NL8900118A

NL8900118A - Systeem voor het bepalen van de rotatiestand van een om een as roteerbaar voorwerp.

Info

Publication number: NL8900118A
Application number: NL8900118A
Authority: NL
Original assignee: Hollandse Signaalapparaten Bv
Priority date: 1988-05-09
Filing date: 1989-01-19
Publication date: 1989-12-01
Also published as: DE68908283D1; NO175955C; ES2042970T3; US4967981A; PT90487B; IN172423B; PT90487A; EP0345836A1; AU614612B2; CA1326283C; DE68908283T2; EP0345836B1; JP2769187B2; NO175955B; NO891873D0; NO891873L; JPH01318896A; AU3456689A

Description

* *

Systeem voor het bepalen van de rotatiestand van een om een as roteerbaar voorwerp. ________

De uitvinding heeft betrekking op een systeem voor het bepalen van 5 de rotatiestand van een om een as roteerbaar voorwerp.

Veelal betreft het voorwerp een projectiel waarvan de koers moet worden gecorrigeerd om een bepaald doel te treffen.

Dergelijke systemen worden onder meer beschreven in de Nederlandse 10 octrooiaanvragen 8600710 en 8801203. Hierbij wordt tenminste één gepolariseerde draaggolf uitgezonden door een zendantenne-inrichting in samenwerking met een daaraan gekoppelde zendinrichting. Het voorwerp is uitgerust met een polarisatiegevoelige ontvangantenne-inrichting en een daaraan gekoppelde ontvanginrichting. Het systeem 15 is hierbij dusdanig ingericht dat de rotatiestand van het voorwerp ten opzichte van de zendantenne-inrichting wordt gemeten. De oriëntatie van de zendantenne-inrichting fungeert hier derhalve a.ls referentie. Hiertoe draagt men er zorg voor dat de gepolariseerde draaggolf aanwezig is rondom het voorwerp. Voor het belichten van 20 het voorwerp wordt veelal een zgn. pencil-beam gebruikt. Indien één gepolariseerde draaggolf wordt uitgezonden kan de rotatiestand van het voorwerp worden bepaald met een onzekerheid van 180°. Indien het noodzakelijk is om de 180° onzekerheid te elimineren zijn verschillende methoden bekend. In de genoemde Nederlandse octrooiaan-25 vragen worden enkele methoden besproken. De onderhavige uitvinding vindt echter eveneens toepassing in een systeem waarbij de rotatiestand van het voorwerp met een onzekerheid van 180e wordt bepaald.

Daar de rotatiestand van het voorwerp t.o.v. de zendantenne-inrich-30 ting wordt gemeten is het, voor het bepalen van de rotatiestand van het voorwerp t.o.v. de ruimte eveneens noodzakelijk de oriëntatie van de zendantenne-inrichting t.o.v. de ruimte (het aardoppervlak) te bepalen en constant te houden.

89 00 1 18 ; 2

Bovengenoemde systemen kennen als nadeel dat de bepaling van de rotatiestand van het voorwerp t.o.v. de ruimte wordt berekend aan de hand van twee metingen: de meting van de rotatiestand van het voorwerp t.o.v. de zendantenne-inrichting en de meting van de 5 oriëntatie van de zendantenne-inrichting t.o.v. de ruimte. Doordat bij de berekening van de rotatiestand gebruik wordt gemaakt van twee metingen zal de nauwkeurigheid van de berekening afnemen.

Bovendien is de benodigde software welke wordt gebruikt voor het 10 berekenen van de rotatiestand van het voorwerp t.o.v. de ruimte ingewikkeld en daarmee kostbaar.

Indien de zendantenne-inrichting op een schip wordt geplaatst, moet bovendien een gestabiliseerd platform worden aangewend waarop de 15 zendantenne-inrichting kan worden geplaatst om de oriëntatie van de zendantenne-inrichting t.o.v. de ruimte (zeeoppervlak) constant te houden bij een beweging van het schip.

De uitvinding beoogt aan bovengenoemde nadelen tegemoet te komen en 20 een systeem te verkrijgen welke nauwkeurig de rotatiestand van het voorwerp t.o.v. de ruimte bepaalt, een eenvoudige en daarmee goedkopere zendantenne-inrichting omvat, en eenvoudiger en daarmee goedkopere software omvat.

25 Overeenkomstig de uitvinding is het systeem voorzien van een zendinrichting en een aan de zendinrichting gekoppelde zendantenne-inrichting voor het genereren van tenminste één draaggolf welke zich uitstrekt tot in een omgeving rondom het voorwerp en tot en interfererend met het genoemde oppervlak, waarbij 30 het systeem verder is voorzien van een aan het voorwerp bevestigde polarisatiegevoelige ontvangantenne-inrichting en een hieraan gekoppelde ontvanginrichting voor het ontvangen van de draaggolf en voor het bepalen van de rotatiestand van het voorwerp t.o.v. het 89 0 0 1 18 « 3 oppervlak aan de hand van de rotatiestand van het voorwerp t.o.v. de polarisatierichting van de draaggolf en waarbij de positie en oriëntatie van de zendantenne-inrichting t.o.v. het oppervlak onbepaald is.

5

De zendantenne-inrichting heeft een dusdanige bundelbreedte dat ten eerste het oppervlak van het hemellichaam, in casu het aardoppervlak wordt belicht en ten tweede het voorwerp wordt belicht.

Doordat echter het aardoppervlak wordt belicht, zal het 10 aardoppervlak zich, in het bijzonder wanneer het een zee-oppervlak betreft, t.o.v. de uitgezonden draaggolf nagenoeg gedragen als een vlakke geleidende metalen plaat. Dit heeft tot gevolg in dat het electrische veld nabij het aardoppervlak althans nagenoeg loodrecht op het aardoppervlak staat. Afhankelijk van de frequentie 15 van de draaggolf zal deze verticale polarisatie zich binnen zekere grenzen tot grote hoogten boven het aardoppervlak uitstrekken. Deze verticale polarisatie is onafhankelijk van de oriëntatie van de zendantenne-inrichting, daar de polarisatierichting van de draaggolf wordt verkregen t.g.v. interacties met het aardoppervlak. Bijkomende 20 voorwaarde is dat de frequentie van de draaggolf voldoende laag wordt gekozen.

