KR100582638B1

KR100582638B1 - 근접 퓨즈

Info

Publication number: KR100582638B1
Application number: KR1020017008054A
Authority: KR
Inventors: 로클리피존제퍼리; 패트릭데이비드에드워드
Original assignee: 배 시스템즈 피엘시
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2006-05-24
Also published as: AU1878800A; WO2000039521A1; KR20010099927A; DE69912843T2; DE69912843D1; GB9828407D0; ES2207314T3; NZ512562A; IL143907A; AU767578B2; EP1141653A1; EP1141653B1; ZA200105124B; JP2002533656A; DK1141653T3; ATE254276T1; IL143907A0; CA2356266A1

Abstract

탄두를 운송하는 튜브 발사식 발사체용 근접 퓨즈에 있어서, 가변 주파수를 갖는 무선 주파수 신호를 생성하기 위한 오실레이터 수단, 상기 무선 주파수 신호를 발신하고 상기 무선 주파수 신호의 에코 신호를 수신하기 위한 단일 안테나 수단, 상기 무선 주파수 신호의 발신 및 상기 에코 신호의 수신 사이에서의 시간 딜레이에 대응하는 유효거리 신호를 생성하기 위한 신호처리 수단, 상기 유효거리 신호를 참조 신호와 비교하고 상기 비교 결과에 따라 상기 탄두를 활성화하기 위한 활성화 신호를 생성하기 위한 수단을 포함하며, 상기 오실레이터 수단으로부터의 상기 무선 주파수 신호를 상기 안테나 수단 및 상기 신호 처리 수단에 결합하고, 상기 안테나 수단으로부터의 상기 에코 신호를 상기 신호 처리 수단에 결합하기 위해 방향성 결합기 수단이 사용되는 근접 퓨즈가 개시된다.

탄두, 탄약, 발사체, 활성화, 폭발, 결합기, 퓨즈, 근접

Description

근접 퓨즈{PROXIMITY FUZE}

본 발명은 탄두를 수송하는 튜브 발사식 발사체용 개선된 근접 퓨즈에 관한 것이다.

탄두 수송 발사체에서의 퓨즈의 사용은 두 가지 중요한 기능을 갖는다. 먼저, 발사체가 제조시로부터 발사 지점으로부터 적어도 수 미터 이상 있게 될 때까지 탄두의 이상 폭발 혹은 활성화로부터 발사체의 핸들러를 보호한다. 두 번 째로, 탄두의 기능에 적절한 타겟 혹은 지상으로부터의 적정한 유효거리에서 탄두의 폭발 혹은 활성화를 시작한다는 것이다. 적정 유효거리에는 타겟과의 접촉, 타겟과의 접촉후, 발사시로부터의 시간, 혹은 타겟의 근접 정도가 포함될 수 있다. 본 발명은 후자 유형의 퓨즈, 근접 퓨즈에 관한 것이다.

현재의 근접 퓨즈는 도플러 근접 센싱(doppler proximity sensing)으로 알려진 탐지 기술을 사용한다. 이 기술은 퓨즈에 의해 발신되는 연속된 일정 파장의 무선 주파수 신호(continuous constant wavelength radio frequency signal)를 필요로 하여, 발사체가 타겟에 접근할 때, 퓨즈는 타겟으로부터 반사되는 자신이 발신한 신호를 수신하기 시작한다.

이러한 복귀 혹은 에코 신호는 발사체가 타겟에 가까워 질 때 일련의 보강 및 상쇄 간섭 형태로 퓨즈로부터 발신되는 신호와 간섭한다. 타겟의 특정 반사율에 대하여, 퓨즈에 의해 발신된 무선 신호의 전력 및 복귀 신호를 감지하는 수신기의 게인(gain)이 설정되어 있다면, 퓨즈가 그 자신에 의해 발신된 신호의 복귀신호를 감지하기 시작할 때의 타겟으로부터 발사체의 거리는 예견될 수 있다. 복귀 신호가 퓨즈에 의해 첫 번째로 감지되었을 때의 발사체의 타겟으로의 근접 정도의 예상에 근거하여, 퓨즈는 보강 간섭의 연속된 싸이클을 차례로 카운트하도록 될 수 있다. 탄두를 활성화하기 전 퓨즈가 카운트한 보강 간섭 싸이클의 수는 퓨즈가 탄두를 활성화할 때의 퓨즈의 타겟에 대한 근접도를 고정하도록 설정될 수 있다.

