NO169982B - HOW FREQUENCY, VESSEL COUPLED MEAL DETECTION SEARCH SYSTEM - Google Patents
HOW FREQUENCY, VESSEL COUPLED MEAL DETECTION SEARCH SYSTEM Download PDFInfo
- Publication number
- NO169982B NO169982B NO870358A NO870358A NO169982B NO 169982 B NO169982 B NO 169982B NO 870358 A NO870358 A NO 870358A NO 870358 A NO870358 A NO 870358A NO 169982 B NO169982 B NO 169982B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- signals
- antenna
- signal
- angle
- target
- Prior art date
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 15
- 235000012054 meals Nutrition 0.000 title 1
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 12
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 claims 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 18
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 13
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 13
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 11
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 7
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 description 2
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Natural products C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000007903 penetration ability Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 description 1
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
Den foreliggende oppfinnelse vedrører et høyfrevent, fartøy-koblet raåldetekteringssøkesystem, som angitt i den innledende del av det vedføyde patentkrav 1 . The present invention relates to a high frequency, vessel-connected raw target detection search system, as stated in the introductory part of the attached patent claim 1.
Forskjellige tidligere kjente passive og radiometriske millimeter-bølgelengde-bakkemåldetekterings- og søkesystemer har demonstrert passiv målsøking med stor nøyaktighet. Imidlertid har disse passive føringssystemer en tendens til forholdsvis kort rekkevidde, spesielt ved de høyere mikrobølgefrekvenser, noe som blir ytterligere forverret ved uheldige atmosfæriske betingelser. Følgelig har nylige bakkemål-søkere i større grad blitt basert på bruken av både aktive radar- og passive radiometriske modi for å oppnå gunstige kombinasjoner av oppnådd målrekkevidde og søkenøy-aktighet. Drift i den aktive modus vil på ønsket måte gi de nødvendige karakteristikker for måloppnåelse og søkerekke-vidde, mens passiv drift ved en forholdsvis kort rekkevidde øker den endelige søkenøyaktighet, eliminerer virkningene av målglitter og funkling ved forholdsvis korte rekkevidder eller avstander. Various prior art passive and radiometric millimeter-wavelength ground target detection and search systems have demonstrated passive target acquisition with high accuracy. However, these passive guidance systems tend to have a relatively short range, especially at the higher microwave frequencies, which is further exacerbated by adverse atmospheric conditions. Consequently, recent ground target seekers have been increasingly based on the use of both active radar and passive radiometric modes to achieve favorable combinations of achieved target range and seeker accuracy. Operation in the active mode will, in the desired way, provide the necessary characteristics for target attainment and search range, while passive operation at a relatively short range increases the final search accuracy, eliminates the effects of target glitter and sparkle at relatively short ranges or distances.
Drift av aktive søkesystemer i frekvensområde 30-300 GHz resulterer i en mer ønskelig kombinasjon hva angår antenne-aperturstørrelse og værgjennomtrengelighetsevne sammenlignet med drift i høyere eller lavere områder av spekteret. Dessuten er det tilgjengelig en betydelig større radiofre-kvens-båndbredde hva angår clutterutjevning og nedbørstil-bakespredningsdekorrelasjon sammenlignet med de lavere radarbærefrekvenser. Typiske selekterte millimeterbølge-driftsfrekvenser er 35 GHz og 95 GHz, hvor der finnes partielle atmosfæriske vinduer, dvs. hvor dempningen er meget lavere enn i andre deler av millimeter-bølgespekteret. Fordi primærbruken av søkeren går ut på å detektere og etterspore bakkemål, vil antennen motta en betydelig energimengde fra terrenget i tillegg til hva den mottar fra målet. I det aktive tilfellet innebærer dette den reflekterte opplysende energi. I det passive tilfellet er det primært terreng-utsendt energi. Under passiv drift vil de mer reflekterende og derfor mindre utstrålende, metalliske mål ha en tendens til å reflektere de kjølige ytre romtempe-raturer, og således fremstå som kjølige i kontrast til den varmere bakgrunn. Ved den aktive modus vil metalliske mål fremstå som en sterkere kilde med reflektert energi sammenlignet med terrengområdet med lik fysisk størrelse. I begge tilfeller vil søkeren logisk bli å betrakte som en kontrastsøker. Det er sterkt ønskelig å holde antennestråleoppfangingen på terrenget så liten som mulig. Fordi søkeren normalt blir benyttet i flyrammer med forholdsvis liten diameter eller i kjøretøyer, er det mulig å benytte bærefrekvenser som er så høye som mulig, men de må være i samsvar med den nødvendige atmosfæriske gjennomgtrengnings-evne. Operation of active search systems in the 30-300 GHz frequency range results in a more desirable combination in terms of antenna aperture size and weather permeability compared to operation in higher or lower areas of the spectrum. In addition, a significantly greater radio frequency bandwidth is available in terms of clutter smoothing and precipitation-backscatter decorrelation compared to the lower radar carrier frequencies. Typical selected millimeter wave operating frequencies are 35 GHz and 95 GHz, where there are partial atmospheric windows, i.e. where the attenuation is much lower than in other parts of the millimeter wave spectrum. Because the primary use of the seeker is to detect and track ground targets, the antenna will receive a significant amount of energy from the terrain in addition to what it receives from the target. In the active case, this involves the reflected illuminating energy. In the passive case, it is primarily terrain-emitted energy. During passive operation, the more reflective and therefore less radiating, metallic targets will tend to reflect the cool external room temperatures, and thus appear cool in contrast to the warmer background. In the active mode, metallic targets will appear as a stronger source of reflected energy compared to the terrain area of equal physical size. In both cases, the seeker will logically be regarded as a contrast seeker. It is highly desirable to keep the antenna beam interception on the terrain as small as possible. Because the seeker is normally used in airframes with a relatively small diameter or in vehicles, it is possible to use carrier frequencies that are as high as possible, but they must be in accordance with the required atmospheric penetration ability.
