-
Zielsuchkopfsystem Die Erfindung betrifft ein Zielsuchkopfsystem,
das nach dem halbaktiven Proportional-Navigationsverfahren arbeitet und nachfolgend
als PN-ZSK-System bezeichnet werden soll.
-
Um Ziele bekämpfen zu können, muß man ihren jeweiligen Standort hinreichend
genau kennen, wobei die für das gewählte Lenkverfahren benötigten Koordinaten fortlaufend
mit hinreichender Genauigkeit bestimmt werden müssen.
-
Es sei angenommen, daß das Ziel nicht selbst Energie abstrahlt, sondern
durch Beleuchten mit elektromagnetischen Wellen im Radarfrequenzgebiet als Sekundärstrahler
angeregt wird. Hierdurch bietet sich gleichzeitig die Möglichkeit, die dem Ziel
zugestrahlte Energie mit einer Kennung zu versehen. Die nach Reflexion im Empfänger
festgestellte Energie kann dann zusätzlich nach den zur Kenntlichrnachung benutzten
Merkmalen selektiert werden.
-
Um eine hinreichend genaue Ortung zu gewährleisten, soll nur die vom
Ziel reflektierte Energie zur Messung herangezogen werden, während alle übrigen
Strahlungsquellen ausgeschaltet werden. Eine derartige Energieauslese kann durch
Richtungs-, Entfernungs-, Geschwindigkeits-, Beschleunigung,- und andere analoge
Selektionen sichergestellt werden.
-
Für eine Lenkung von Zielsuchköpfen und deren zugehörige Flugkörper
nach dem- Proportional-Navigationsverfahren sind grundsätzlich keine Angaben über
die Entfernung Flugkörper-Ziel und die Relativgeschwindigkeit notwendig. Einziges
Kriterium ist die Drehgeschwindigkeit der Sichtlinie gegen eine raumfeste Referenzgröße.
Die Einführung
von Richtungs-, Entfernungs- oder Geschwindigkeitsselektionen
sowie Kombinationen untereinander dient nur dazu, eine hinreichend genaue Messung
der Drehbewegung der Sichtlinie zu gewährleisten.
-
Die bisher bekannten Waffensysteme, die nach PN-ZSK-Prinzipien arbeiten,
machen entweder von einer Kombination Richtungs-Entfernungsselektion oder Richtungs-Geschwindigkeitsselektion
Gebrauch. Für den Einsatz in Bodennähe stellt auch das letztere Verfahren keine
befriedigend große Treffwahrscheinlichkeit sicher.
-
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein nach dem halbaktiven
Proportional-Navigationsverfahren arbeitendes Zielsuchkopfsystem anzugeben, bei
dem die Nachteile der bisher bekannten und vorgeschlagenen PN-ZSK-Systeme vermieden
werden sollen.
-
Die Lösung der Aufgabe kennzeichnet sich erfindungsgemäß durch die
Verwendung einer Kombination voneinander unabhängigen Richtungs-, Entfernungs- und
Geschwindigkeitsselektionen, wobei der Linienabstand des Ortungsspektrums größer
ist als
(v, = Zielgeschwindigkeit; v; = Flugkörpergeschwindigkeit, A = Wellenlänge
des Beleuchters).
-
Mit diesem Lösungsprinzip wird eine Abkehr von der in der Fachwelt
vorherrschenden Ansicht eingeleitet, die besagt, daß bei einem PN-ZSK-System zur
eindeutigen Messung der Sichtliniendrehgeschwindigkeit die Anwendung entweder einer
Richtungs-Entfernungsselektion oder einer Richtungs-Geschwindigkeitsselektion ausreicht.
-
Bei einer Vielzahl von Schießversuchsergebnissen, die bei Flugkörper-Probeschießen
nach dem Pi@T-ZSK-Prinzip gewonnen wurden, ergab sich ein sehr hoher Treffehler-Prozentsatz.
Die Ursachen für diese Treffehler wurden vornehmlich in Geräte-und Funktionsfehlern
der bekannten Systeme gesucht, es wurde jedoch nicht berücksichtigt, daß insbesondere
durch Mehrweg-Reflexionen der am Ziel in Richtung zum Flugkörper reflektierten Strahlung,
die beispielsweise den Umweg über den Erdboden macht, zusätzliche Selektionen erforderlich
werden.
-
Durch eine kombinierte Anwendung einer Richtungs-, Entfernungs- und
Geschwindigkeitsselektion, von denen jede unabhängig arbeitet, läßt sich der durchschnittliche
Treffehler-Prozentsatz sehr wesentlich herabsetzen.
-
Ein Ausführungsbeispiel mit der Anwendung des PN-ZSK-Systems ist in
der Zeichnung dargestellt. In einem Blockschaltbild zeigt Fig. 1 ein zur Richtungs-,
Entfernungs- und Geschwindigkeitsselektion nach dem PN-ZSK-System verwendetes breitbandiges
Sendespektrum für den Beleuchter, Fig. 2 die Empfangs-, Modulations- und Regeleinrichtungen
im Flugkörper.
