NL8501616A

NL8501616A - Inrichting voor het bepalen van de rotatiestand van een om haar lengteas roterend voorwerp.

Info

Publication number: NL8501616A
Application number: NL8501616A
Authority: NL
Original assignee: Hollandse Signaalapparaten Bv
Priority date: 1985-06-05
Filing date: 1985-06-05
Publication date: 1987-01-02

Description

; *

Inrichting voor het bepalen van de rotatiestand van een om haar lengteas roterend voorwerp.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het bepalen van de rotatiestand van een om haar lengteas roterend 5 voorwerp, alsmede een daarop afgestemde inrichting voor het uitvoeren van een correctie bij een dergelijk voorwerp en een daarbij toe te passen voorwerp.

Een dergelijke inrichting is slechts bekend met betrekking tot een voorwerp, waarbij een daarop aangebrachte positieindicator 10 duidelijk op het voorwerp te localiseren is. Dit betreft dus doorgaans voorwerpen, welke zich in de directe nabijheid van de meetplaats met de genoemde inrichting bevinden.

Een dergelijke inrichting is evenwel niet toepasbaar met betrekking tot een ver verwijderd voorwerp, daar een daarop aan-15 gebrachte positieindicator niet meer op het voorwerp te localiseren valt. Bij afgeschoten projectielen, zoals granaten, wordt het dikwijls wenselijk geacht de koers tijdens de vlucht bij te stellen. Haar aangezien een granaat in de ruimte een rotatiebeweging om haar as uitvoert, is bijstelling van de koers ervan met daartoe 20 aangebrachte koerskorrektiemiddelen slechts zinvol indien men op willekeurig tijdstip de bijbehorende rotatiestand of rolstand goed kent. De daarbij in aanmerking komende koerskorrektiemiddelen zijn bij voorkeur gebaseerd op principes uit de aërodynamica, de chemie, de gastheorie en de dynamica. Daarbij valt te denken aan het naar 25 buiten brengen van remvinnen of - vlakken op het omtreksvlak van het projectiel, het tot explosie brengen van kleine ladingen op het projectiel, en het uitstoten van een kleine gasmassa vanuit het projectiel.

De uitvinding beoogt het probleem met betrekking tot het 30 bepalen van de rotatie- of rolstand van een ver verwijderd voorwerp tot een oplossing te brengen.

De uitvinding is gebaseerd op de gedachte dat door een projectiel te voorzien van polarisatieafhankelijke reflectiemiddelen, en deze aan te stralen met, volgens een voorkeursrichting gepolari-35 seerde, electromagnetische straling, in de gereflecteerde straling 850 1β 1 β ί - 2 - een amplitudemodulatie valt te herkennen, waarvan de modulatie" frequentie een functie is van de omwentelingssnelheid van het projectiel.

Overeenkomstig de uitvinding is de in de aanhef omschreven 5 inrichting voorzien van instelbare frequentiemiddelen voor het, aan de hand van een signaal, verkregen uit de door het voorwerp gereflecteerde straling, genereren van een signaalfrequentie gelijk aan de halve modulatiefrequentie van de, op de gereflecteerde straling betrekking hebbende intensiteitsvariatie, waartoe gebruik wordt 10 gemaakt van doelvolgmiddelen, welke ingericht zijn voor het genereren van, volgens een voorkeursrichting gepolariseerde straling en waar" toe genoemd voorwerp is voorzien van polarisatieafhankelijke reflectiemiddelen.

De uitvinding zal nu aan de hand van bijgaande figuren 15 nader worden toegelicht, waarvan

Fig. 1A de onderzijde toont van het bij de uitvinding toe te passen projectiel;

Fig. 1B een zijaanzicht van een gedeelte van het in Fig. 1A genoemde projectiel weergeeft; 20 Fig. 2A een grafische voorstelling toont van het tijds afhankelijke verloop van de amplitude van de door het projectiel gereflecteerde straling, en

Fig. 2B de daarbij mogelijk voorkomende functies van de positie van de polarisatieafhankelijke reflectiemiddelen op het 25 projectiel weergeven;

Fig. 3 een uitvoeringsvorm weergeeft van een inrichting voor het bepalen van de rolstand van het projectiel; en

Fig. 4 een gewijzigde uitvoeringsvorm van een gedeelte van een inrichting voor het bepalen van de rolstand van het projec-30 tiel weergeeft.