Der er i millimeterbølge-kontrastsøkere benyttet både puls-og frekvensmodulerte bærebølge-bølgeformer i aktiv modus. Disse har funnet anvendelse ved faststoffsenderorganer med forholdsvis liten effekt, idet der er tatt hensyn til kostnaden av små terminalførte kjøretøyer og begrensninger med hensyn til volum og effekt. Fortrinnsvis i senderinnret-ninger som benytter pulsmodulerte bølgeformer, er det benyttet "Impatt" diodeoscillatorer. Søkeren i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan benytte en frekvensmodulert bølgeform og en Gunn diodeoscillatorsender og representerer et betydelig fremskritt i forhold til det system som er omtalt i US patentskrift 3.921.169. Den foreliggende oppfinnelse har også en generell relasjon til det som er omtalt i US patentskrift 4.200.871. Both pulse and frequency modulated carrier waveforms are used in active mode in millimeter wave contrast detectors. These have found application in solid-state transmitters with relatively little power, taking into account the cost of small terminal-driven vehicles and limitations with respect to volume and power. Preferably in transmitter devices that use pulse-modulated waveforms, "Impatt" diode oscillators are used. The applicant according to the present invention can use a frequency-modulated waveform and a Gunn diode oscillator transmitter and represents a significant advance in relation to the system described in US patent document 3,921,169. The present invention also has a general relationship to what is discussed in US Patent 4,200,871.
En annen betydelig funksjon hos bakkemålkontrastsøkere innebærer signalbehandling for diskriminering mot den i aktiv modus forekommende terrengreflekterte clutterenergi, som konkurrerer med den hovedsakelig punktreflekterte energi. Både puls- og frekvensmodulerte systemer med kontinuerlig bølge, kan benytte avstandsoppløsning for reduksjon av clutterrefleksjon i aktiv modus, ved effektivt å redusere det bestrålte terrengområde, som ellers ville fremkomme ved antennestråleoppfangingen. Pulssystemene benytter seg av smale pulser og tidsporter for å oppnå avstandsoppløsning. Disse systemer må generelt benytte brede mottaker-mellomfrekvensbåndbredder for å motta den smale puls. Båndbredder på i det minste 1/f er nødvendig, idet X betegner pulsvarigheten i sekunder. Systemet som benytter innkoherente frekvensmodulerte bølgeformer kan overføre energi over brede bånd for å utføre terreng- og nedbørsclut-terdekorrelasjon, og fremdeles benytte smale mottaker-mellomf rekvensbåndbredder. Det innebærer en fordel i forbindelse med maksimering av signal/totalstøyforholdet (S/Nfc). Aktiv modus-måldetekteringsområdet for millimeter-bølge-kontrastsøkere er vanligvis begrenset av målets signal/bakgrunnsstøy (S/NB), dvs. av den terrengreflekterte energi, noe som indikerer ønskeligheten av å minimere antennestrålebredden. Under visse omgivelsesbetingelser kan imidlertid f.eks. lavterrengrefleksjonsevne og uheldige atmosfæriske betingelser, S/Nr bli en faktor som begrenser rekkeviddeytelsen. Størrelsen S/Nr er definert som signal-til-mottaker-støyforholdet. Det er spesielt tilfelle dersom man ønsker en forholdsvis lang deteksjonsavstand i et system som opererer ved de høyere millimeterbølge-frekvenser, hvor der forekommer sterkere atmosfærisk dempning. Således vil maksimeringen S/Nr være en viktig konstruksjonsfaktor. Avstandsoppløsning ved frekvensmodulerende systemer, som benyttes for minimering av støy som skyldes terreng og nedbør og for måling av avstand til mål/terreng, blir utført med frekvensportkobling istedenfor med tidsportkobling. Millimeterbølge-kontrastsøkere som benytter både horisontale baner og tilnærmet vertikale baner under målsøkingen, er blitt demonstrert. Horisontalbanesystemer kan bedre utnytte avstandsoppløsning for reduksjon av bakgrunnsclutter under målsøkingen, på grunn av den antennestråleundertrykkelses-vinkel Y som vanligvis blir benyttet (i størrelsesorden 25-30 grader fra horisontalen). Avstandsoppløsningen (område-gruppe) med hensyn til oppfangingslengden på terrenget, blir øket over den aktuelle avstandsoppløsning med en faktor på 1 Det skal bemerkes at for et fullstendig vertikal-cos y Another significant function of ground target contrast seekers involves signal processing for discrimination against the terrain-reflected clutter energy occurring in active mode, which competes with the mainly point-reflected energy. Both pulse and frequency modulated systems with continuous wave can use distance resolution to reduce clutter reflection in active mode, by effectively reducing the irradiated terrain area, which would otherwise appear from the antenna beam interception. The pulse systems use narrow pulses and time gates to achieve distance resolution. These systems must generally use wide receiver intermediate frequency bandwidths to receive the narrow pulse. Bandwidths of at least 1/f are required, with X denoting the pulse duration in seconds. The system using incoherent frequency-modulated waveforms can transmit energy over wide bands to perform terrain and precipitation clutter decorrelation, and still use narrow receiver-intermediate frequency bandwidths. This implies an advantage in connection with maximizing the signal/total noise ratio (S/Nfc). The active-mode target detection range of millimeter-wave contrast seekers is usually limited by the target's signal-to-background (S/NB), i.e., by the terrain-reflected energy, indicating the desirability of minimizing the antenna beamwidth. However, under certain environmental conditions, e.g. low terrain reflectivity and adverse atmospheric conditions, S/Nr become a factor that limits range performance. The size S/Nr is defined as the signal-to-receiver-noise ratio. This is especially the case if you want a relatively long detection distance in a system that operates at the higher millimeter wave frequencies, where stronger atmospheric attenuation occurs. Thus, the maximization of S/Nr will be an important construction factor. Distance resolution in frequency-modulating systems, which are used to minimize noise caused by terrain and precipitation and to measure the distance to the target/terrain, is performed with frequency-gated coupling instead of time-gated coupling. Millimeter wave contrast seekers that use both horizontal paths and nearly vertical paths during target acquisition have been demonstrated. Horizontal track systems can make better use of distance resolution to reduce background clutter during target acquisition, due to the antenna beam suppression angle Y that is usually used (in the order of 25-30 degrees from the horizontal). The distance resolution (area-group) with regard to the capture length on the terrain is increased above the current distance resolution by a factor of 1. It should be noted that for a complete vertical-cos y
system, hvor = 90°, vil den terrengclutterreduksjon som kan realiseres på grunnlag av avstandsoppløsning, være null. Andre typiske forskjeller mellom millimeterbølge-kontrast-søkere for horisontale og tilnærmet vertikale målsøkemodus-baner, innbefatter det anvendte søkemønster og den relaterte måldeteksjonssignal-behandlingsrealisering. system, where = 90°, the terrain clutter reduction that can be realized on the basis of distance resolution will be zero. Other typical differences between millimeter wave contrast seekers for horizontal and near-vertical target acquisition mode paths include the search pattern used and the related target detection signal processing implementation.