-
Ein vom Beleuchter ausgestrahltes. Signal hat die Wellenlänge A. Die
Fluggeschwindigkeit des Zieles ist v, und die des Flugkörpers vf. Dann erhält man
in erster Näherung maximal folgende Dopplerverschiebung der Empfangsfrequenz im
Zielsuchkopf :
Für das schnellste zu bekämpfende' Ziel mit der Geschwindigkeit v, gilt entsprechend:
Der Bereich 0 < iD < fD stellt den möglichen Variationsumfang
für die Dopplerfrequenz dar. In diesem definierten Bereich dürfen keine Linien des
Sendespektrums fallen, weil durch Bodenreflexionen ein Ziel vorgetäuscht würde.
Falls zur Entfernungsselektion ein getastetes Sendesignal vorgegeben wird, muß seine
Tastfrequenz fT lauten: fT >fD - (3)
Um eine Vorstellung von den sich ergebenden
Werten zu erhalten, werden folgende Annahmen gemacht: vf = VZ = 1000
m/s; A = 1,82 cm; woraus sich für die Dopplerfrequenz: fD = 165 kHz ergibt.
-
Wird eine Tastfrequenz fT von 200 kHz festgelegt, so laufen die einzelnen
Wellenpakete in einem Abstand von 1500 m hintereinander her. Da mit größeren Einsatzbereichen
als 1,5 km gerechnet werden muß, ist eine Vieldeutigkeit in der Entfernungsselektion
hinzunehmen, die jedoch in Kauf genommen werden kann, da bei realisierbaren Entfernungs-
und Geschwindigkeitstorbreiten und bei Voraussetzung von üblichen Öffnungswinkeln
der Antennenkeule die durch die Entfernungsmehrdeutigkeit sich ergebenden Energieanteile
ausgeschieden werden.
-
Bei dem halbaktiven ZSK-System kann selbstverständlich ein Referenzkanal
vorgesehen werden, wodurch an Bord des Flugkörpers keine Vergleichszentrale mitgeführt
zu werden braucht. Dieser Referenzkanal verwertet die Energie, die der Flugkörper
direkt vom Beleuchter aus empfängt. Hierdurch werden die Entfernungs- und Richtungsselektionen
eingespart, und es ist nur eine Geschwindigkeitsselektion vorzusehen. Die impulsförmig
kohärent zugestrahlte Energie wird in einem Geschwindigkeitstor Bemittelt, das die
Dopplerfrequenz
feststellt. Durch Vergleich dieser Frequenz mit fD aus G1. (1) erhält man
wobei d fD ein Maß für die Relativgeschwindigkeit von Ziel und Flugkörper
darstellt.
Um sicher zu gehen, daß der Flugkörper nur Energie empfängt
und verwertet, die vom zugehörigen Beleuchter herrührt, führt man zweckmäßigerweise
eine Kennmodulation ein. Darüber hinaus wird die Kennung dazu benutzt, um Meßaufgaben
zu lösen oder Informationen an den Flugkörper weiterzugeben.
-
Im vorliegenden Falle ist eine Kennmodulation durch die Tastung eingeführt,
wobei bei Streuung der Tastfrequenzen unter den einzelnen Beleuchtern um einige
Hz der Flugkörper nur auf die vom Ziel reflektierte Energie anspricht, die vom zugehörigen
Beleuchter stammt.
-
Soll zusätzlich eine Entfernungsmessung eingeführt werden, um beispielsweise
den Abstand zwischen Flugkörper-Ziel für den Einsatz des Sprengkopfes vorzubereiten,
so kann der Träger vor der Tastung mit einer Frequenz im Bereich einiger
10 Hz je nach Breite des Geschwindigkeitstores frequenzmoduliert werden.
Hierdurch ist eine eindeutige Meßmöglichkeit im gesamten interessierenden Entfernungsbereich
gegeben, so daß auf Koinzidenzmessungen durch Vergleich der Ergebnisse mehrerer
vieldeutiger Messungen verzichtet werden kann. Es muß jedoch betont werden, daß
die Messung nur unter Zuhilfenahme der selektierten Energie erfolgt, wobei die Meßgenauigkeit
diesen prinzipiellen Selektionen entspricht. Mit Hilfe dieser Frequenzmodulation
wird vom Beleuchter aus die Entfernung zum Ziel bestimmt, um zusammen mit der Radial-
(Doppler-) und Tangential- (Drehgeschwindigkeit der Beleuchterantenne) Geschwindigkeit
des Zieles den Vorhaltewinkel zu ermitteln.