Een bijzonder voordeel van de uitvinding is dat het niet noodzakelijk is om de zendantenne-inrichting een gewenste oriëntatie 25 te geven. Dit impliceert een geweldige vereenvoudiging en verbetering van het systeem. Bovendien kan het systeem goedkoper vorden uitgevoerd.

Zo zijn bijvoorbeeld geen middelen nodig voor het bepalen van de 30 oriëntatie van de zendantenne-inrichting t.o.v. de ruimte.

Derhalve is eveneens geen software nodig om deze oriëntatie te verwerken voor het berekenen van de rotatiestand van het voorwerp.

Het systeem werkt hierdoor sneller en nauwkeuriger.

8900118.

4 t

Bijzonder voordelig is dat overeenkomstig de uitvinding vermeden wordt dat de antenne-inrichting moet worden gestabiliseerd wanneer deze zich op een schip bevindt. Hierdoor kan een compleet gestabiliseerd platform worden uitgespaard.

5

Overeenkomstig een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding kan voor het uitzenden van de draaggolven zelfs gebruik worden gemaakt van een reeds op een voertuig aanwezige communicatie-antenne, daar geen bijzondere eisen aan de zendantenne-inrichting overeenkomstig 10 de uitvinding worden gesteld. Op een schip is zo'n communicatie- antenne vaak een gespannen draad. Verder heeft het systeem overeenkomstig de uitvinding het voordeel dat, t.g.v. de bredere zend-antennebundel meer voorwerpen tegelijk kunnen worden aangestraald voor het bepalen van hun respectievelijke oriëntaties t.o.v. de 15 ruimte.

De verticale richting van het electrische veld danwel de horizontale richting van het magnetische veld zal zich verder boven het aardoppervlak uitstrekken naarmate de frequentie lager 20 wordt danwel naarmate de zendantenne-inrichting dichterbij het aardoppervlak wordt geplaatst. Bij voorkeur zal de frequentie van de tenminste éne draaggolf dan ook laag zijn, bij voorbeeld in de orde van 50 kHz. De polarisatierichting van de draaggolf kan door de ontvanginrichting van het voorwerp worden bepaald aan de hand van de 25 richting van het electrische veld, het magnetische veld of een combinatie van beiden.

Hierbij omvat de ontvangantenne-inrichting bijvoorbeeld twee dipoolantennes waarbij de ontvanginrichting geschikt is om de oriëntatie van het voorwerp t.o.v. het electrisch veld te bepalen.

30 Daar het electrisch veld loodrecht op het aardoppervlak staat, zal het magnetische veld evenwijdig aan het aardoppervlak staan.

Hierdoor is het eveneens mogelijk om de oriëntatie van het voorwerp t.o.v. de magnetische veldcomponent van het electromagnetische veld 89 00 1 18 i 5 te bepalen. Hiervoor is de ontvangantenne-inrichting bijvoorbeeld voorzien van twee loopantennes. Bovendien is het mogelijk om beide componenten van het gepolariseerde electromagnetische veld in combinatie te gebruiken voor het bepalen van de oriëntatie van het 5 voorwerp. Hiertoe kan het voorwerp bij voorkeur worden voorzien van tenminste één dipoolantenne en tenminste één loopantenne die niet loodrecht op elkaar staan.

Se uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de 10 volgende figuren, waarbij

Fig. 1 een bijzonder uitvoeringsvoorbeeld van het systeem weergeeft, waarbij de zendantenne-inrichting op een schip is geplaatst;

Fig. 2 een schematische voorstelling toont van twee loodrecht geplaatste loopantennes welke geplaatst zijn in een 15 elektromagnetisch veld;

Fig. 3 een schematische voorstelling toont van twee lodrecht geplaatste dipoolantennes welke geplaatst zijn in een elektromagnetisch veld;

Fig. 4 een voorstelling geeft van een magnetisch veld ter plaatse 20 van de loopantennes;

Fig. 5 een schematische voorstelling geeft van de inrichting in een projectiel ter bepaling van de rotatiestand van dat projectiel;

Fig. 6 een eerste uitvoeringsvorm toont van een eenheid uit fig. 5; 25 Fig. 7 een tweede uitvoeringsvorm toont van een eenheid uit fig. 5;

Fig. 8 een voorstelling geeft van een elektrisch veld ter plaatse van de dipoolantennes;

Fig. 9 een uitvoeringsvorm geeft van het projectiel met dipoolantennes weergeeft; 30 Fig.10 een bijzondere uitvoeringsvorm toon van een referentle-eenheid van fig. 5.

8900118· 6 *

In fig. 1 is een voorwerp 1 boven het aardoppervlak 2 aanwezig waarbij van het voorwerp 1 de rotatiestand dient te worden bepaald. Het aardoppervlak 2 is in dit geval een zeeoppervlak. Dit kan echter eveneens een enigszins vochtig landoppervlak zijn. Een schip 3 is 5 voorzien van een zendinrichting 4 welke via leiding 5 is verbonden met een zendantenne-inrichting 6. De zendantenne-inrichting 6 betreft een gespannen draad welke met een willekeurige positie en oriëntatie op het schip is aangebracht. De zendinrichting 4 is geschikt voor het uitzenden van een draaggolf met frequentie ω0· De 10 zendantenne- inrichting 6 is van een dusdanig type dat ten eerste de draaggolf zich uitstrekt tot aan het aardoppervlak 2 en dat ten tweede de draaggolf zich uitstrekt tot hoog boven het aardoppervlak 2, zodat het voorwerp 1 zich in het elektromagnetische veld van de draaggolf bevindt. Doordat ten derde de frequentie van de draaggolf 15 relatief laag is gekozen (bijvoorbeeld rond de 50 kHz), zal de draaggolf op enige afstand van het schip en niet boven het schip van het verticaal gepolariseerde type zijn, ook al zendt de zendantenne-inrichting een gepolariseerde draaggolf uit waarvan de polarisatierichting onbekend is.