Stabilisering av søkersystemet er det middel ved hjelp av hvilket søker-siktelinjen (LOS "seeker line of sight") blir frakoblet og gjort uavhengig av kjøretøylegeme-rotasjon. To fremgangsmåter med hensyn til tidligere kjent teknikk vil her bli kort beskrevet. Der finnes generelt to styreakser, men på fig. 1 og 2 er bare elevasjon anskueliggjort. Ved det kjente system ifølge fig. 1 finnes der to hastighetsgyroskop som er plassert på en antenne 1 på innbyrdes ortogonale akser, en for avføling av elevasjonsbevegelse og den annen for avføling av asimutbevegelse. Et hvilket som helst forstyrrelsesdreiemoment som er indusert av kjøretøyets bevegelse, f.eks. lagerfriksjon, vil ha en tendens til å dreie antennen 1. Hastighetsgyroskopene vil umiddelbart avføle dette, og sende et motsvarende signal til forsterkerne og således til dreiemomentmotorene, som utligner forstyrrelsesdreiemomentene og holder antennehastigheten tilnærmet lik null. Der foreligger et ytterligere forsterker-innsignal fra millimeter-bølgeføleren, som kommanderer antennen 1 til å oppspore målet. Når oppsporingsfeilen £■ er lik null, vil hastighetskommandoen være null. På fig. 1, og mer spesielt med hensyn til elevasjonsstyrekanalen, vil ethvert bevegelsesindusert dreiemoment ha en tendens til å rotere antennen 1 om elevasjonsaksen 9. Elevasjonshastig-hetsgyroskopet 4 avføler rotasjonen og avsender et motsvarende signal til en servoforsterker 3 via en ledning 6 og således til elevasjondreiemomentmotoren 2, som derved holder antennehastigheten hovedsakelig på verdi null. Innsignalet fra klemmen 5 fra millimeterbølgeføleren kommanderer antennen 1 til å oppspore målet. Korreksjonen av asimutaksefeilen foregår på lignende måte. Stabilization of the seeker system is the means by which the seeker line of sight (LOS "seeker line of sight") is disconnected and made independent of vehicle body rotation. Two methods with regard to prior art will be briefly described here. There are generally two steering axes, but in fig. 1 and 2 only elevation is shown. In the known system according to fig. 1 there are two velocity gyroscopes which are placed on an antenna 1 on mutually orthogonal axes, one for sensing elevation movement and the other for sensing azimuth movement. Any disturbance torque induced by the vehicle's motion, e.g. bearing friction, will tend to rotate the antenna 1. The speed gyroscopes will immediately sense this, and send a corresponding signal to the amplifiers and thus to the torque motors, which balance the disturbance torques and keep the antenna speed approximately equal to zero. There is a further amplifier input signal from the millimeter wave sensor, which commands the antenna 1 to track the target. When the tracking error £■ is zero, the velocity command will be zero. In fig. 1, and more particularly with regard to the elevation control channel, any motion induced torque will tend to rotate the antenna 1 about the elevation axis 9. The elevation rate gyroscope 4 senses the rotation and sends a corresponding signal to a servo amplifier 3 via a wire 6 and thus to the elevation torque motor 2 , which thereby keeps the antenna speed essentially at zero. The input signal from terminal 5 from the millimeter wave sensor commands the antenna 1 to track the target. The correction of the azimuth axis error takes place in a similar way.
Ved det kjente gyroskopisk stabiliserte system med to frihetsgrader i henhold til fig. 2, blir en svingmasse 7 brukt direkte for stabilisering av antennen 1. Eventuelle forstyrrende dreiemomenter blir automatisk motvirket av svingmomentet hos svingmassen 7. Små presesjonsfeil blir detektert av millimeterbølgeføleren og der blir automatisk påtrykt kryssakse-dreiemomenter. Dersom f.eks. en elevasjonsfeil kommer til syne, blir en asimutdreiemomentgiver 8 bragt til virkning gjennom servoforsterkeren 3 for å presesere antennen 1 om dennes elevasjonsfeil til null. Asimulfeilkorrigering blir fullført på lignende måte. In the known gyroscopically stabilized system with two degrees of freedom according to fig. 2, a swing mass 7 is used directly to stabilize the antenna 1. Any disturbing torques are automatically counteracted by the swing torque of the swing mass 7. Small precession errors are detected by the millimeter wave sensor and cross-axis torques are automatically applied there. If e.g. an elevation error becomes apparent, an azimuth torque transmitter 8 is brought into action through the servo amplifier 3 to pre-set the antenna 1 about its elevation error to zero. Azimuth error correction is accomplished in a similar manner.
US 3.728.724 omhandler et adaptivt sveipe-frekvensaktivt radarsystem som råder bot på ulempene ved pulsede systemer, idet det forslås en aktiv radar som benytter kontinuerlige bølgesignaler i stedet for pulssignaler. US 3,728,724 deals with an adaptive sweep-frequency active radar system that overcomes the disadvantages of pulsed systems, as it proposes an active radar that uses continuous wave signals instead of pulse signals.