In fig. 1A is de onder- of achterzijde 1 van een projectiel weergegeven, waarvan de rol- of rotatiestand bij een rotatie-beweging om de lengteas 2 (loodrecht op de onderzijde 1) dient te worden bepaaLd. In de onderzijde 1 zijn polarisatieafhankelijke 35 refLectiemiddelen 3 aangebracht; bij voorkeur kunnen deze reflectie- 8501616 - 3 - middelen 3 als een sleuven- of groevenstelsel worden uitgevoerd, waarbij de dimensionering wordt bepaald door de golflengte van de toe te passen gepolariseerde straling. Een sleuven- of groevenstelsel kan een enkele of meerdere evenwijdige sleuven of groeven 5 4A-4N omvatten. Wordt nu dit projectiel in zijn vlucht aan de achterzijde met gepolariseerde electromagnetische energie aangestraald en bezit, zoals in fig. 1B is weergegeven, elk van de sleuven of groeven 4A-4N een diepte welke tennaastebij 1/4 van de golflengte van de gepolariseerde electromagnetische energie bedraagt, 10 dan zal de intensiteit van de gereflecteerde straling afhankelijk zijn van de rotatie- of rolstand van het projectiel. Is de rotatiestand van het projectiel zodanig, dat het sleuven- of groevenstelsel evenwijdig gericht is aan de polarisatieinrichting van de electromagnetische straling, dan dringt deze straling niet door tot de 15 bodem 5 van het sleuven- of groevenstelsel. De aanwezigheid van de sleuven of groeven 4A-4N heeft derhalve geen invloed op de grootte van het reflecterend oppervlak aan de achterzijde 1 en derhalve evenmin op de intensiteit van de gereflecteerde straling.

Is de rolstand van het projectiel 90° verder gedraaid, ! 20 d.w.z. zijn de sleuven of groeven 4A-4N loodrecht gericht op de polarisatierichting van de electromagnetische straling, dan dringt deze straling wel door tot op de bodem van deze sleuven of --groeven 4A-4N. Door de daarbij optredende weglengtetoename van £λ, zal de tegen de bodem 5 van de sleuven of groeven 4A-4N gereflec-25 teerde straling in tegenfase zijn met de aan het oppervlak van de achterzijde 1 gereflecteerde straling, zodat er een maximale uitdoving van de straling zal plaatsvinden, en er een minimale intensiteit van de gereflecteerde straling zal worden vastgesteld.

Er doet zich tijdens één volledige omwenteling van het projectiel 30 twee maal deze situatie voor waarbij het sleuvenstelsel loodrecht gericht is op de polarisatierichting, zodat er twee maal een minimale intensiteit van de gereflecteerde straling zal worden vastgesteld. De intensiteit van de gereflecteerde straling laat zich derhalve voorstellen door een periodieke functie met een periode-35 tijd, welke de helft bedraagt van de omwentelingstijd van het 8501616 - 4 - projectiel.. Filtering van de uit de gereflecteerde energie verkregen spanning levert derhalve een sinusfunctie op met een hoek-frequentie (ωρο)0, welke twee maal 20 groot is als die, welke behoort bij de functie, welke de rotpositie van het projectiel 5 representeert. Daar evenwel bij elke stand van de polarisatie-afhankelijke reflectiemiddelen 3 een tweetal rotposities van het projectiel behoren, welke 180° van elkaar verschillen, is in fig. 2A een grafische voorstelling gegeven van de functie 6, welke de intensiteit I(t) van de door de achterzijde 1 van het projectiel 10 verkregen straling als functie van de tijd weergeeft, alsmede in Fig. 2B de twee functies 7 en· 8, welke de beide daarbij mogelijke tijdsafhankelijke rotposities van cp^lt) en q^Ct) van de op het projectiel aanwezige koerscorrectiemiddelen weergeven, waarbij eenvoudigheidshalve een eventueel positieverschil tussen de koers-15 korrektiemiddelen en het sleuven- of groevenstelsel, beide geprojecteerd op de achterzijde 1, buiten beschouwing wordt gelaten.

De in fig. 3 en 4 weergegeven inrichtingen zijn bestemd om aan de hand van de ontvangen, gereflecteerde straling, de rotpositie van de koerskorrektiemiddelen volgens één der beide mogelijke 20 functies 7 en 8 vast te stellen, waarna aan de hand van een korrektie-beproeving uitsluitsel kan worden verkregen of de door de inrichting aangegeven positiefunctie de correcte is.