20 Eén en ander wordt veroorzaakt doordat het aardoppervlak zich bij voldoende lage frequentie van de draaggolf gedraagt als een vlakke geleidende plaat. De electrische veldcomponent 7 van de draaggolf heeft een verticale richting terwijl de magnetische veldcomponent 8 25 een horizontale richting heeft. De polarisatie zal zich verder boven het aardoppervlak 2 uitstrekken naarmate de frequentie van de draaggolf kleiner is en de hoogte van de zendantenne-inrichting 6 t.o.v. het aardoppervlak afneemt. De nauwkeurigheid van de horizontale c.q. verticale polarisatie bedraagt ±3° in het 30 toepassingsgebied.

De zendantenne-inrichting 6 is van een bijzonder eenvoudig en voordelig type en wel een gespannen draad. Er wordt niet, zoals bij 89 0 0 1 1 & ♦ i 7 conventionele systemen, gebruik gemaakt van een gestabiliseerd platform waarop de zendantenne-inrichting wordt geplaatst.

De zendantenne-inrichting zal derhalve voortdurend van oriëntatie veranderen t.g.v. de schommelende beweging van het schip. Tevens is 5 de zendantenne-inrichting ongeschikt voor het uitzenden van gepolariseerde draaggolven vat als voordeel heeft dat de lengte van de zendantenne-inrichting beperkt kan blijven. In casu betreft de zendantenne-inrichting 6 een reeds op het schip aanwezige communicatie-antenne.

10

In fig. 1 is verder ter illustratie uitgegaan van de situatie dat het als projectiel fungerend voorwerp 1 is af gevuurd voor het treffen van een doel 9. De baan van het doel wordt gevolgd vanaf de grond met behulp van doelvolgmiddelen 10. Hiervoor kan bijvoorbeeld 15 gebruik gemaakt worden van een monopuls radarvolgapparaat dat verkzaam is in de k-band of van gepulste laservolgmiddelen, welke werkzaam zijn in het verre infrarood-gebied. De baan van het projectiel 1 kan worden gevolgd met vergelijkbare doelvolgmiddelen 11. Een rekeneenheid 12 bepaalt aan de hand van toegevoerde, door de 20 doelvolgmiddelen 10 bepaalde posities van het doel en aan de hand van toegevoerde, door de doelvolgmiddelen 11 bepaalde posities van het projectiel, of en zo ja, welke koerskorrektie van het projectiel noodzakelijk is. Ten behoeve van een eventuele koerskorrektie is het projectiel uitgevoerd met gasontladingseenheden 13. Omdat het 25 projectiel om zijn as draait moet t.b.v. een koerskorrektie een gasontladingseenheid geactiveerd worden indien het projectiel de juiste stand inneemt.

Voor het bepalen van de juiste stand wordt gebruik gemaakt van, met 30 behulp van de zendinrichting 4 en zendantenne-inrichting 6 uitgezonden, draaggolven. De rekeneenheid 12 bepaalt de gewenste rotatiestand φ van het projectiel waarbij een gasontlading moet

O

optreden, ten opzichte van het gepolariseerde electromagnetische veldpatroon van de draaggolven ter plaatse van het projectiel.

89001 18 ·« * 8

Overeenkomstig de uitvinding wordt deze waarde φ onafhankelijk van 6 de momentane positie en oriëntatie van de zendantenne-inrichting t.o.v. het aardoppervlak bepaald. Dit impliceert dat het niet noodzakelijk is voor schommelingen van het schip te corrigeren.

5 Hierdoor is het mogelijk dat de zendantenne-inrichting 6 direct, zonder toepassing van een gestabiliseerd platform, met het schip is verbonden. De berekende waarde wordt met behulp van zender 14 uitgezonden. Deze zender maakt gebruik van de zendantenne-inrichting 6. Een ontvanginrichting 15, welke in het projectiel is opgenomen 10 ontvangt met behulp van een ontvangantenne-inrichting 16 de door de zender 14 uitgezonden waarde van φ . De ontvangen waarde φ wordt

O O

via leiding 17 aan de comparator 18 toegevoerd. Een inrichting 19, welke wordt gevoed door de antennesignalen van twee in de ontvangantenne-inrichting 16 opgenomen polarisatie gevoelige 15 antennes bepaalt de momentane stand <pm(t) van het projectiel ten opzichte van het electromagnetische veld ter plaatse van de ontvangantenne-inrichting. De momentane waarde <pm(t) wordt bepaald t.o.v. het aardoppervlak daar de elektrische veldcomponent 7 van de draaggolf een verticale en de magnetische veldcomponent 8 een 20 horizontale richting heeft.

De momentane waarde <Pm(t) wordt via de leiding 20 de comparator 18 toegevoerd. Zodra aan de voorwaarde PmCtO = φ is

1U O

voldaan geeft de comparator 18 een signaal S af, welke de „gasont-ladingseenheden 13 activeert. Er wordt nu op het juiste moment een 25 koerskorrektie uitgevoerd. Hierna kan dit gehele proces zich herhalen indien een tweede koerskorrektie noodzakelijk blijkt te zijn.

In fig. 2 en 3 zijn schematisch de twee loodrecht geplaatste polarisatiegevoelige antennes 21 en 22 aangegeven, welke deel 30 uitmaken van de ontvangantenne-inrichting 16. De ontvangantenne-inrichting kan een B-veld danwel E-veld antennes omvatten.

8900 1 13 * 9 'rt

Ook is het mogelijk één E-veld en één 8-veld antenne te gebruiken welke niet loodrecht en bij voorkeur evenwijdig zijn gericht.

Indien twee B-veld antennes worden toegepast (zoals in fig. 2 is weergegeven) wordt de magnetische veldcomponent B van een 5 elektromagnetisch veld gedetecteerd. Indien twee E-veld antennes worden toegepast (zoals in fig. 3 is weergegeven) wordt de elektrische veldcomponent Ë van een elektromagnetich veld gedetecteerd. Indien één B-veld en één E-veld antenne worden gebruikt wordt één deelcomponent van de veldcomponent E en één 10 deelcomponent van de veldcomponent B gedetecteerd.

Daar de veldcomponenten Ë en B via zgn. Maxwell-relaties met elkaar gekoppeld zijn, kan worden volstaan met het meten van tenminste één van de componenten E of B, danwel met één deelcomponent van de component E en één deelcomponent van de component B.

15

Voor het meten van de B (deel) component kan gebruik worden gemaakt van een loopantenne waarbij voor het meten van de E (deel) component gebruik kan worden gemaakt van een dipoolantenne.