US 3.924.235 omhandler et digitalt antenneposisjonerings-system for antennen for et radarsøkesystem, uten at det benyttes hastighetsgyroskoper. Et digitalt målsøkelinje-feilsignal som representerer feilen mellom radarstrålesøke-linjen og målsøkelinjen for et søkelinje-koordinatsystem blir generert og deretter referert til et fiksert koordinatsystem. Ved et radarsystem som benytter en antenne med et aksesystem svarende til systemet med strålesiktelinjeakse, vil siktelinje-feilsignalet bli referert til et fiksert koordinatsystem ved først å referere feilsignalet til et luftfartøy-aksesystem og deretter til et fiksert koordinatsystem for oppnåelse av et fiksert koordinatreferert feilsignal. Det fikserte koordinatrefererte siktelinje-feilsignal kan deretter benyttes til å generere fikserte koordinatrefererte siktelinjefeilhastighet- og posisjonssig-naler ved bruken av en forhåndsbestemt transferfunksjon samt en integrator med en forhåndsbestemt, fiksert koordinat-systemreferert integrasjonskonstant. Siktelinjeposisjons-signalene som refererer seg til det fikserte koordinatsystem, kan deretter benyttes til å generere antennevinkel-peke-feilsignaler som kan benyttes til å drive antennen i en retning som har en tendens til å nulle ut siktelinje-feilsignalet. US 3,924,235 deals with a digital antenna positioning system for the antenna for a radar search system, without the use of velocity gyroscopes. A digital target seek line error signal representing the error between the radar beam seek line and the target seek line for a seek line coordinate system is generated and then referenced to a fixed coordinate system. In the case of a radar system that uses an antenna with an axis system corresponding to the beam line-of-sight axis system, the line-of-sight error signal will be referenced to a fixed coordinate system by first referencing the error signal to an aircraft axis system and then to a fixed coordinate system to obtain a fixed coordinate-referenced error signal. The fixed coordinate-referenced line-of-sight error signal can then be used to generate fixed coordinate-referenced line-of-sight error velocity and position signals using a predetermined transfer function and an integrator with a predetermined fixed coordinate system-referenced integration constant. The line-of-sight position signals which refer to the fixed coordinate system can then be used to generate antenna angle pointing error signals which can be used to drive the antenna in a direction that tends to zero out the line-of-sight error signal.
Den foreliggende oppfinnelse er definert i de vedføyde krav og skaffer et aktivt frekvensmodulert målsøkesystem med kontinuerlig bølge, med kjøretøylegeme-fiksert hastighets-følerstabilisering. Søkesystemet virker i den aktive frekvensmodulerte radarmodus med kontinuerlig bølge, under bruk av multippelavstandsgrupper for måldeketering og The present invention is defined in the appended claims and provides an active frequency modulated continuous wave targeting system with vehicle body-fixed speed sensor stabilization. The search system operates in the active frequency modulated continuous wave radar mode, using multiple range groups for target detection and
-søking. Søkersystemet skaffer siktelinje-hastighetsstyre-signaler til fartøy- eller flyrammen for å utføre proporsjonal navigasjon. Ved en foretrukken form for oppfinnelsen innbefatter denne en mikrobølgesender som fremskaffer en sveipefrekvensmodulert bærebølge og som også skaffer lokaloscillatorsignaler. En sendermater og fire omgivende mottakermatere samvirker med en antenne som benytter polariseringselementer. Etter signalmiksing vil de forsterk-erstyrte mottatte signaler bli behandlet av et overflate-akustisk bølgefilter som fremskaffer smale frekvenskanaler som tjener som avstandsgrupper. En multiplekser som avsøker multikanal-filterutgangen styrer en måloppnåelsesdetektor som initierer målvinkelettersporing. Den styrer også en differensialforsterker for målsøking hva angår terreng eller bakgrunn pluss målavstand. En avstandssøkegenerator er fremskaffet for repeterende bevegelse av en avstandsgruppe eller -port fra større til mindre enn avstanden fra søkeren til terreng, inntil avstandslåsingen blir instituert ved en avstandslåsterskelstabiliserer. Stabiliseringssystemet er konstruert omkring et dual-akseservosystem som driver et sett av samvirkende slingrebøyler som understøtter polari-serings-dreieplate-antenneaperturen. Takometerhastighets-følere for elevasjon og asimut og posisjonsfølere, som drives både direkte av slingrebøyle-servodreiemomentmotorer er anordnet sammen med et par av sjassismonterte dualakse- - search. The seeker system provides line-of-sight airspeed control signals to the vessel or airframe to perform proportional navigation. In a preferred form of the invention, this includes a microwave transmitter which provides a sweep frequency modulated carrier wave and which also provides local oscillator signals. A transmitter feeder and four surrounding receiver feeders cooperate with an antenna that uses polarizing elements. After signal mixing, the amplified received signals will be processed by a surface acoustic wave filter which provides narrow frequency channels that serve as spacing groups. A multiplexer scanning the multichannel filter output controls a target acquisition detector that initiates target angle tracking. It also controls a differential amplifier for homing in terms of terrain or background plus target distance. A range search generator is provided for repetitive movement of a range group or gate from greater to less than the distance from the seeker to terrain, until the range lock is instituted by a range lock threshold stabilizer. The stabilization system is designed around a dual-axis servo system that drives a set of cooperating wobble arms that support the polarization turntable antenna aperture. Tachometer speed sensors for elevation and azimuth and position sensors, which are driven both directly by sway bar servo torque motors are arranged along with a pair of chassis-mounted dual-axis
hastighetsfølere som skaffer hastigheter for fartøyets stamping, duving og rulling. I systemet er der også innlemmet en slingrebøyleservovinkel-søkekommandogenerator for ervervelse av målet. Oppsporingsdemodulatorer for asimut- og elevasjonsvinkel bestemmer siktelinjen mot målet, feil, og kommandosiktelinjehastighet for slingrebøylene under målsøkingen og gir fra seg siktelinje-proporsjonale signaler til fartøyets autopilot. speed sensors that obtain speeds for the vessel's pitching, pitching and rolling. Also incorporated into the system is a wobbler servo angle search command generator for target acquisition. Tracking demodulators for azimuth and elevation angle determine the line of sight to the target, error, and command line-of-sight velocity for the yaw hoops during homing and provide line-of-sight proportional signals to the vessel's autopilot.
Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i ytterligere detalj ved hjelp av eksempler og under henvisning til de vedføyde tegningsfigurer. Fig. 1 og 2 er skjematiske riss vedrørende kjente målsøker-antennestabiliseringssystemer. Fig. 3 er et blokkskjerna over et millimeter-målfølersystem, idet der er vist de elektriske komponenter og deres innbyrdes kobling, i henhold til den foreliggende oppfinnelse . Fig. 4 er et sideriss delvis i snitt av en antanne og stabiliseringssystem i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 5 er et detaljert blokkdiagram som viser komponentene og deres elektriske forbindelser i stabiliseringssystemet i henhold til fig. 4. Fig. 6 og 7 er hhv. oppriss og asimutriss, delvis i snitt, av trekk ved den antenne som er vist på fig. 4. The invention will now be described in further detail by means of examples and with reference to the attached drawings. Fig. 1 and 2 are schematic drawings regarding known target seeker antenna stabilization systems. Fig. 3 is a block diagram of a millimeter measuring sensor system, showing the electrical components and their mutual connection, according to the present invention. Fig. 4 is a side view, partially in section, of an antenna and stabilization system according to the present invention. Fig. 5 is a detailed block diagram showing the components and their electrical connections in the stabilization system according to Fig. 4. Fig. 6 and 7 are respectively elevation and azimuth view, partly in section, of features of the antenna shown in fig. 4.
Fig. 8 og 9 illustrerer detaljer ved antennematingen. Fig. 8 and 9 illustrate details of the antenna feed.
Fig. 10 er et strømløpsskjerna over vinkeloppsporingdemodula-torer og viser deres elektriske komponenter og deres innbyrdes sammenkobling. Fig. 11 er en logikk-tabell som er nyttig for forklaringen av den foreliggende oppfinnelses virkemåte. Fig. 12 anskueliggjør signalbølgeformer som er nyttige ved forklaring av virkemåten for apparatet i henhold til fig. 10. Fig. 10 is a flow chart of angle tracking modulators showing their electrical components and their interconnection. Fig. 11 is a logic table which is useful for explaining the operation of the present invention. Fig. 12 illustrates signal waveforms which are useful in explaining the operation of the apparatus according to fig. 10.
Fig. 13 er et blokkskjerna over r.f. og i.f. mottakersta-sjonene i søkeren i henhold til den foreliggende oppfin- Fig. 13 is a block core over r.f. and i.f. the receiver stations in the applicant according to the present invention
neise. neise.
Slik det fremgår av fig. 3, som representerer millimeter-bølgelengde-målfølerdelen av den foreliggende oppfinnelse, blir millimeterbølgelengdesender- og lokalisolatorsignaler fremskaffet ved hjelp av en mikrobølgeoscillator 41, som f.eks. kan være en vanlig Gunn diode oscillator. Utgangen fra oscillatoren 41 er via en bølgeleder 28 forbundet med en vanlig, sentralt lokalisert mateenhet 21 for en antenne 20, (se også matesystemet 252 på fig. 9). Antennen 20 kan ha en hvilken som helst vanlig form, innbefattet en foretrukken form som vil bli omtalt i det følgende, men som innbefatter en matrise 244 (fig. 9) av mottakermateenheter som kan gjøres mottakelige på vanlige sykliske eller monopulsmot-takermåter. Et hvilket som helst mottatt ekkosignal blir koblet ved hjelp av en r.f.-bryter 22 via en bølgeleder 27 til en vanlig bredbånd-mikrobølgemikser 44, sammen med et samvirkende lokaloscillatorsignal som er tilkoblet fra oscillatoren 41 via en retningskobler 29 og en bølgeleder 40. Det skal noteres at oscillatoren 41 og følgelig de overførte og lokaloscillator-inngangssignaler omfatter en kontinuerlig bølge med frekvensmodulerte signaler. Et linjeært sveipesignal for oscillatoren 41 kan bli tilført fra en spenningsstyrt oscillator 43 og en vanlig lineæriser-ende krets 42, dersom det måtte være påkrevet. Oscillatoren 43 blir styrt av innkommende signaler som selekteres av en bryter 45, idet signalene fremkommer på ledningene 47 og 48, slik det vil bli forklart i det følgende. As can be seen from fig. 3, which represents the millimeter-wavelength target sensor portion of the present invention, millimeter-wavelength transmitter and local isolator signals are provided by a microwave oscillator 41, such as can be a regular Gunn diode oscillator. The output from the oscillator 41 is connected via a waveguide 28 to an ordinary, centrally located feed unit 21 for an antenna 20 (see also the feed system 252 in Fig. 9). The antenna 20 may be of any conventional form, including a preferred form which will be discussed below, but which includes an array 244 (Fig. 9) of receiver feed units which can be made receptive in conventional cyclic or monopulse receiver modes. Any received echo signal is coupled by means of an r.f. switch 22 via a waveguide 27 to a conventional broadband microwave mixer 44, together with a cooperating local oscillator signal coupled from the oscillator 41 via a directional coupler 29 and a waveguide 40. It shall note that the oscillator 41 and consequently the transmitted and local oscillator input signals comprise a continuous wave of frequency modulated signals. A linear sweep signal for the oscillator 41 can be supplied from a voltage-controlled oscillator 43 and a conventional linearizing circuit 42, if required. The oscillator 43 is controlled by incoming signals which are selected by a switch 45, the signals appearing on the lines 47 and 48, as will be explained below.
Det skal forstås av fagfolk på området at oppfinnelsen slik den blir beskrevet her, kan brukes over et bredt område av frekvenser. Spesielt gunstig er drift ved 30 GHz til 100 GHz i millimeterbølgelengde-frekvensområdet. It should be understood by those skilled in the art that the invention as described here can be used over a wide range of frequencies. Operation at 30 GHz to 100 GHz in the millimeter wavelength frequency range is particularly advantageous.