Een eerste uitvoeringsvorm van de hiertoe bestemde inrichting is in fig. 3 weergegeven. In deze figuur zijn eerste doelvolg-25 middelen 9 opgenomen, welke zijn ingericht voor het middels een smalle bundel uitzenden en ontvangen van kortgolvige, gepulste, lineair gepolariseerde straling; bij voorbeeld kan daarbij gebruik worden gemaakt van een monopuls radarvolgapparaat, dat werkzaam is in de K-band of van gepulste laservolgmiddelen, welke werkzaam zijn 30 in het verre infrarood-gebied.

Bij toepassing van radar met een golflengte van bijvoorbeeld 8 mm kan de dimensionering van het sleuvenstelsel op 2 mm worden aangehouden, terwijl bij toepassing van een Laser met een golflengte van bijvoorbeeld 0,1 mm de dimensionering van het groeven 8501616 - 5 - stelsel op 0,025 mm kan worden gehouden. Daarbij kan voorts gebruik van een geëtst oppervlak of van een deklaag met polarisatie-afhankelijke reflectie worden overwogen.

Het met de eerste doelvolgmiddelen 9 ontvangen pulsvormige 5 echosignaal wordt met behulp van een bemonstering- en houdschakeling 10 en daarop volgende fiItermiddelen 11 omgezet in een sinusvormig signaal, waarvan de frequentie (ωρ0^) de modulatie in de intensiteit volgt van het ontvangen echosignaal. Met behulp van het, met de fiItermiddelen 11 verkregen uitgangssignaal worden instelbare 10 frequentiemiddelen 12 op een frequentie nagestuurd, welke de vereiste faktor 2 kleiner is dan de frequentie ωρο^, en derhalve een sinusvormig signaal zal voortbrengen met een frequentie, welke gelijk is aan de rotatiefrequentie van het projectiel in zijn vlucht.

De in deze figuur weergegeven uitvoeringsvorm van instel-15 bare frequentiemiddelen 12 omvat hiertoe een met het gefilterde signaal te voeden tweede Ier 13, een spanningsgestuurde oscillator (VCO) 14, een met de uitgangssignalen van de tweedeler 13 en de VCO 14 te sturen fasegevoelige detector 15, welke onder gebruikmaking van een loopfilter 16 de instelspanning Levert voor de VCO 14.

20 Daar door de VCO 14 een signaal wordt afgegeven dat hetzij in fase, hetzij uit fase is met de, in de tijd variërende omwentelings-positie van de, op het projectiel aanwezige koerskorrektiemiddelen, kan de inrichting nog worden voorzien van op de instelbare frequen-tiemiddelen aangesloten inschakelbare fasekorrektiemiddelen 17 ter 25 verkrijging van een benodigde fasekorrectie van 180°. Met behulp van een daarin opgenomen schakelmiddel 18 kunnen de fasekorrektiemiddelen 17 hetzij het VCO-uitgangssignaal ongewijzigd hetzij een met het VCO-uitgangssignaal in tegenfase verkerend uitgangssignaal genereren.

30 Indien aangenomen wordt, dat het uitgangssignaal van de fasekorrektiemiddelen 17 in fase is met genoemde omwentelingspositie van de polarisatieafhankelijke reflectiemiddelen 3 en rekening houdend met de relatieve positie van de koerskorrektiemiddelen ten opzichte van deze polarisatie-afhankelijke reflectiemiddelen 3, 35 kan een rekeneenheid 19 bij toevoer van het uitgangssignaal van deze 8501616

• V

- 6 - fasekorrektiemiddelen 17 alsmede aan de hand van, met tweede doel-volgmiddelen 20 verkregen positiegegevens van het projectiel bepalen op welk tijdstip en met welke werkingsgraad de koerskorrektiemiddelen van het projectiel bekrachtigd moeten worden om de gewenste 5 koerskorrektie te verkrijgen. Het is daarbij mogelijk de eerste doel-volgmiddelen 9 tevens te gebruiken als tweede doelvolgmiddelen 20.

Op genoemd tijdstip dient dan de door de rekeneenheid 19 geproduceerde informatie omtrent de werkingsgraad met behulp van een eenvoudige zendeenheid 21 naar een daarop afgestemde eveneens eenvoudige 10 ontvangeenheid van het projectiel te worden gezonden, aan de hand waarvan de koerskorrektiemiddelen in de juiste mate kunnen worden geactiveerd. Om evenwel na te gaan of de daarbij aangenomen schakel-stand van de fasekorrektiemiddelen 17 korrekt is, dient een proef-korrektie met de koerskorrektiemiddelen te worden ondernomen.