20 Ter plaatse van de loopantennes van fig. 2 is een aan de loopantennes gekoppeld coördinatenstelsel x,y,z gekozen. De voortplantingsrichting v van het projectiel is evenwijdig aan de z-as. De magnetische veldcomponent B, welke wordt uitgezonden door de zender 14 heeft ter plaatse van de loopantennes de grootte en 25 richting B(rQ). Hierbij is rQ de vector met de zender- en antenne-eenheid 7 als oorsprong en de oorrsprong van het coördinatenstelsel x,y,z als eindpunt. Als referentie voor de bepaling van de roatiestand van het projectiel wordt gebruik gemaakt van de hoek pm(t) tussen de x-as en de veldcomponent B.

30 Dit houdt in dat Pm(t) de hoek tussen de x-as en het aardoppervlak weergeeft.

890011&· *k 10

De magnetische velcomponent B(rQ) is te ontbinden in een component B(ro)y^ (evenwijdig aan de z-as) en een component B(rQ)^ (loodrecht op de z-as), zie fig. 4. Alleen de component B(rQ)^ zal een inductiespanning in de beide loopanteimes kunnen genereren.

5 B(rQ) is voor het gebied aan weerszijde van het schip altijd evenwijdig aan het aardoppervlak. Alleen de grootte van B(rQ) verandert als functie van rQ, echter dit is niet van belang voor positiebepaling.

10 In fig. 5 is een schematische voorstelling gegeven van de Inrichting 19. Bij de uitvoeringsvorm van de inrichting 19 in fig. 5 wordt aangenomen dat de zendereenheid een elektromagnetisch veld uitzendt, dat bestaat uit een gepolariseerde draaggolf met een frequentie

De magnetische veldcomponent B.(r ) is te schrijven als 15 I ° yv B.(r ) = (a sin ω t)e, met - * e (1) 1 ° ° iyvi

De magnetische flux φ^ door de loopantenne 21 is te schrijven als 20 Φη, = (a sin ω t).S.cos φ (t) (2) /1 o m

Hierbij is S gelijk aan het oppervlak van de loopantenne 21.

De magnetische flux φ22 door de loopantenne 22 is te schrijven als ^22 = <a sin «0t).S,sln * (t> (3) 25 Be inductiespanning in de loopantenne 21 is nu gelijk aan: V, . = -e = -e(a ω cos ω t).S.cos φ (t) + indg^ dt o o m d<Pm + -e(a sin ω t).S.sin φ (t). ~r~ (4) o m dü 30

Hierbij is e een constante welke afhankelijk is van de gebruikte άφτα antennes 21, 22. Nu geldt echter dat de rotatiesnelheid van 890 0 1 1 8 .

i 11 het projectiel veel kleiner is dan de hoekfrequentie zodat in goede benadering geldt: V, . * -e(a ω cos ω t)w (t).S.cos φ (t) « indgi o o o m 2 * (A cos <«>ot).cos ^Ct) (5)

Evenzo geldt voor loopantenne 22: V. . - (Δ cos ω t) .sin φ (t) (6) ind22 o m

Uit formules (5) en (6) volgt:

Vind„_ tan *>m(t) - —- (7) ind21

Hiermee is <pm(t) met een onzekerheid van 180® te bepalen.

^ Voor het elimineren van de 180° onzekerheid kan een zgn. proef koers-korrektie worden gegeven. Hierbij wordt verondersteld dat pm(t) bekend is. De zendinrichting 4 genereert een waarde van φ waarbij

O

een koerskorrektie wordt uitgevoerd. Hiertoe worde de waarde van φ

O

m.b.v. de zender 14 uitgezonden. Indien het projectiel naar 20 aanleiding hiervan een koerskorrektie uitvoert, kan m.b.v. de doelvolgmiddelen 10, 11 worden bekeken of een korrektie in de richting φ danwel + 180° wordt uitgevoerd, zodat hierna de

O O

juiste koerskorrekties kunnen worden uitgevoerd.

25

Het is echter eveneens mogelijk de 180° grote onzekerheid zonder het uitvoeren van een proefkoerskorektie te elimineren. Hiertoe zendt de zender 14 eveneens een elektromagnetische golf E uit waarbij geldt dat E(t) * G(t) cos ω-t met G(t) » D.(l - β w^t).

30

Hierbij is D een constane en β de modulatiediepte, zodat 0 < β < 1.

Tevens geldt dat » ω^. De frequentie is overeenkomstig deze uitvoeringsvorm FH-gemoduleerd voor het omvatten van de informatie 8800118.

12

betreffende φ . De elektromagnetische golf wordt derhalve S

gemoduleerd met cos w^t en omvat daarmee faseinformatie van het door de zendantenne-inrichting 6 uitgezonden signaal. De ontvangantenne-inrichting 16 is voorzien van een antenne 23 voor het ontvangen van 5 het signaal E(t). De antenne 23 is verbonden met een referentie-eenheid 24 welke uit het ontvangen signaal E(t) een referentie-signaal ^ref met - C cos ü>ot genereert. (8) ^ Hierbij is C een constante die afhankelijk is van de specifieke uitvoeringsvorm van de referentie-eenheid 24. Het signaal Dref wordt via leiding 25 naar mixers 26 en 27 toegevoerd.

Het signaal ^ (t) wordt via leiding 28 eveneens naar de mixer 26 21 toegevoerd. Het uitgangssignaal van de mixer 26 wordt via een 15 leiding 29 naar een laagdoorlaatfiler 30 gestuurd.

Het uitgangssignaal U^Ct) van het laagdoorlaatfilter 30 άφ (de component met frequentie ^~) is gelijk aan: υ30<Ο ψ cos Pm<t> (9) 20

Geheel analoog wordt het signaal V. , (t) via de leiding 31 ind22 de mixer 27 toegevoerd. Het uitgangssignaal van de mixer 27 wordt via de leiding 32 een laagdoorlaatfilter 33 toegevoerd.

Het uitgangssignaal U„-(t) van het laagdoorlaatfilter 33 is gelijk 25 aan:

AC

ü33(t) - “ sin *>a(t> (10)

Uit formules (9) en (10) is bij gegeven U3(j(t) en U33(t), <Pm(t) eenvoudig te bepalen. Hiertoe worden de signalen UjQ(t) en U^jit) 30 via de leidingen 34 en 35 naar een gonio-eenheid 36 gestuurd.