Mikseren 44 mater en mellomfrekvens-forsterker med forholdsvis smalt bånd, som tilføres et forsterkerstyresignal, slik det vil bli forklart senere, via en ledning 84 fra en multiplekser 83. Utgangen fra en i.f. forsterker 8 grener seg i respektive grenbaner 86, 87, og 89 til hhv. et multikanalfilter 81, en begrenserdiskriminator 88, og en terskeldetektor 90, slik det vil bli nærmere forklart i det følgende. The mixer 44 feeds an intermediate frequency amplifier with a relatively narrow band, which is supplied with an amplifier control signal, as will be explained later, via a line 84 from a multiplexer 83. The output from an i.f. reinforces 8 branches in respective branch paths 86, 87, and 89 to resp. a multi-channel filter 81, a limiter discriminator 88, and a threshold detector 90, as will be explained in more detail below.
Multikanalfilteret 81 mottar et i.f. utgangssignal på en ledning 86 og kan omfatte n konvensjonelle parallelle overflateakustiske bølgefiltere for gjennomslipning av side om side anordnede tilgrensende, smale frekvensbånd av signaler som representerer en flerhet av smale frekvensbånd eller avstandsgrupperinger. De n utganger fra filteret 81 passerer hver for seg gjennom et sett eller en gruppe av en tilsvarende flerhet av dioder, med en polaritet som vist på figuren, til n innganger til multiplekseren 83, idet denne skaffer organer for avsøkning av flerheten av utganger. Det smale multikanalbåndfilter 81 fremskaffer smale avstandsgrupperinger, slik at man oppnår høy avstandsoppløsning, typisk 0,5% - 2% av heiningsavstanden. Dette blir benyttet for å redusere terrengclutter som konkurrerer med målsig-nalet. Antennestrålens terrengoppfanging kan f.eks. inndeles i 16 områder, som er smale i avstandsretningen, ved bruken av 16 avstandsgrupperinger. The multichannel filter 81 receives an i.f. output signal on a line 86 and may comprise n conventional parallel surface acoustic wave filters for passing through side-by-side arranged adjacent narrow frequency bands of signals representing a plurality of narrow frequency bands or distance groupings. The n outputs from the filter 81 pass separately through a set or group of a corresponding plurality of diodes, with a polarity as shown in the figure, to n inputs to the multiplexer 83, the latter providing means for scanning the plurality of outputs. The narrow multi-channel band filter 81 provides narrow distance groupings, so that a high distance resolution is achieved, typically 0.5% - 2% of the fence distance. This is used to reduce terrain clutter that competes with the target signal. The antenna beam's terrain reception can e.g. is divided into 16 areas, which are narrow in the distance direction, by the use of 16 distance groupings.
Multiplekseren 83 skaffer spesielle, resp. avgreningsut-ganger på ledninger 84, 85 og 72. Utgangen på ledningen 84 representerer det foran nevnte forsterkerstyresignal som brukes f.eks. av i.f. forsterkeren 8, mens feilsignalkompo-nentene på ledningen 85 blir tilført de første innganger til asimut- og elevasjons-servodemodulatorene 67 og 68. Ledningen 72 tilfører det samme utgangssignal til en mål 9 ervervelsedetektor 71, idet sistnevnte initierer automatisk målvinkelsøking gjennom operasjon av en link 70 og følgende bevegelse av bryterne 65 og 66 til høyre på fig. 3 av tegningen. For tilførsel av et vinkelsøke-fasereferansesig-nal i demodulatorene 67, 68 er der tilgjengelig vanlige kvadraturreferansesignaler i en r.f. bryter 22 på grunn av den autonome referansegenerator som rommes deri, idet referansesignalene føres via en ledning 26 til demodulatorene 67, 68 hvor de benyttes sammen med signalene på ledningen 85 for å fremskaffe asimut- og elevasjonsfeilsig-naler for respektive tilførsler, via ledninger hhv. 63, 64, til hhv. asimut- og elevasjonsservoene 60 og 61. Hastighets-følere som vil bli nærmere omtalt i det følgende, og som er angitt ved den eneste pakke 62, fremskaffer stabiliserings-signaler til servoene 60, 61. Når der blir ervervet et mål, vil siktelinjen for antennen 20 bli styrt i asimut og elevasjon ved hjelp av servomotorene 60 og 61 og de respektive forbindelser 23 og 24, slik det vil bli omtalt senere. Dersom det ikke foreligger noe ervervelsesdetek-sjonssignal ved detektoren 71, vil bryterne 65, 66 bevege seg til venstre på fig. 3, slik at der ikke foreligger noe inngangssignal til elevasjonsservomotoren 61. På den annen side vil bryteren 65 koble inngangen til asimut servomotoren 60 til en søkekommandogenerator 69 som tjener til avsøking av asimut-søkingen. The multiplexer 83 provides special, resp. branch outputs on lines 84, 85 and 72. The output on line 84 represents the aforementioned amplifier control signal which is used e.g. of i.f. the amplifier 8, while the error signal components on the line 85 are supplied to the first inputs of the azimuth and elevation servo demodulators 67 and 68. The line 72 supplies the same output signal to a target 9 acquisition detector 71, the latter initiating automatic target angle search through operation of a link 70 and the following movement of switches 65 and 66 to the right in fig. 3 of the drawing. For the supply of an angle search phase reference signal in the demodulators 67, 68, ordinary quadrature reference signals are available in an r.f. switch 22 because of the autonomous reference generator housed therein, the reference signals being fed via a line 26 to the demodulators 67, 68 where they are used together with the signals on the line 85 to provide azimuth and elevation error signals for respective supplies, via lines or 63, 64, to respectively the azimuth and elevation servos 60 and 61. Velocity sensors, which will be discussed in more detail below, and which are indicated by the single package 62, provide stabilization signals to the servos 60, 61. When a target is acquired, the line of sight for the antenna 20 be controlled in azimuth and elevation by means of the servomotors 60 and 61 and the respective connections 23 and 24, as will be discussed later. If there is no acquisition detection signal at the detector 71, the switches 65, 66 will move to the left in fig. 3, so that there is no input signal to the elevation servo motor 61. On the other hand, the switch 65 will connect the input to the azimuth servo motor 60 to a search command generator 69 which serves to scan the azimuth search.