이러한 유형의 퓨즈의 한 가지 문제는 서로 다른 타겟이 서로 다른 반사율을 가져서 퓨즈가 반사된 신호를 처음으로 수신하기 시작할 때의 타겟으로부터의 거리가 타겟에 따라 다르다는 것이다. 따라서, 탄두가 활성화되었을 때, 즉, 보강 간섭이 소정 횟수 만큼 카운트되었을 때의 타겟으로부터의 거리는 타겟에 따라 다르게 된다. 이러한 것이 상술한 "도플러" 유형의 근접 퓨즈의 정확성을 떨어뜨린다. 이러한 정확도 부족은 당업계에서는 일반적으로 제1 발사체를 발사하고 그 것이 활성화되었을 때의 타겟에 대한 근접도를 관찰하여 극복되고 있다. 이 때, 활성화 전에 카운트된 보강 간섭의 싸이클 수는 동일 타겟을 향해 연속적으로 발사된 발사체들에 대해 조정될 수 있다. 그러나, 많은 잠재적인 응용예에 있어서는, 사용전 조절할 필요가 없는 높은 정확도의 퓨즈를 필요로 한다.

정확도를 떨어뜨리는 또 다른 이유는 퓨즈에 의해 발신된 무선 신호의 주파수가 대체로 필요로 하는 만큼 정확하지 않아서, 연속된 보강 간섭 싸이클의 시간 들이 정확하지 않다는 것이다. 퓨즈의 보강 간섭 싸이클 감지 능력이 주위의 노이즈 레벨에 의해 결정된다는 것이 또 다른 부정확성을 부르고 있다. 마지막으로, 이러한 "도플러" 유형의 근접 퓨즈에 의해 사용된 단순한 알고리듬 및 일 주파수에서의 연속 발신은, 예들 들면, 탄약이 레이더 빔 사이로 이동되고 있을 때와 같은 상황 등에서 우발적으로, 혹은 적에 의해 취해진 능동 센서 방해수단(active sensor jamming measure)에 의해, 그 것들을 상대적으로 탐지하기 쉽게 만들고, 상대적으로 쉽게 퓨즈가 이상 동작하도록 만든다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점 중 적어도 몇 가지를 극복할 수 있는 개선된 근접 퓨즈를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명은 현재 사용되는 "도플러" 유형의 퓨즈에 비해 능동 센서 방해수단에 의해 무력화되기 힘들고 보다 정확한 근접 퓨즈를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 특징에 따르면, 탄두를 운송하는 튜브 발사식 발사체용 근접 퓨즈에 있어서,

가변 주파수를 갖는 무선 주파수 신호를 생성하기 위한 오실레이터 수단,

상기 무선 주파수 신호를 발신하고 상기 무선 주파수 신호의 에코 신호를 수신하기 위한 단일 안테나 수단,

상기 무선 주파수 신호의 발신 및 상기 에코 신호의 수신 사이에서의 시간 딜레이에 대응하는 유효거리 신호를 생성하기 위한 신호처리 수단,

상기 유효거리 신호를 참조 신호와 비교하고 상기 비교 결과에 따라 상기 탄 두를 활성화하기 위한 활성화 신호를 생성하기 위한 수단을 포함하며,

상기 오실레이터 수단으로부터의 상기 무선 주파수 신호를 상기 안테나 수단 및 상기 신호 처리 수단에 결합하고, 상기 안테나 수단으로부터의 상기 에코 신호를 상기 신호 처리 수단에 결합하기 위해 방향성 결합기 수단이 사용되는 근접 퓨즈가 제공된다.

발신신호는 발사체에 대한 타겟 혹은 지면에 의해 반사되고, 안테나 수단은 지면 혹은 타겟으로부터 반사된 상기 발신 무선 주파수 신호의 성분인 에코 신호를 수신한다. 발신 무선 주파수 신호는 시간 변화 성질을 갖기 때문에, 수신된 신호의 이러한 성질은 무선 주파수 신호의 성질이 변하는 비율 및 무선 주파수 신호가 안테나와 타겟 혹은 지면 사이를 이동하고 다시 돌아오는 데 걸린 시간에 따라 결정되는 양 만큼 발신 신호의 성질과 다르게 될 것이다. 무선 주파수 신호가 안테나와 타겟 혹은 지면 사이를 이동하고 다시 돌아오는 데 걸린 시간은 지면 혹은 타겟과 안테나(나아가 발사체) 사이의 거리 혹은 근접도와 직접적으로 관련되어 있기 때문에, 발신 신호 및 수신 신호의 관련 성질 사이의 차이는 발사체와 지면 혹은 타겟 사이의 거리를 의미하는 유효거리 신호를 생성하는데 사용될 수 있다. 이 유효거리 신호는 발사체가 활성화 되기 위한 정확한 근접 거리 내에 있을 때 유효거리 신호가 가지게 될 값을 갖는 참조 신호와 비교될 수 있다. 유효거리 신호 및 참조 신호가 동일할 때, 활성화 신호가 생성되어 발사체의 탄두를 활성화하는데, 활성화는 예를 들면 큰 폭발, 암흑으로 만들기 위한 물질 혹은 조명 불꽃등이 될 수 있다.