De gonio-eenheid 36 genereert dan <pm(t) uit U3Q(t) en U33(t).

De gonio-eenheid 36 kan bijv. uitgevoerd worden als een table-lookup-eenheid. Tevens is het mogelijk om de gonio-eenheid 8900118.

13 uit te voeren als een rekeneenheid welke via een bepaalde algoritme Pm(t) genereert.

In fig. 6 is een uitvoeringsvorm van de referentie-eenheid 24 5 weergegeven. Het antennesignaal E(t) wordt via leiding 37 een bandpassfliter 38 toegevoerd. Het bandpassfilter 38 laat alleen signalen door met een frequentie die om en nabij liggen.

Het signaal B(t) zal derhalve niet worden doorgelaten. Het signaal E(t) wordt vervolgens via leiding 33 een AH-demodulator 40 10 toegevoerd voor het verkrijgen van ^ref op leiding 25.

De referentie-eenheid kan additioneel nog zijn voorzien van een FM demodulator 41 en een bit-demodulator 42. In dat geval wordt het signaal E(t) eveneens gebruikt als informatiekanaal. De informatie wordt FM-gemoduleerd met het signaal E(t) meegezonden. Dit maakt het 15 mogelijk om de gewenste hoek φ waarop de korrektie van het

O

projectiel moet worden uitgevoerd te ontvangen, FM demoduleren en bit demoduleren van het signaal E(t). In dit geval is de ontvanginrichting 15 van fig. 1 overbodig daar de referentie-eenheid 24 zelf <Pg bepaalt.

20

In fig. 7 is een bijzondere uitvoeringsvorm van de referentie-eenheid 24 weergegeven. Overeenkomstig deze uitvoeringsvorm wordt de taak van de antenne 23 vervangen door de beide antennes 21 en 22. Hiertoe is de referentie-eenheid 24 voorzien van twee bandpass-25 filters 38A en 38B welke eenzelfde funktie hebben als het bandpassfilter 38 van fig. 6. Het uitgangssignaal van het bandpassfilter 38B wordt een 90e fasedraaier 43 toegevoerd. Het uitgangssignaal van de fasedraaier 43 wórdt via leiding 44 de sommator 46 toegevoerd tesamen met het uitgangssignaal van het bandpassfilter 38A dat via 30 leiding 45 de sommator 46 wordt toegevoerd. Dankzij de 90° fasedraaier 43 zullen de signalen bij sommatie elkaar aanvullen en wordt een uitgangssignaal verkregen met een constante amplitude.

8900118.

«e 14

Het uitgangssignaal van de sommator 46 betreft een signaal welke gelijkwaardig is met het signaal op leiding 39 als in fig. 6 omschreven. Het uitgangssignaal van de sommator 46 wordt met behulp van een AM-demodulator 40, FM-demodulator 41 en bit-demodulator 42 5 op dezelfde wijze verwerkt als bij fig. 6 omschreven.

In fig. 2 zijn de richtinggevoelige antennes weergegeven als twee loopantennes. Het is echter eveneens mogelijk om twee loodrecht geplaatste dipoolantennes te gebruiken. In dat geval wordt van het 10 elektromagnetisch veld het E-veld in plaats van het B-veld gemeten. Daar het E-veld loodrecht op het aardoppervlak staat, wordt de rotatiestand van het projectiel rechtstreeks t.o.v. het aardoppervlak gemeten. Bij voorkeur worden de dipoolantennes loodrecht op het vlak van de voormalige loopantennes geplaatst, zie fig. 3.

15

In fig. 3 is naast het B-veld eveneens het E-veld weergegeven. Het E-veld fungeert nu in plaats van het B-veld, zoals in fig. 2 was weergegeven als referentie voor het meten van de momentane hoekstand <p'm(t) van het projectiel. De hoek is hier de hoek tussen de 20 x-as en het E-veld. Een eerste dipoolantenne ligt hiertoe evenwijdig aan de x-as waarbij een tweede dipoolantenne evenwijdig aan de y-as ligt.

Het E-veld ter plaatse van de dipoolantennes is weergegeven met 25 E(rQ) (fig. 3). Het E-veld kan worden ontbonden in twee componenten E(rQ)^ en E(rQ)^ zoals in fig. 8 is weergegeven.

Alleen de component E(rQ)^ zal een spanning in de dipoolantennes genereren. De veldcomponent E(rQ)^ is te schrijven als E(r ). - a' cos ω t e (11) o 1 ° 6900118.

15 met e = "—— (12) l«ro>il 5 Voor de spanning V'21 in de dipoolantenne die evenwijdig aan de x-as ligt geldt: V,21 “ ®(*o5I COS (13)

Hierin is h de lengte van de dipoolantenne en <p'm(t) de hoek tussen 10 de x-as en E(ro)^. Deze hoek is gelijk aan de hoek tussen de x-as en E(rQ). Geheel analoog geldt voor de spanning V'22 van de dipoolantenne die langs de y-as ligt T'22 - *<*»>! sia *'«<*> 'h7 · <14) ^ Hierbij is h de lengte van de dipoolantenne welke langs de y-as ligt. Combineren van formules (11), (13) en (14) geeft: V'„, - af h cos ω t.cos m' (t) (15) 21 x o *m V' - b' h cos ω t.sin <p' (t) (16) _ _ ii y o m

20 J

Uit formules (15) en (16) kan met behulp van het referentiesignaal van formule (14) op geheel analoge wijze als bij formule (12) en (13) omschreven, de hoek <p'm(t) worden bepaald. Hiermee is de momentane positie van het projectiel t.o.v. het aardoppervlak 25 bepaald daar het E-veld loodrecht op het aardoppervlak staat.

Een bijzondere uitvoeringsvorm van de dipoolantennes is in fig. 9 weergegeven. In fig. 9 is het projectiel 47 voorzien twee paren vinnen 48A, 48B, 49A en 49B. De vinnen 48A, 48B zijn gelijk de 30 vinnen 49A, 49B tegenover elkaar geplaatst, terwijl de vinnen 48A en 49A resp. 48B en 49B loodrecht op elkaar zijn geplaatst. De vinnen 48A en 48B vormen tesamen een eerste dipoolantenne 21 en de vinnen 49A en 49B een tweede dipoolantenne 22 welke loodrecht geplaatst is 8800118/ ** 16 op de dipoolantenne 21. De vinnen fungeren hierbij eveneens als antenne voor het ontvangen van het datasignaal. De signalen V'22» Ure£ en *Pg kunnen op de hiervoor bij fig. 7 omschreven wijze met behulp van de vinnen worden bepaald.