15 Bij een willekeurig gekozen stand van de fasekorrektiemiddelen 17 (bijvoorbeeld als weergegeven is in de figuur) bepaalt de rekeneenheid 19 een tijdstip waarop de koerskorrektiemiddelen een geringe proefkorrektie moeten uitvoeren. Nadat op dat tijdstip het bevel tot koerskorrektie door de zendeenheid 21 is uitgezonden, door de 20 ontvangeenheid van het projectiel is ontvangen, en vervolgens is uitgevoerd, wordt met behulp van de door de tweede doelvolgmiddelen 20 ontvangen gegevens omtrent de uitgevoerde koerswijziging door de rekeneenheid 19 vastgesteld of de koersdeviatie kleiner of groter is geworden. Is de koersdeviatie kleiner, dan verkeert het 25 schakelmiddel in de juiste stand, is daarentegen de koersdeviatie groter geworden, dan dient de rekeneenheid 19 een stuursignaal S af te geven, met behulp waarvan het schakelmiddel 18 naar zijn andere stand omklapt en daarmee de juiste omwentelingspositie van de polarisatie-afhankelijke reflectiemiddelen beschrijft.

30 Aan de hand van de met de tweede doelvolgmiddelen 20 na de proefkorrektie te verkrijgen positiegegevens van het projectiel kan de rekeneenheid 19 het juiste tijdstip en de werkingsgraad ten behoeve van de koerskorrektiemiddelen berekenen.

De ontvangeenheid in het projectiel dient evenwel te zijn 35 ingericht om een voor dit projectiel bestemd signaal te onderscheiden 8501616 - 7 - van signalen, welke voor een ander projectiel (of projectielen) zijn bestemd. Dit kan geschieden door de informatie naar dat projectiel te verzenden onder gebruikmaking van een speciale, op dat projectiel afgestemde code of draaggolffrequentie.

ί 5 Tevens dient de ontvangeenheid van het projectiel ingericht te zijn i om vast te stellen of het een proefkorrektie, dan wel een definitieve korrektie betreft. Door wel een activeringssignaal voor de koers-korrektiemiddelen naar het projectiel over te zenden, maar geen informatie omtrent de werkingsgraad van de koerskorrektiemiddelen, 10 verkrijgt men reeds op eenvoudige wijze het onderscheid of het hier om een proefkorrektie dan wel om een definitieve korrektie van de koers gaat. De ontvangeenheid dient derhalve te zijn voorzien van een decodeur, welke de informatie uit het gedetecteerde signaal krijgt toegevoerd en welke afhankelijk van die informatie een signaal 15 genereert met behulp waarvan één of meerdere eenheden van de koerskorrektiemiddelen worden aangestuurd.

Fig. 4 geeft een gewijzigde uitvoeringsvorm van de instelbare frequentiemiddelen 12 voor een inrichting voor het bepalen van de rolstand weer, waarbij de frequentiedeler 13 niet direct achter 20 de filtermiddelen 11, doch voor of na de fasekorrektiemiddelen 17 is opgenomen. Daar de fasegevoelige detector 15 door het VC0-uitgangssignaal en het van de doelvolgmiddelen 9 afkomstige uitgangssignaal wordt gevoed, en de uitgangsspanning van detector 15 via loopfilter 16 de VCO 14 wordt toegevoerd, wordt de VCO 14 op de 25 frequentie ωρο^ ingesteld en wordt in de toevoerleiding naar de rekeneenheid 19 de vereiste frequentiede ling uitgevoerd. Deze uitvoeringsvorm is in vergelijking met die van fig. 3 minder gevoelig voor ruis. De inschakelbare fasekorrektiemiddelen kunnen evenwel uit de genoemde inrichting achterwege worden gelaten, mits de informatie, 30 dat de frequentiemiddelen een in-fase, dan wel een uit-fase signaal genereren, wordt bijgehouden in de rekeneenheid.

Het is verder nog mogeliik de proefkorrektie geheel achterwege te laten. Dit houdt wel in dat slechts gemiddeld 50% van de afgevuurde projectielen de juiste korrektie zal uitvoeren.