Slik det er angitt ovenfor, vil en avgrenet utgang fra i.f. forsterkeren 80 på ledningen 87 bli tilført via ledningen 87 til begrenser-diskriminatoren 88, og via en ledning 89 til en terskeldetektor 90. Mangel på et signal som blir detektert av terskeldetektoren 90, innebærer intet utgangssignal ved terminal 73 fra detektoren 90, og der vil ikke bli tilført noe signal ved den samme terminal 73 som et inngangssignal til søkekommandogeneratoren 69. Under disse forhold vil søkekommandogeneratoren 69 ikke fremskaffe et triangelbølgeutsignal på ledningen 63, fordi asimut-avsøkningen ikke er ønsket før terrengavstandslåsingen finner sted. As stated above, a branched output from the i.f. the amplifier 80 on line 87 is supplied via line 87 to the limiter-discriminator 88, and via a line 89 to a threshold detector 90. Lack of a signal detected by the threshold detector 90 means no output signal at terminal 73 from the detector 90, and there will no signal be applied at the same terminal 73 as an input signal to the search command generator 69. Under these conditions, the search command generator 69 will not provide a triangle wave output signal on the wire 63, because the azimuth scan is not desired until the terrain distance locking takes place.
Terskeldetektoren 90 tjener som avstandslåsedetektor og styrer også et indre påvirkningsorgan for å bevege ledd 46a, 46b opp og ned på fig. 3. På denne måte vil enten utgangen på ledningen 48 fra områdesøkegeneratoren 97 eller fra en integrator 92 på ledningen 47, kunne tilføres de respektive RS eller RT terminaler hos relébryteren 45. Avstands- eller områdesøkegeneratoren 97 fremskaffer en sagtannbølge for repetisjonsmessig å bevege avstandsgrupperingen eller -porten fra et større eller et mindre enn avstanden fra søkeren til terrenget inntil avstandslåsing finner sted. The threshold detector 90 serves as a distance lock detector and also controls an internal actuator to move joints 46a, 46b up and down in fig. 3. In this way, either the output of the line 48 from the area search generator 97 or from an integrator 92 on the line 47 can be supplied to the respective RS or RT terminals of the relay switch 45. The distance or area search generator 97 produces a sawtooth wave to repetitively move the distance grouping or - the gate from a distance greater or less than the distance from the seeker to the terrain until distance locking takes place.
Avstandssøkefunksjonen gjør bruk av et fullt aktivt i.f. båndbredde-utsignal (effektivt en bred gruppe eller gruppering) for til å begynne med å låse på terrenget, noe som utnytter i større grad terrengreflektert energi sammenlignet med hva som vil være tilgjengelig fra et av de smale områdegruppefiltre hos multikanalfilteret. Det skal erkjennes at i et sveipefrekvensmodulert aktivt radarsystem med kontinuerlig bølge, kan avstanden til terreng eller terreng pluss mål kunne måles for å holde den aktive i.f. senter-(bit)frekvens hovedsakelig konstant og sentrert inne i i.f. båndet. Detektering kan finne sted i hvilke som helst av avstandsgrupperingene (f.eks. gruppering n på fig. 3). Multiplekseren 83 avsøker avstandsgruppefiltrene 81 og ervervelsesdetektoren 71 selekterer gruppen sammen med målet. Denne detektor 71 kan være en enkel terskelnivådetek-tor, eller den kan være en målsignaldetektor i likhet med det som er beskrevet på fig. 2 i US patentskrift 4.150.379. På en lignende måte vil de selekterte (n-1) og (n+1) " signaler fra multiplekseren 83 kunne tilføres via ledningene 95, 96 til en forsterker 94, for å fremskaffe et differensi-alutsignal via ledningen 93 til en klemme på en relébryter 91. Avstandssøking etter detektering av målet blir utført med sammenligning av energi i alternerende (n-1) og (n+1) område grupperinger, f.eks. grupperinger 3 og 5 dersom målet befinner seg i gruppering 4. De riktige grupperinger for avstandssøking, dvs. på hver side av målgruppen, blir automatisk selektert ved hjelp av multiplekseren 83 på tidspunktet for måldetektering. I henhold til posisjonen av leddet 46b, vil utgangen fra differensialforsterkeren 94 kunne kobles til integratoren 92, eller alternativt, utgangen fra begrenserdiskriminatoren 88 kan tilkobles integratoren 92. The distance search function makes use of a fully active i.f. bandwidth output signal (effectively a wide group or grouping) to initially lock onto the terrain, which makes greater use of terrain-reflected energy compared to what would be available from one of the narrow area group filters of the multichannel filter. It should be recognized that in a sweep frequency modulated active continuous wave radar system, the distance to terrain or terrain plus target may be measured to keep the active i.f. center (bit) frequency essentially constant and centered inside the i.f. the tape. Detection can take place in any of the distance groupings (eg grouping n in Fig. 3). The multiplexer 83 scans the distance group filters 81 and the acquisition detector 71 selects the group together with the target. This detector 71 can be a simple threshold level detector, or it can be a target signal detector similar to what is described in fig. 2 in US patent document 4,150,379. In a similar way, the selected (n-1) and (n+1)" signals from the multiplexer 83 could be supplied via the lines 95, 96 to an amplifier 94, to provide a differential output signal via the line 93 to a terminal on a relay switch 91. Range finding after detection of the target is performed by comparing energy in alternating (n-1) and (n+1) area groupings, for example groupings 3 and 5 if the target is in grouping 4. The correct groupings for distance search, i.e. on either side of the target group, is automatically selected at the time of target detection by the multiplexer 83. According to the position of the link 46b, the output of the differential amplifier 94 can be connected to the integrator 92, or alternatively, the output of the limiter discriminator 88 can the integrator 92 is connected.