-
Das PN-ZSK-System zur Richtungs-, Entfernungs- und Geschwindigkeitsselektion
verwendet ein Sendespektrum (Fig. 1), wobei ein Generator 1 die gewünschte Trägerfrequenz
f o mit guter Kurzzeitkonstanz abgibt. Die abgegebene Spannung wird mit einem aus
einem NF-Generator 2 entnommenen niederfrequenten Signal im Modulator 3 frequenzmoduliert,
so daß nur ein schmalbandiges Spektrum entsteht, das schmäler als die Geschwindigkeitstorbreite
ist. Ein Amplitudenmodulationssignal- bzw. Tastgenerator 4 beaufschlagt einen AM-Modulator
5 mit der Frequenz fT. Einem Sendeverstärker 6 wird dann ein Signal angeboten, das
der Bedingung (3), also f7' > fD, genügt und das aus kohärenten HF-Impulsen
aufgebaut ist. Dieses Signal wird zum Ziel und zum Flugkörper über eine Antenne
7 abgestrahlt. Die Frequenzverhältnisse zwischen den Frequenzen fo, fT und f K müssen
nicht rational sein, dürfen sich also auch langsam mit der Zeit ändern; diese Frequenzen
werden auch nicht zum Vergleich im Empfänger benötigt.
-
Der Flugkörper (Fig. 2) weist zwei Empfangskanäle 8 und 9 auf, wobei
der als Referenzkanal wirkende Empfangskanal 8 die Energie verarbeitet, die von
der Referenzantenne 10 direkt vom Beleuchter empfangen wird. Hierbei kann auf eine
Entfernungsselektion verzichtet werden, und es wird nur in an sich bekannter Weise
mit Hilfe einer Geschwindigkeitstorschaltung, die einen Modulator 11, ein Filter
12, einen Frequenzdiskriminator 13, einen Regler 14 und einen Referenzgenerator
15 enthält, eine Geschwindigkeitsselektion durchgeführt. Falls benötigt, läßt sich
die AM-Modulation vor dem Filter 12 abnehmen; die FM-Information kann am Frequenzdiskriminator
13 gewonnen werden. Ein Referenzgenerator 15 schwingt auf einer Frequenz fR, die
außer um einen Festwert gegenüber der Frequenz f o um die Dopplerfrequenz fDR [G1.
(4) ], die beim Wegbewegen des Flugkörpers vom Beleuchter entsteht, versetzt ist.
-
Auf den Referenzkanal kann verzichtet werden, wenn der Wert der Relativgeschwindigkeit
zwischen Flugkörper und Ziel nicht fortlaufend benötigt wird und ein Generator der
Frequenz fR mit hinreichender Kurzzeitkonstanz im Flugkörper mitgeführt wird.
-
Eine Antenne 16 empfängt die Energie des Zieles, wobei durch konisches
Abtasten des Raumes mit Hilfe eines Abtastgenerators 17 oder durch ein anderes eine
Amplitudenmodulation des Empfangssignals ergebendes Peilverfahren die einfallende
Energie mit der Abtastfrequenz amplitudenmoduliert wird. Da die empfangene Energie
im allgemeinen nicht nur von der vom Ziel reflektierten herrührt, wird noch eine
weitere Auslese nach Entfernung und Geschwindigkeit mit Hilfe eines simultanen Regelkreises
getroffen. Zu diesem Zweck passiert das Empfangssignal nach der Abtastung und Modulation
mit fR in einem Modulator 18 ein Entfernungstor 19 und einen Geschwindgkeitsmodulator
20. Das Fehlersignal d v (und die Kenn-FM), das in einem Geschwindigkeitsdifferenzdemodulator
21 gewonnen wird, mußte zunächst ein schmalbandiges Filter 22 passieren, wobei die
kohärenten Impulse zu einer quasistationären Schwingung Bemitteltwurden. Anschließend
an die Filterung wird die Scan-Modulation abgenommen und zusammen mit einer Referenzgröße
einem Scan-Demodulator 23 zugeführt, der die Fehlersignale für die Nachstellung
der Antenne 16 abgibt.
-
Das Fehlerkriterium für das Entfernungstor 19 liefert ein Entfernungsmodulator
24 mit angeschlossenem Filter 25, an dessen Ausgang eine Spannung steht, die nach
Betrag und Phase dem Entfernungsfehler zugeordnet ist. Durch Vergleich dieser Spannung
mit der am Ausgang des Filters 22 des Geschwindigkeitskreises anliegenden Spannung
wird an einem Entfernungsdifferenzdemodulator 26 ein Fehlersignal d r gewonnen.
Ein Simultanregler 27 steuert einen Entfernungs- und einen Geschwindigkeitstorgenerator
28 bzw. 29, so daß die entsprechenden Fehler zu Null gemacht werden. Durch die Ausgestaltung
als Simultanregelung erfolgt die Steuerung der beiden Generatoren auch dann, wenn
eines der Fehlersignale kurzzeitig ausbleibt.
-
Dem Regler kann außerdem eine Größe b zugeführt werden, die der vom
Flugkörper herrührenden Relativbeschleunigung zwischen Ziel und Flugkörper proportional
ist.
Durch die unabhängig nach Richtung, Entfernung und Geschwindigkeit
durchgeführte Selektierung liegt am Scan-Detektor eine Modulationsspannung an, die
weitgehend nur von der Abtastung des Zieles herrührt und die sicherstellt, daß die
Drehung der Sichtlinie genau erfaßt wird.