본 발명에 따른 퓨즈는 타겟(혹은 지면)에 도달하여 복귀할 때 이동하는 거리에 대한 표시로서 발신 신호와 비교할 때 에코 신호의 진폭 감쇠에 의존하지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 퓨즈에서 계산된 유효거리는 타겟(혹은 지면)의 반사율에 의존하지 않는다. 에코 신호가 안테나 수단에 의해 수신하기 충분한 진폭을 가지고 있다면, 발신 신호와 에코 신호의 시간에 따라 변화되는 성질의 비교는 타겟(혹은 지면)으로부터의 발사체의 유효거리에 대한 정확한 표시자를 생성하는 데 사용될 수 있다.

바람직한 제1 실시예에서, 에코 신호의 진폭은 계산된 유효거리를 변화시키지 않고, 무선 주파수 신호는 연속적으로 발신된다. 본 바람직한 실시예는 예를 들면 0.5m 내지 500m의 상대적으로 밀접한 상태에서의 사용에 적절하다.

상기 신호 처리수단은 상기 발신 신호의 일부와 상기 에코 신호의 일부를 혼합하기 위한 믹서수단을 포함하여, 상기 발신 무선 주파수 신호와 상기 수신 에코 신호의 주파수 차에 대응하는 주파수를 갖는 중간 주파수 신호를 포함하는 유효거리 신호를 생성하는 것이 바람직하다.

발신 신호 및 에코 신호의 주파수는 그 것들을 믹싱 수단에서 혼합함으로써 비교되고 발신 신호의 주파수 및 수신 신호의 주파수 사이의 차와 동일한 주파수를 갖는 중간 주파수 신호를 생성한다. 발신 신호의 주파수 변화율은 공지되어 있고, 따라서 발신 신호 및 수신 신호의 주파수 차는 발신 신호가 타겟(혹은 지면)으로 이동하고 안테나 수단으로 복귀하는 데 걸리는 시간을 계산하는데 사용될 수 있고, 따라서, 타겟(혹은 지면)으로부터 발사체의 거리를 정확하게 계산하는데 사용될 수 있다. 유효거리 계산을 간단하게 하기 위해, 오실레이터는 선형으로 변하는 주파수를 갖는 안테나 수단에 의해 발신 무선 주파수 신호를 생성하는 것이 바람직하다.

발신 주파수가 변화하고, 또한 발사체의 탄두의 활성화를 시작시키는데 필요한 수신 신호의 주파수는 발신 주파수와 동일하지 않고, 또한 변하기 때문에, 본 발명에 따른 퓨즈는 단일 주파수를 발신 및 수신하는 "도플러" 유형의 퓨즈에 비해 능동 센서 방해수단을 사용하여 무능화시키기가 보다 힘들다.

상기 오실레이터수단은 전압 제어 오실레이터를 포함하고, 상기 퓨즈는 상기 전압 제어 오실레이터를 구동하기 위한 선형 삼각 파형 전압을 생성하기 위한 수단을 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

퓨즈의 복잡성 및 비용을 감소시키기 위해, 단일 안테나 수단이 무선 주파수 신호를 발신하고 에코 신호를 수신하기 위해 사용된다. 이것은 상기 오실레이터 수단으로부터의 상기 무선 주파수 신호를 상기 안테나 수단 및 상기 신호 처리 수단에 결합하고, 상기 안테나 수단으로부터의 상기 에코 신호를 상기 신호 처리 수단에 결합하기 위해 방향성 결합기 수단이 사용될 수 있게 한다. 저렴한 비용 및 작은 크기를 제공하는 바람직한 방향성 결합기 수단은 4개의 포트를 포함하는 1/4 파장 분기 라인 결합기이다. 이러한 결합기가 사용되면, 공간을 절약하기 위해, 오실레이터 수단 및 상기 믹서 수단은 상기 분기 라인 결합기의 1/4 파장 발신 라인에 의해 경계지어진 영역 내에 위치될 수 있다.

