zu einer Präzession gezwungen,
die der Schwenkung der Bezugsebene entspricht. Durch diese zweite Zwangskopplung
wird die xy-Ebene des unbemannten Flugkörpers, in der auch die
Drallachse
des Lagekreisels LK liegt, der schwenkenden Bezugsebene nachgeführt.
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In der ersten Zwangskopplung zur ebenen Lenkung in der Bezugsebene
ist durch die Winkelbeziehung
ein Lenkfaktor k gewählt. Der gleiche Lenkfaktor ist in der zweiten Zwangskopplung
zur Schwenkung der Bezugsebene als Parameter in der Funktion f (b) enthalten.
Durch geeignete Maßnahmen kann der Lenkfaktor k in beiden Zwangskopplungen frei
wählbar oder während der Zielsuchlenkung veränderlich gemacht werden.
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Die Anordnung des Lenksystems nach Fig. i setzt voraus, daß die x-Achse
sich mit seiner Bewegungsrichtung des unbemannten Flugkörpers deckt. Ist dies durch
die Art seiner Steuerung nicht gewährleistet, so treten gegenüber der Bewegungsrichtung
die Anstellwinkel a, (um die y-Achse) und a, (um die z-Achse) auf. Zur Kompensation
dieser beiden Anstellwinkel, die durch Richtungsanzeiger - z. B. Windfahnen Wy und
WZ - ermittelt werden, kann das Lenksystem in der Bewegungsrichtung des unbemannten
Flugkörpers (Fig. 3) ausgerichtet werden. Dazu wird das Lenksystem z. B. in einem
Rahmen angeordnet, der um seine z-Achse drehbar angeordnet ist und von einem Richtungsanzeiger
um den Anstellwinkel az zurückgedreht wird. Der zweite Richtungsanzeiger dreht den
Wendekreisel WK um den Anstellwinkel ay zurück und korrigiert die Abgriffe
b und f (b) an der Schwenkachse des ZSG sowie den Abgriff (E -I- b) am Lagekreisel
LK um den gleichen Winkel ay. Der gestrichelte Zusatz im Blockschaltbild (Fig.2)
zeigt die dazu notwendige Ergänzung zur Korrektur des Abgriffes (s -I- b) des Lagekreisels
ZK: Für die Zielauffassung, d. h. den Übergang des unbemannten Flugkörpers vom vorhergehenden
Fernlenkkurs zum Zielsuchkurs, können die Anfangsbedingungen der Zielsuchlenkung
bereitgestellt werden, um einen Suchvorgang für das Ziel zu vermeiden. Dazu genügt
für den unbemannten Flugkörper eine ausreichend genaue Information über die Richtung,
in der das Ziel zu erwarten ist Diese Information ist am einfachsten bei einem Zieldeckungsverfahren
der Fernlenkung zu erhalten, bei dem sich der unbemannte Flugkörper stets auf der
Verbindungsgeraden vom Fernlenkstand zum Ziel befindet.
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Ist während des Fernlenkkurses dem unbemannten Flugkörper die Richtung
zum Ziel gegeben, so genügen zwei Maßnahmen, um die ständige Bereitschaft des Zielsuchlenksystems
zur Zielauffassung zu gewährleisten: i. Der unbemannte Flugkörper ist so um seine
z-Achse zu stabilisieren, daß seine xy-Ebene die Peilstrahlrichtung zum Ziel enthält.
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2. Der Lagekreisel, dessen äußere Kardanachse während des Fernlenkkurses
in der Normal-Lage gefesselt ist, wird durch den Antrieb bzw. Momentengeber M um
seine innere Kardanachse so weit geschwenkt, bis das durch die erste Zwangskopplung
mitlaufende ZSG die bekannte Richtung zum Ziel hat.