5

Het zal duidelijk zijn dat het niet noodzakelijk is de dipool-antennes, loopantennes en/of vinnen loodrecht op elkaar te plaatsen. Tevens kan ten behoeve van redundancy gebruik worden gemaakt van meer dan twee antennes. Zo kunnen bijvoorbeeld 6 vinnen onder een 10 onderlinge hoek van 60° worden geplaatst.

Indien één dipoolantenne en één loopantenne worden gebruikt die niet loodrecht op elkaar staan dan kan eveneens de momentane rotatiestand van het voorwerp worden bepaald. Indien één dipoolantenne 21 15 evenwijdig ligt aan een loopantenne 22 (evenwijdig aan de x-as) geldt geheel analoog als voorheen is weergegeven dat: V' « a' h cos ω t.cos φ* (t) (17) 21 x o Ύ mN 7 ' V. . = A cos ω t.cos φ (t) (18) ind22 o’·' 20 _

Daar £ en B loodrecht op elkaar staan zal gelden: «P'(t) = 90° - φ (t) (19) m m

Substitutie van (19) in (17) geeft: 25 V'2i - a' h^ cos ^o(t) sin Pm(t) (20)

Het zal duidelijk zijn dat aan de hand van formule (20) en (18) de waarde van <Pm(t) kan worden bepaald als voorheen omschreven daar a', hx en A eveneens bekend zijn.

30

Een alternatieve methode voor het bepalen van de rotatiestand betreft het uitzenden van twee gesuperponeerde phase-locked en ongepolariseerde draaggolven. De situatie van het magnetisch veld is hierbij zoals in fig, 4 is weergegeven.

8900118.

17

Een eerste draaggolf heeft een frequentie no>o' en de tweede draaggolf heeft een frequentie (n+l)wQ' met n = 1, 2, ... .

De magnetische veldcomponent B^(ro) is te schrijven als - B,(r ) * (a sin ηω 't * b sin(n+l)co '.t)e, J o o o sVl met e — - IB(r0)il 10 De magnetische flux φ^ door de loopantenne 21 is te schrijven als: φ2^ * (a sin na>o't + b sin(n+l)wort).O.cos ^(t) (21)

Hierbij is 0 gelijk aan het oppervlak van de loopantenne 21.

De magnetische flux φ-0 door de loopantenne 22 is te schrijven als: 15 * (a sin ηω 't + b sin(n+l)<<> 't).0.sin <p (t) (22) ii o om

De inductiespanning in de loopantenne 21 is nu gelijk aan: V. , « -e * -e (a ηω ' cos ηω 't + b(n+l)&> ' cos(n+l)w 't).0.

at O O O O

20 cos φ (t) + -c(a sin ηω 't + b sin(n+l)a> rt).0.

m o o dip cos <pm(t) . (23)

Hierbij is e een constante welke afhankelijk is van de gebruikte 22 loopantennes 21 en 22.

d<Pm

Nu geldt echter dat de rotatiesnelheid van het projectiel veel kleiner is dan de hoekfrequentie ω zodat in goede benadering geldt: V. . « -e(a ηω ' cos ηω rt + b(n+l)ω ' οοε(η+1)ω 't).O.cos φ (t) 30 *®*21 o o o o m — (A cos ηω 't + B cos(n+l)a> 't).cos φ (t) (24) o om &90011& 18

Evenzo geldt voor loopantenne 22: V. , - (A cos ηω 't + B cos(n+l)td 't).sin φ (t) (25) ind22 ° om

In de inrichting 19 (fig. 5) worden de inductiespanningen V 5 lna21 en de referentie-eenheid 24 toegevoerd.

De referentie-eenheid 24 genereert met behulp van de signalen V. , en V. . een referentiesignaal V _ waarvoor geldt: ind21 lnd22 ref 1Λ V . _ => G cos ηω 't (26) 10 ref o

Hierbij is C een constante die afhankelijk is van de specifieke uitvoeringsvorm van de referentie-eenheid 24.

Een mogelijke uitvoeringsvorm van een dergelijke referentie-eenheid wordt aan de hand van fig. 10 besproken.

Het signaal wordt via leiding 25 naar mixers 26 en 27 (fig. 5) toegevoerd.

Het signaal V. , (t) wordt vla leiding 28 eveneens naar mixer 26 21 toegevoerd. Het uitgangssignaal van de mixer 26 wordt via leiding 29 2q naar het laagdoorlaatfliter 30 gestuurd.

Het uitgangssignaal ^^(t) van ^et laagdoorlaatf liter 30 (de άφ component met frequentie ^~) is gelijk aan: ü30(t) = Ψ COS *nCt) (27) 25

Geheel analoog wordt het signaal V. . (t) via leiding 31 de lnd22 mixer 27 toegevoerd. Het uitgangssignaal van de mixer 27 wordt via de leiding 32 een laagdoorlaatfliter 33 toegevoerd.

Het uitgangssignaal (t) van het laagdoorlaatfliter 33 is gelijk 30 “n: U33(t) - f sta „m(t) (28) 8900118.

19

Uit formules (27) en (28) is, zoals eerder vermeld, bij gegeven U30(t) en U33(t), <pm(t) eenvoudig te bepalen.

Een mogelijke uitvoeringsvorm van referentie-eenheid 24, welke zijn 5 toepassing vindt wanneer twee gesuperponeerde en phase-locked draaggolven worden uitgezonden, is weergegeven in fig, 10.

De referentie-eenheid 24 is opgebouwd uit een subreferentie-eenheid 50 en een phased-locked loop-eenheid 51. De subreferentie-eenheid 50 genereert uit Vind (t) en Vind (t) een signaal 10 21 22 U — ~~ cos ω 't. ref 2 o

De phase-locked loop-eenheid 51 genereert met behulp van het signaal

AB

het reeds genoemde signaal » — cos naQ' t.