8501616 “ 8 -

Kunnen er meerdere projectielen tegelijk met de doelvolg·" middelen geobserveerd worden, dan dient per projectiel instelbare frequentiemiddelen 12 (met eventueel fasekorrektiemiddelen 17) aanwezig te zijn, welke dan onder gebruikmaking van schakelmiddelen 5 van de nodige informatie kan worden voorzien, en waarvoor de informatie, eveneens onder gebruikmaking van schakelmiddelen, door de rekeneenheid kan worden opgevraagd.

8501616

Claims

1. Inrichting voor het bepalen van de rotatiestand van een om haar lengteas roterend voorwerp, met het kenmerk, dat de inrichting is voorzien van instelbare frequentiemiddelen voor het, 5 aan de hand van een signaal, verkregen uit de door het voorwerp gereflecteerde straling, genereren van een signaalfrequentie, gelijk aan de halve modulatiefrequentie van de, op de gereflecteerde straling betrekking hebbende intensiteitsvariatie, waartoe gebruik wordt gemaakt van doelvolgmiddelen, welke ingericht zijn voor het genereren 10 van, volgens een voorkeursrichting gepolariseerde straling en waartoe genoemd voorwerp is voorzien van polarisatie-afhankelijke reflectie-middelen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de inrichting is voorzien van, op genoemde frequentiemiddelen aange- 15 sloten inschakelbare fasekorrektiemiddelen.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de instelbare frequentiemiddelen zijn voorzien van een, op genoemde doelvolgmiddelen aangesloten frequentiedeler, een spannings-afhankelijke oscillator, een loopfilter en een op de frequentiedeler 20 en de oscillator aangesloten fasegevoelige detector ter verkrijging van een instelspanning;'welke via het loopfilter de genoemde oscillator wordt'toegevoerd.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de instelbare frequentiemiddelen zijn voorzien van een spanningsafhanke- 25 lijke oscillator, een loopfilter, een op de oscillator en de doelvolgmiddelen aangesloten fasegevoelige detector ter verkrijging van een instelspanning, welke via het Loopfilter genoemde oscillator wordt toegevoerd, en een op de oscillator aangesloten frequentiedeler.

5. Projectiel, dat geschikt is voor het uitvoeren van een 30 rotatiebeweging om haar lengteas, met het kenmerk, dat de van de vluchtrichting afgekeerde zijde van het projectiel is voorzien van polarisatie-afhankelijke reflectiemiddelen. 8501616 ψ ν - 10 -

6. Projectiel volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat ter verkrijging van genoemde reflectiemiddelen de afgekeerde zijde van het projectiel is voorzien van een sleuven- of groevenstelsel.

7. Projectiel volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het 5 projectiel is voorzien van een ontvangeenheid voor het detecteren van informatie met betrekking tot het activeren van in het projectiel aanwezige koerskorrektiemiddelen.

8. Inrichting te gebruiken voor het uitvoeren van een koerswijziging bij een om haar lengteas roterend voorwerp, dat voorzien 10 is van koerskorrektiemiddelen, met het kenmerk, dat de inrichting is voorzien van: - instelbare frequentiemiddelen voor het aan de hand van een signaal, verkregen uit de door het voorwerp gereflecteerde straling, genereren van een signaalfrequentie, gelijk aan de halve modulatie- 15 frequentie van de, op de gereflecteerde straling betrekking hebbende intensiteitsvariatie, waartoe gebruik wordt gemaakt van (eerste) doelvolgmiddelen, welke ingericht zijn voor het genereren van, volgens een voorkeursrichting gepolariseerde straling en waartoe genoemd voorwerp isvoorzien van polarisatie-afhankelijke reflectie- 20 middelen; - een rekeneenheid voor het aan de hand van, met (tweede) doelvolgmiddelen verkregen positie- en koersgegevens van het voorwerp, bepalen van een tijdstip en hoedanigheid met betrekking tot de koerswijziging van het voorwerp; en 25. een zendeenheid voor het op genoemd tijdstip uitzenden van koers-wijzigingsinformatie, waartoe het projectiel nog dient te zijn voorzien van een daarop afgestemde ontvangeenheid voor het detecteren van informatie met betrekking tot het activeren van de koerskorrektiemiddelen. 30

9. Inrichting volgens conclusie 8, me·; het kenmerk, dat de tweede doelvolgmiddelen worden gerepresenteerd door de eerste doelvolgmiddelen. 8501616