예를 들면 500m 내지 1km의 보다 긴 유효거리에서 사용하기 적절한 본 발명 의 변형예에 따르면, 퓨즈는 펄스 무선 주파수 신호를 발신하기 위해 펄스 모드에서 동작하도록 되어 있다. 여기에서, 시간에 따라 변하는 성질은 무선 주파수 신호의 진폭이 0으로부터 펄스가 발신될 때의 진폭 사이에서 가변될 때의 진폭이 될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 무선 주파수 신호의 예를 들면 10개의 펄스와 같은 일련의 펄스가 발신되고, 에코 신호 펄스는 타겟(혹은 지면)으로 이동하고 다시 돌아와서 수신된다. 펄스를 발신하고 수신할 때 까지의 시간 딜레이는 타겟(혹은 지면)으로부터의 발사체의 유효거리를 결정하는데 사용될 수 있다. 또한, 연속된 펄스의 시간 딜레이 차는 타겟(혹은 지면)과 발사체 사이의 상대 속도를 결정하는데 사용될 수 있다. 짧은 유효거리에서는 발신 신호와 수신 신호 사이의 시간 딜레이가 발신 펄스와 수신 펄스를 구분하기에 너무 짧기 때문에, 즉, 펄스의 에코가 이 펄스가 아직 발신 중인 동안에 수신될 것이기 때문에, 이 실시예는 보다 긴 유효거리에서 사용하기 적절하다.

펄스 동작 모드가 상술한 주파수 변화 동작 모드와 조합하여 사용될 수 있다. 보다 긴 유효거리에서는, 퓨즈는 초기에 펄스 모드로 동작하여 타겟(혹은 지면)에 대한 근접정도 및 타겟(혹은 지면)에 대한 상대 속도를 결정하고, 계산된 거리 및 속도에 따라, 타겟(혹은 지면)에 보다 근접할 때가지 동작을 멈출 수 있다. 그 다음, 소정의 보다 짧은 유효거리에서는, 퓨즈는 주파수 변화 모드로 동작하여 타겟(혹은 지면)으로부터의 유효거리를 계산하고 계산된 유효거리가 탄두의 활성화를 위한 바람직한 값일 때 발사체의 탄두를 활성화 할 수 있다.

본 발명의 제2 특징에 따르면, 상술한 퓨즈를 포함하는 튜브 발사식 발사체 가 제공된다.

본 발명이 하기에 설명된 도면을 참조하여 기술된다:

도 1은 본 발명에 따른 근접 퓨즈의 송수신기의 개략도.

도 2는 도 1의 송수신기에 의해 발신된 무선 주파수 신호와, 에코 신호를 도시하는 시간 대 주파수 그래프.

도 3은 도 1의 송수신기에 사용된 방향성 분기라인 결합기의 개략도.

도 4는 신호가 제1 포트로 입력되었을 때의 도 3의 결합기의 제1 포트 내지 제4 포트의 출력을 도시하는 주파수 대 상대 전력의 그래프.

도 5는 링 형태로 도시된 도 3에 도시된 결합기의 등가 결합기를 도시한 도.

도 6은 도 5의 링 결합기를 사용하는 도 1의 송수신기와 유사한 송수신기의 개략도.

도 7은 도 6에 도시된 송수신기의 바람직한 원형 레이아웃을 도시한 개략도.

도 8은 튜브 발사식 발사체의 노우즈에 도 7의 송수신기를 병합한 본 발명에 따른 근접 퓨즈의 위치를 도시한 개략도.

도 1에는 본 발명에 따른 송수신기가 도시되어 있는데, 송수신기는 전압 제어 오실레이터(2), 믹서(4), 방향성 결합기(6) 및 안테나(8)를 포함한다. 전압 제어 오실레이터(2)는 연속된 선형 삼각 전압 파형에 의해 제어된다. 오실레이터(2)는 입력 전압 파형을 선형 주파수 스윕(linear frequency sweep)(처프(chirp))을 갖는 무선 주파수 신호로 변환한다. 오실레이터 출력 신호는 결합기(6)에 의해 2개의 부분으로 나뉘어진다. 신호의 일 부분은 안테나(8)에 직접 결합되어 발신되고, 신호의 다른 부분은 믹서(4)의 국부 오실레이터(LO) 포트에 결합된다. 무선 주파수 신호는 안테나(8)에 의해 모든 방향의 절반 정도를 지향하는(semi-omnidirectional) 방법으로 방사되고, 방사된 전력의 작은 일부는 타겟 혹은 지상에서 반사되어 안테나(8)로 돌아온다. 이러한 복귀 혹은 에코 신호는 두 부분으로 나뉘어지는데, 일 부분은 믹서(4)의 무선 주파수(RF) 포트에 결합되고, 다른 일 부분은 오실레이터(2)에 결합되어 종료된다.