15

De subreferentie-eenheid 50 is voorzien van twee kwadrateereenheden 52 resp. 53, welke de signalen V, , (t) resp. V, , (t) kwadrateren.

indn ind22

De kwadrateereenheid 52 genereert derhalve het signaal: ^ U,.0(t) “ a Ct) “ A2sin2<p (t)(*i + Jscos 2ηω 't) + 3 z xna2^ m o 2 + AB sin φ (t)(4cos ω 't + Hcos(2n+l)o) 't) + m o o + B2sin2qo (t)(*i + hcos(2n+2)w 't) (29)

SU O

95 terwijl de kwadrateereenheid 53 het signaal D„(t) - V2 . (t) - A2cos2.p (t)(h + hcos 2ηω 't) + 53 lna22 m o 2 + AB cos φ (t)(*icos ω 't + Hcos(2n+l)i<> ft) + m o o 30 + B2sin2<pm(t) (H + Hcos(2n+2)wo't) (30) genereert. Het uitgangssignaal van de kwadrateereenheid 52 resp. 53 wordt via leiding 54 resp. 55 naar een bandfilter 56 resp. 57 toegevoerd. De bandfilters 56 en 57 laten alleen signalen door met een frequentie die gelijk of nagenoeg gelijk is aan α>0< 89001 18.

20

Aan de uitgang van het bandfilter 56 ontstaat derhalve het signaal

Uc,(t) = AB sin3<p (t).Hcos ω ’t (31) 56 m o d<pm(t)

Ook bij formule (31) is aangenomen dat —~—« ω^'.

3 Geheel analoog ontstaat aan de uitgangg van het bandfilter 57 het uitgangssignaal (zie formule (30)): 2 U^(t) = AB cos ipm(t).hcos wQ't (32)

De signalen U_,(t) resp. U,_(t) worden via de leiding 58 resp. 59 10 56 57 naar de sommatie-eenheid 60 toegevoerd ter verkrijging van het somsignaal waarvoor geldt (zie formules 31 en 32): üref'(t) “ U60(t) * Ψ COS “o'11 (33)

Het signaal (t) wordt via de leiding 61 naar de phase-locked 15 loop-eenheid 51 gestuurd. Het ingangssignaal U ^'(t) van de eenheid 51 wordt via de leiding 61 naar een mixer 62 toegevoerd.

Stel dat het tweede ingangssignaal van de mixer 62, het uitgangssignaal Ugj(t) van het bandfilter 63 welke alleen signalen met een frequentie die gelijk of nagenoeg gelijk is aan doorlaat en 20 via de leiding 64 naar de mixer 62 wordt toegevoerd, de vorm

Ug3(t) = D cos «t (34) heeft. Hierbij is D een willekeurige constante.

Het uitgangssignaal van de mixer 62 heeft dan de vorm: 25 u62^ = cos wt cos "</* (35)

Het signaal UggCt) wordt via de leiding 65 naar een loopfilter 66 toegevoerd. Het loopfilter 66 heeft een uitgangssignaal U££(t), 00 welke gelijk is aan: ü (t) - E.(«* - ω) (36) 30

Hierbij is E een constante die afhankelijk is van het gebruikte filter. Het signaal Ugg(t) wordt via de leiding 67 naar de VCO-eenheid 68 toegevoerd. De VCO-eenheid 68 genereert een 8900 118 .

______________ 21 uitgangssignaal waarvoor geldt: tf,e(t) - K cos(co " + k Ε(ω ' - u))t (37)

Do O O

Hierbij zijn cüQ”f k en K constanten, waarbij voor = ω^'η gekozen is. Het signaal U-0(t) wordt via de leiding 69 naar een 5 ^ frequentiedeler (n) 70 gestuurd. Het uitgangssignaal van de frequentiedeler is te schrijven als:

IrF

U70(t) - K cos(ωο' + “ (ωο' - w))t (38)

Het uitgangssignaal U_Q(t) wordt via de leiding 71 naar de 10 bandfilter 63 gestuurd welke signalen doorlaat met een frequentie die gelijk of nagenoeg gelijk is aan ω^'.

Xndien ~ - ω) « geldt voor het uitgangssignaal van het bandfilter 63: 15 ü,*(t) - K cos(w ' + — (ω ' - co))t (39) 63 o n o

Vergelijking van formule (39) met formule (34) toont aan dat D — K; ω - ωσ f· Hiermee is aangetoond dat voor het uitgangssignaal van de VCO-eenheid 68 (zie formule 37) geldt: 20 Vref - Ugg(t) " K cos n a^’t (40)

Met behulp van V ^ kan <Pm(t) t.o.v. het aardoppervlak worden berekend als hiervoor is aangegeven.

Het zal duidelijk zijn dat er vele mogelijkheden bestaan om de 25 rotatiestand van het voorwerp te bepalen met behulp van draaggolven die uitgezonden worden door een zendantenne-inrichting waarvan de plaats en oriëntatie onbepaald is. Bovendien is het niet noodzakelijk dat de uitgezonden draaggolven door een polariserende zendantene-inrichting wordt uitgezonden. De hiervoor omschreven toepassing van de rotatiestandbepaling voor het corrigeren van de koers van een projectiel betreft derhalve slechts een toepassingsvoorbeeld.

89 00 1 18 .

Claims

1. Systeem voor het bepalen van de rotatiestand van een om een as roteerbaar voorwerp welke zich binnen zekere grenzen nabij het 5 oppervlak van een hemellichaam bevindt, waarbij het systeem is voorzien van een zendinrichting en een aan de zendinrichting gekoppelde zendantenne-inrichting voor het genereren van tenminste één draaggolf welke zich uitstrekt tot in een omgeving rondom het voorwerp en tot en interfererend met het genoemde oppervlak, waarbij 10 het systeem verder is voorzien van een aan het voorwerp bevestigde polarisatiegevoelige ontvangantenne-inrichting en een hieraan gekoppelde ontvanginrichting voor het ontvangen van de draaggolf en voor het bepalen van de rotatiestand van het voorwerp t.o.v. het oppervlak aan de hand van de rotatiestand van het voorwerp t.o.v. de 15 polarisatierichting van de draaggolf en waarbij de positie en oriëntatie van de zendantenne-inrichting t.o.v. het oppervlak onbepaald is.

2. Systeem volgens conclusie 1, waarbij de zendantenne-inrichting 20 met een onbepaalde positie en oriëntatie op het oppervlak is geplaatst.

3. Systeem volgens conclusie 1, waarbij de zendantenne-inrichting mechanisch met een voertuig is verbonden. 25

4. Systeem volgens conclusie 3, waarbij het voertuig een schip is.

5. Systeem volgens conclusie 3 of 4, waarbij de zendantenne-inrichting althans nagenoeg star met het voertuig is verbonden. 30

6. Systeem volgens conclusie 3 of 4, waarbij de zendantenne-inrichting is voorzien van een bewegelijke en flexibele draad. 89 0.0 1 18. f

7. Systeem volgens één der voorgaande conclusies voorzien van een communicatiesysteem met een communicatiezend- en ontvangantenne, welke tevens fungeert als zendanteime-inrichting.

8 J 0 0 11 8 . *

8. Systeem volgens één der voorgaande conclusies waarbij de zendinrichting geschikt is voor het uitzenden van twee phase-locked en gesuperponeerde draaggolven met een onderling verschillende draaggolffrequentie.

9. Systeem volgens conclusie 8 waarbij de ontvangantenne-inrichting is voorzien van een eerste en tweede polarisatiegevoelige antenne en waarbij de ontvanginrichting is voorzien van: a. een referentie-eenheid ter verkrijging van een, uit de met behulp van de eerste en tweede antenne ontvangen gesuperponeerde 15 draaggolven. referentiesignaal met een frequentie die gelijk is aan één van de frequenties van de genoemde draaggolven. b. een eerste resp. een tweede mixeenheid welke ten minste één draaggolfcomponent van de met behulp van de eerste resp. de tweede antenne ontvangen gesuperponeerde draaggolven mixt met 20 het genoemde referentiesignaal. c. een eerste en een tweede filtereenheid welke de uitgangssignalen van de eerste resp. de tweede mixeenheid filteren, waarbij de genoemde filters alleen frequentiecomponenten doorlaten welke gelijk of nagenoeg gelijk zijn aan nul. 25 d. een gonio-eenheid welke wordt gestuurd door de uitgangssignalen van het eerste en tweede filter, en een signaal genereert welke de momentane hoek representeert tussen één van beide loopantennes en de polarisatierichting van de gesuperponeerde draaggolven.

10. Systeem volgens één der voorgaande conclusies 1-7, waarbij de zendinrichting geschikt is voor het uitzenden van ten minste één eerste draaggolf en een tweede draaggolf met een modulatie welke een 83001 18. gepredetermineerde faserelatie omvat met de fase van de draaggolf-frequentie van de eerste draaggolf.

11. Systeem volgens conclusie 11 waarbij de modulatie een 5 amplitudemodulatie omvat.

12. Systeem volgens conclusie 10 of 11, waarbij de ontvangantenne-inrichting is voorzien van een eerste en tweede polarisatiegevoelige antenne en waarbij de ontvanginrichting is voorzien van: 10 a. een referentie-eenheid ter verkrijging van een, uit de met behulp van de ontvangantenne-inrichting ontvangen tweede draaggolf, referentiesignaal met een fase die een gepredetermineerde relatie heeft met de fase van de draaggolf frequentie van de genoemde eerste draaggolf. 15 b. een eerste resp. een tweede mixeenheid welke de met behulp van de eerste resp. de tweede antenne ontvangen eerste draaggolf mixt met het genoemde referentiesignaal. c. een eerste en een tweede filtereenheid welke de uitgangssignalen van de eerste resp. de tweede mixeenheid filteren, waarbij de 20 genoemde filters alleen frequentiecomponenten doorlaten welke gelijk of nagenoeg gelijk zijn aan nul. d. een gonio-eenheid welke wordt gestuurd door de uitgangssignalen van het eerste en tweede filter, en een signaal genereert welke een momentane hoek representeert van de polarisatierichting van 25 de draaggolf t.o.v. de ontvangantenne-inrichting met een onzekerheid van 180°.

13. Systeem volgens conclusie 12, waarbij de ontvangantenne-inrichting tenminste een derde antenne omvat voor het ontvangen van 30 de tweede draaggolf.

14. Systeem volgens conclusie 12, waarbij de tweede draaggolf met behulp van de eerste en tweede polarisatiegevoelige antenne is ontvangen. 89 0 0 1 18 .

15. Systeem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de ontvangantenne-inrlchting tenminste twee niet gelijk georienteerde dipoolantennes omvat voor het bepalen van de rotatiestand van het voorwerp aan de hand van de richting van de elektrische 5 veldcomponent van het electromagnetische veld.

16. Systeem volgens één der voorgaande conclusies 1-14, waarbij de ontvangantenne-inrlchting tenminste twee niet gelijk georienteerde loopantennes omvat voor het bepalen van de rotatiestand van het 10 voorwerp aan de hand van de richting van de magnetische veldcomponent van het electromagnetische veld.

17. Systeem volgens één der voorgaande conclusies 1-14, waarbij de ontvangantenne-inrlchting tenminste één dipoolantenne en tenminste 15 één niet loodrecht op de dipoolantenne geplaatste loopantenne omvat voor het bepalen van de rotatiestand van het voorwerp aan de hand van de richting van een elektrische en magnetische deelveld component van het elektromagnetische veld.

18. Systeem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de tenminste éne eerste draaggolf een frequentie van om en nabij de 50 kHz heeft.

19. Zendantenne-inrichting geschikt voor gebruik als omschreven in 25 één der voorgaande conclusies.

20. Zendinrichting geschikt voor gebruik als omschreven in één der voorgaande conclusies 1-18.

21. Voorwerp geschikt voor gebruik als omschreven in één der voorgaande conclusies 1-18.

22. Polarisatiegevoelige ontvangantenne-inrichting geschikt voor gebruik als omschreven in één der voorgaande conclusies 1-18.

23. Ontvanginrichting geschikt voor gebruik als omschreven in één 5 der voorgaande conclusies 1-18.

24. Projectiel welke fungeert als een voorwerp zoals omschreven in conclusie 21.

25. Voertuig voorzien van een zendantenne-inrichting en een zendinrichting zoals omschreven in één der voorgaande conclusies 1-18. 15 20 25 30 89 0 0 1 1 8 .