도 2는 안테나(8)에 의해 발신되고 수신된 무선 주파수 신호의 시간 대 주파수 변화에 대한 개략도로서, 즉, 믹서(4)의 LO 포트 및 RF 포트에서의 신호의 주파수 변화의 개략도이다. 발신된 신호는 안테나(8)로부터 지상으로 이동하고 유한의 측정가능한 시간(도 2에서 δt)을 소모하여 광속으로 되돌아온다. 걸린 시간(δt)은 믹서(4)로부터의 중간 주파수(IF) 출력에 대응한다. 상술한 바와 같이, 전압 제어 오실레이터(2)는 연속된 선형 삼각 전압 파형에 의해 제어된다. 이 것은 도 2에서 실선(10)으로 도시된 바와 같이 f₁ 및 f₂ 사이에서의 선형 주파수 스윕(혹은 처프)을 경험하는 오실레이터(2)로부터의 무선 주파수 출력을 생성한다. 믹서(4)의 LO 포트로의 입력(도 2에서의 실선(10))은 안테나(8)에 의해 발신되는 주파수의 전형을 나타내고, 믹서(4)의 RF 포트로의 입력(도 2에서의 점선)은 안테나(8)에 의해 수신된 주파수를 표시하고 있다. 믹서(4)는 그 후 LO 포트 입력 및 RF 포트 입 력 사이의 주파수 차를 의미하는 IF 출력(도 2에서 차이(14)로서 표시된)을 생성한다. 안테나(8)에 의해 발신된 주파수는 선형으로 증가 혹은 감소하기 때문에, 각 시간(t)(도 2 참조)에서의 안테나에 의해 발신된 주파수(f_t) 및 안테나에 의해 수신된 주파수(f_r) 사이의 차이는 발신된 신호가 타겟 혹은 지상에 도달하여 반사되어 다시 안테나로 되돌아오는데 걸린 시간 간격(δt)과 직접적으로 선형으로 관련되어 있는데, 즉, 안테나의 거리, 즉, 지상위로 안테나를 이송하는 발사체의 거리와 관련되어 있다.

믹서로부터의 IF 출력의 주파수는 주파수 스윕율(Hz/s)(발신된 신호의 주파수가 시간에 따라 변하는 정도) 및 왕복시간(발신 신호가 안테나로부터 지상 혹은 타겟으로 그리고 다시 안테나로 되돌아 오는데 걸리는 시간)의 곱에 직접 비례한다. 왕복시간은 광속으로 나눈 안테나의 유효거리(유효거리는 안테나와 지상 혹은 타겟 사이의 거리이다)의 2배와 동일하다. 믹서(4)로부터의 중간 주파수 출력을 알고 있다면:

R = cSf/2d 이고

여기에서,

R = 유효거리(m)

c = 광속(ms^-1)

S = 스윕 시간(s), 즉, f₁으로부터 f₂ 혹은 그 역으로 스위핑(sweep)하는 시간

f = 중간 주파수(Hz)

d = 처프 편차(chirp deviation) 이다.

따라서, 만약 유효 거리(R)에서 그 탄두를 활성화하도록 발사체가 설정되어 있다면, 믹서(4)로부터의 중간 신호의 비교 대상이 되는 참조 신호는 f에 대한 대응값이다.

발사체가 타겟 혹은 지상으로 다가갈 때, 에코 신호가 수신되는데 걸리는 시간(도 2에서 δt)은 감소되고, 발신 신호(실선) 및 에코 신호(점선)의 주파수의 도 2에서의 궤적은 서로 가까워지도록 이동할 것이다. 따라서, 발사체가 타겟 혹은 지상에 접근하면, 믹서(4)에 의해 생성되는 중간 주파수 신호의 주파수는 보다 작게 될 것이다. 중간 주파수가 앞에서 계산된 바와 같은, 탄두가 활성화되는 유효거리(R)에 대응하는 참조 주파수(f)와 동일하면, 중간 주파수 신호에 응답하는 신호 처리 수단은 탄두를 활성화하는 활성화 신호를 생성한다.

본 발명에 따른 송수신기는 발신 신호의 주파수 및 반사 신호의 주파수를 비교하고, 반사 신호의 진폭에 의존하여 유효거리를 결정하는 것이 아니기 때문에 가변적인 지상 반사율 문제를 피한다. 본 시스템은 시스템이 제대로 작동하기 위해 감지 가능한 에코 신호가 있어야만 하는 정도로만 에코 신호의 진폭에 의존하지만, 그러나 이 것은 최악의 경우를 대비하기 위한 시스템의 설계 문제이다.

도 3에 도시된 바와 같은 분기라인 결합기(6)는 방향성이고, 4개의 포트를 갖고 적어도 3dB의 전력 분할을 제공한다. 또한, 이 것은 발사체내의 작은 공간에 다른 부품과 함께 위치되어야만 할 때, 인접한 다른 부품에 대해 상대적으로 영향 을 덜 받고, 작은 공간을 차지한다.(바람직하게는 30mm 보다 작은 직경). 결합기(6)는 2.45GHz의 주파수에서 100MHz의 유효거리에 대해 적어도 -15dB 이상의 반사 감쇠량 및 아이솔레이션을 갖고서 동작한다.

분기라인 결합기(6)는 1/4 파장 만큼 이격된 2개의 1/4 파장 분기라인(20, 22)에 의해 크로스 연결된(cross-connected) 2개의 평행 발신 라인(16, 18)으로 구성되어 있다. 결합기(6)의 이와 같은 발신 및 분기 라인은 2 부분의 지반면 기판(도 8에서의 (34, 36)) 사이에 위치되어 통상적인 방법으로 스트립 선로 구조체(stripline structure)를 형성한다. 결합기(6)의 4개의 포트 중 임의의 것으로 입력된 전력은 결합기(6)가 정확하게 종료되었을 때, 2 개로 분할되어 대향된 2개의 포트에서 1/4만큼의 위상차가 나타나고, 인접한 포트는 출력을 수신하지 않는다. 예를 들면, 결합기(6)의 포트 1로 입력된 신호는 분기점(24)에서 2개로 분할되어 포트 2와 포트 3에 나타나고, 포트 3에서는 포트 2의 출력에 대해 λ_g/4 만큼의 딜레이가 있고, 포트 4에서는 어떠한 출력도 수신되지 않는다. 결합기(6)의 입력 임피던스는 50 Ω으로 하였고, 그 모델화된 출력이 도 4에 도시되어 있는데, 여기에는 포트 1에 입력된 신호의 주파수에 대한 포트 1 내지 포트 4의 출력 전력의 변화가 도시되어 있다. 결합기(6)에 필요한 3dB 분할이 적절한 대역폭에 걸쳐 달성되었음을 알 수 있다.

도 5에 도시된 결합기(6')가 변형예로서 사용될 수 있다. 결합기(6')는 공간을 절약할 수 있는 링 형태로 형성되었다는 점을 제외하면, 도 3에 도시된 결합 기(6)와 등가물이다.

도 6은 도 5와 관련하여 설명한 바와 같은 링 결합기(6')을 사용하는 도 1의 송수신기와 유사한 송수신기(동일 부품에는 동일 부호를 부여함)를 도시하고 있다. 믹서(4)는 ST OLECTRON CORP 사의 CDB-9025 유형이고, 오실레이터(2)는 MODCO 사의 MV-146 이다. 오실레이터(2) 및 믹서(4)를 위한 적절한 공간이, 도 7에 상세한 레이아웃이 도시되어 있는 바와 같이, 공간을 절약하기 위해 링 결합기(6')의 테두리 내부에서 발견되어졌다(동일 부호가 동일 부품을 표시하고 있다). 결합기(6')는 2개의 지반면 기판(34, 36) 사이에 위치되고, 오실레이터(2) 및 믹서(4)는 도 8에 개략적으로 도시된 바와 같이, 이러한 기판들 중 하나의 상부에 안착될 것이다.

도 8은 발사체의 노우즈 부(26)에 위치된 도 7의 송수신기 장치를 사용하는 근접 퓨즈를 도시하고 있다. 노우즈부(26)는 탄두를 갖고 있는 발사체의 나머지 부분(도시되지 않음)에 결합될 수 있다. 노우즈(26)는 퓨즈에 전력을 공급하기 위한 배터리(28), 제어용 전자부품(30), 수신 전자부품(32) 및 안테나(8)를 포함한 도 7의 송수신기 장치를 수용한다. 제어 전자부품(30)은 전압 제어 오실레이터(2)를 구동하기 위해 사용되는 삼각 전압 파형을 생성한다. 수신 전자부품은 도 7의 송수신기 장치에 의해 생성된 IF 신호를 수신하고 이 것을 발사체의 탄두가 폭발 혹은 활성화될 지상으로부터의 거리에 대응하는 소정의 중간 주파수 값과 비교한다. 도 7의 송수신기 장치에 의해 생성된 IF 주파수가 소정의 중간 주파수 값과 동일하면, 수신 전자부품은 탄두의 탄약을 활성화 하기 위해 사용되는 활성화 신호를 생성한다. 소정의 중간 주파수 값은 각각의 응용시의 서로 다른 활성화 높이에 대응하는 서로 다른 크기로 설정될 것이다.

활성화 신호가 생성되는 중간 주파수를 예를 들면 동조 가능 필터(tunable filter)(도시되지 않음)를 사용하는 조절 메커니즘에 의해 조절될 수 있게 하는 것도 가능하다. 그러나, 퓨즈가 탄두를 활성화하는 유효거리를 변화시키기 위한 보다 간단한 방법은 안테나에 의해 발신되는 가변 주파수 신호의 스윕 시간(10 페이지의 방정식에서의 S)을 변화시키고 퓨즈가 탄두를 활성화하는 중간 주파수를 일정하게 유지시키는 것이다.

고정 중간 주파수(f)에 대해, 스윕 시간(S)은 퓨즈가 탄두를 활성화하는 유효거리에 비례할 것이다. 따라서, 보다 긴 유효거리에 대해서는 스윕 시간은 증가될 수 있고, 보다 짧은 유효거리에 대해서 스윕 시간은 감소될 수 있다.

오실레이터(2) 및 믹서(4)는 링 결합기(6')를 그 사이에 위치시키고 있는 2개의 지반면 기판(34, 36) 중 하나에 설치된다. 안테나(8)는 비행중인 탄약의 고도에 상관없이 그리고 요동 조건하에서 신뢰성있게 지면을 감지하기 위해 적어도 반구형상의 커버를 제공한다.

구동 전압에 대한 오실레이터(2)의 출력의 주파수 변화는 5V에서 약 2.4GHz로부터 10V에서 2.7GHz로 주파수가 동조된다. 5V 내지 7V까지의 범위는 관심 대상의 주파수 대역에 적절히 대응하는 것이고, 이 범위 내에서의 동조 감도는 약 볼트 당 90MHz 정도이다. 5V 내지 7V 범위의 오실레이터(2)의 주파수 출력의 선형은 약 20%의 피크 대 피크로서 본 출원에 적절하다.

상술한 근접 퓨즈는 큰 폭발 및 발연전을 위한 3m 내지 15m 사이의 폭발 범 위에 대해 사용될 수 있고, 조명 및 암흑전 및 수송전을 위한 약 80m 정도의 범위에서도 사용될 수 있다.

수신 신호가 스윕 시간의 2배보다 큰 시간 간격(즉, 처프를 생성하기 위해 사용된 삼각 파형의 단일 기간보다 큰)에 의해 발신 신호로부터 분리되는 보다 긴 거리에 대해서는, 본 발명에 따른 퓨즈는 펄스 모드로 동작하는 것이 바람직하다. 펄스 모드에서, 그 에코 신호가 수신될 때까지 rf 신호의 펄스가 안테나로부터 발신되는데 걸리는 시간은 발사체와 지면 사이의 거리를 결정하는데 사용될 수 있다. 연속 펄스에 대한 시간 딜레이의 상대적인 변화는 수직 방향, 즉, 지면에 대한 수직방향으로의 발사체의 속도를 결정하는데 사용될 수 있다. 펄스 폭은 약 2 내지 3 마이크로초 정도로 짧을 수 있으며, 이 것은 약 500m 의 유효거리에 대해 작용하는 것이 된다. 보다 가까운 유효거리에서는 발신 펄스 와 수신 펄스를 구분하기가 불가능하게 될 것이다. 예를 들면 10개의 일련의 펄스가 발신 및 수신될 수 있고, 그 다음, 신호의 발신은 측정된 거리 및 속도에 따라 결정되는 기간동안 탄약이 지면에 보다 가까이 될 때까지 중단될 수 있다. 사전에 계산된 유효거리 및 속도에 따라 결정되는 시간 딜레이 후 발사체가 지면에 충분히 가깝게 되었을 때, 무선 주파수 신호의 발신은 다시 시작되고 퓨즈 장치는 타겟 상방의 소정의 높이에서 탄약을 폭발시키기 위해 중간 주파수 모드(즉, 도 1 내지 도 8과 관련하여 상술한 바와 같은)로 동작될 수 있다. 어떤 기간동안 발신을 중단하는 것은 대 방해 작용을 돕게 될 것이다.

도 8에 도시된 제어 전자부품(30)은 근접 퓨즈를 켜고 끄는 것과, 보다 긴 유효거리에서의 펄스 동작 모드와 보다 짧은 유효거리에서의 주파수 변화 동작 모드 사이에서의 전환을 위한 타이머를 포함할 수 있다. 펄스 모드에서, 제어 전자부품은 연속된 펄스를 발신 및 수신하는 시간으로서 타겟 혹은 지면으로부터의 퓨즈의 유효거리를 알아내는데 사용될 수 있다.

Claims

근접 퓨즈에 있어서,

가변 주파수를 갖는 연속 무선 주파수 신호(LO)를 생성하기 위한 오실레이터(2),

(ⅰ) 상기 연속 무선 주파수 신호(LO)를 발신하고, (ⅱ) 상기 연속 무선 주파수 신호(LO)의 동시 수신 에코 신호(RF)를 수신하기 위한 안테나(8),

(ⅰ) 상기 발신된 연속 무선 주파수(LO)의 일부를, 상기 연속 주파수 신호(LO)의 초기 발신된 일부의 에코인, 동시 수신 에코 신호(RF)의 일부와 혼합하고, (ⅱ) 상기 발신된 연속 무선 주파수 신호(LO)의 혼합된 부분의 주파수(f_t)와, 상기 연속 무선 주파수 신호(LO)의 초기 발신된 일부의 동시 수신된 에코 신호(RF)의 혼합된 부분의 주파수(f_r)의 차이(f_t- f_r)에 대응하는 중간 주파수 신호(IF)를 포함하는 유효거리 신호를 생성하는 믹서(4)를 포함하는 신호 처리장치,

(ⅰ) 상기 유효거리 신호(IF)를 탄두가 활성화되는 유효거리(R)에 대응하는 참조 주파수(f)와 비교하고, (ⅱ) 상기 유효거리 신호(IF)와 상기 참조 주파수(f)의 비교 결과에 따라 탄두를 활성화하기 위한 활성화 신호를 생성하는 수단, 및

(ⅰ) 상기 오실레이터(2)로부터의 연속 무선 주파수의 일부분을 상기 안테나(8)에 결합하고, (ⅱ) 상기 오실레이터(2)로부터의 연속 무선 주파수의 다른 일부분을 상기 믹서(4)에 결합하고, (ⅲ) 상기 안테나(8)로부터의 동시 수신된 에코 신호(RF)를 상기 믹서(4)에 결합하는 방향성 결합기(6)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 퓨즈.
제1항에 있어서,

상기 활성화 신호의 시간은, 상기 연속 무선 주파수 신호(LO)의 스윕(sweep) 시간을 변화시키고, 참조 주파수(f)를 일정하게 유지시킴으로써, 변화되는 것을 특징으로 하는 근접 퓨즈.
제2항에 있어서,

상기 유효거리(R)는 식 R = cSf/2d 에 의하여 결정되고,

여기에서, R = 유효거리(m), c = 광속(ms^-1), S = f₁과 f₂사이의 스윕 시간(s), f = 중간 주파수(Hz), d = 처프 편차(chirp deviation) 인 것을 특징으로 하는 근접 퓨즈.
제1항에 있어서,

상기 무선 주파수 신호는 선형으로 변하는 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 근접 퓨즈.
제1항에 있어서,

상기 오실레이터는 전압 제어 오실레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 퓨즈.
제5항에 있어서,

상기 퓨즈는 상기 전압 제어 오실레이터를 구동하기 위한 선형 삼각 파형 전압을 생성하기 위한 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 퓨즈.
제1항에 있어서,

상기 방향성 결합기는 4개의 포트를 포함하는 1/4 파장 분기라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 퓨즈.
제7항에 있어서,

상기 오실레이터 및 상기 믹서는 상기 분기 라인 결합기의 1/4 파장 발신 라인에 의해 경계지어진 영역 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 근접 퓨즈.
제1항에 있어서,

상기 퓨즈는 펄스 무선 주파수 신호를 발신하기 위해 펄스 모드에서 동작하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 근접 퓨즈.
제9항에 있어서,

상기 퓨즈는 펄스 동작 모드와 가변 주파수 동작 모드 사이에서 전환하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 퓨즈.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 근접 퓨즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브 발사식 발사체.