Under henvisning til fig. 4 vil virkemåte for antennen 20 på fig. 3 nå bli beskrevet i en omtale som er begrenset til elevasjonsaksen for systemet. Det vil være innlysende at det aktuelle system benytter avsøking og stabilisering om to innbyrdes perpendikulære akser. Antennen som er av dual modus med rask skandering og rask søking, er hensiktsmessig en innretning med meget lite treghetsmoment, hvilket eliminerer unødige antennedrivkrefter. På fig. 4 er matesystemet 103 sentrert hovedsakelig ved fartøyets akse, og er innrettet til å bestråle en fast, symmetrisk anordnet parabol reflektor 101. Reflektoren 101 er en vanlig polarisasjonsfølsom, formet plate eller ark og reflekterer eller sender ut energi som faller på den, avhengig av polarisasjonsplanet for den innfalne millimeterenergi. Det primære matehorn 252 (fig. 9) for antennemateren 103 (eller 244) blir polarisert slik at parabolreflektoren 101 reflekterer og fokuserer den sfæriske bølge som faller inn på den i en flat fasefront. Den kolimerte senderstråle som blir dannet på denne måte, blir rettet mot avsøkningsspeilet 102. Dette er innrettet på en vanlig måte å dreie polarisasjonsplanet for den flate fasefront gjennom 90 grader og reflekterer den elektromagnetiske stråle bakover mot parabolreflektoren i en ny retning som er bestemt ved vinkelstillingen av speilet 102. Fordi det reflekterte strålingsmønster er polarisert ortogonalt i forhold til polarisasjonen for det initierende matehorn 252, vil det bli ført med små tap direkte gjennom den polarisasjonsdis-kriminerende parabolske fokuserende reflektor 101. Reflektoren 101 kan tjene som en radom for apparatet, eller der kan benyttes en separat radom 100. With reference to fig. 4 will work for the antenna 20 in fig. 3 now be described in a discussion that is limited to the elevation axis of the system. It will be obvious that the system in question uses scanning and stabilization about two mutually perpendicular axes. The antenna, which is of dual mode with fast scanning and fast searching, is suitably a device with very little moment of inertia, which eliminates unnecessary antenna driving forces. In fig. 4, the feed system 103 is centered essentially at the axis of the vessel, and is arranged to irradiate a fixed, symmetrically arranged parabola reflector 101. The reflector 101 is a conventional polarization-sensitive, shaped plate or sheet and reflects or emits energy incident on it, depending on the plane of polarization for the incident millimeter energy. The primary feed horn 252 (Fig. 9) for the antenna feeder 103 (or 244) is polarized so that the parabolic reflector 101 reflects and focuses the spherical wave incident on it in a flat phase front. The collimated transmitter beam thus formed is directed at the scanning mirror 102. This is arranged in a conventional manner to rotate the plane of polarization of the flat phase front through 90 degrees and reflects the electromagnetic beam backwards towards the parabolic reflector in a new direction determined by the angular position of the mirror 102. Because the reflected radiation pattern is polarized orthogonally to the polarization of the initiating feed horn 252, it will be passed with little loss directly through the polarization discriminating parabolic focusing reflector 101. The reflector 101 may serve as a radome for the apparatus, or a separate radome 100 can be used.
Detaljer ved mikrobølgekonstruksjonen som benyttes ved oppbygning av antennereflektoren 101, 102 trenger nødven-digvis ikke danne en ny del av den foreliggende oppfinnelse, fordi der foreligger en flerhet av lett tilgjengelige løsninger på problemet. Leon Schwartzman og Robert W. Martin omtaler et praktisk arrangement i det tekniske tidsskrift: "A Rapid Wide-Angle Scanning Antenna with Miminum Beam Distortion", utgitt under Proceeding of the Fifth Annual East Coast Conference on Aeronautical and Navigational Electronics, oktober 1958. Details of the microwave construction used in building the antenna reflector 101, 102 do not necessarily need to form a new part of the present invention, because there are a plurality of easily accessible solutions to the problem. Leon Schwartzman and Robert W. Martin describe a practical arrangement in the technical journal: "A Rapid Wide-Angle Scanning Antenna with Miniminum Beam Distortion", published in Proceedings of the Fifth Annual East Coast Conference on Aeronautical and Navigational Electronics, October 1958.
Martin og Schwartzman benyttet en parabolsk fokuseringsdel 101 bestående av en bikube-mellomlagskonstruksjon av aluminium, til hvilken der var festet et gitter i form av en metallstrimmel. Gitterstørrelsen og mellomrommene og mellomlagsdimensjonene ble avbalansert for å sikre reflek-sjon for en polarisasjon og kraftig transmisjon for ortogonal polarisasjon. Martin and Schwartzman used a parabolic focusing part 101 consisting of an aluminum honeycomb interlayer structure to which was attached a grating in the form of a metal strip. The grid size and the spaces and interlayer dimensions were balanced to ensure reflection for one polarization and strong transmission for orthogonal polarization.
Ved den foreliggende oppfinnelse omfatter den parabole fokuseringsreflektor 101 den ovenfor omtalte flate metall-strimmelrist som er bundet til et tverrbundet styren-kopolymer substrat som vanligvis brukes som et mikrobølge-dielektrisk materiale, f.eks. et slikt materiale som er fremstilt under handelsnavnet "Rexolite" og markedsført av Oak Materials Group, Inc., Franklin, New Hampshire 03235, USA. Avsøkningsspeilet 102 har en to-foldig funksjon, idet det for det første innfører et lineært faseskift på den flate fasefront. Det mønster som følger av dette, blir derfor det sekundære mønster av et konstantfase-aperturfelt som blir dreiet gjennom en vinkel som er to ganger vinkel-forskyvningen hos avsøkningsspeilet 102. For det annet dreier avsøkningesspeilet 102 polarisasjonen for den energi som faller på den, gjennom 90 grader. Avsøkningsspeilet 102 benytter en gitterdel som er likt det som foreligger i paraboloidreflektoren 101, og som kan omfatte et lag med lavdielektrisk, f.eks. isocyanatskum over et metalljordings-plan, med en orientering i den langsgående retning på 45 grader i forhold til den aktuelle poarisasjon. Ved den foreliggende oppfinnelse kan der benyttes en glassmikro-fiber-forsterket PTF-materiale som vanligvis benyttes for strimmellinje- og mikrostrimmelkretsanvendelser, f.eks. av den type som er produsert under navnet "duroid" og markeds-føres av Rogers Corporation, Micromet Division, Box 700, Chandler, Arizona 85224, USA, istedenfor isocyanatskum. In the present invention, the parabolic focusing reflector 101 comprises the above-mentioned flat metal strip grating which is bonded to a cross-linked styrene copolymer substrate which is usually used as a microwave dielectric material, e.g. one such material manufactured under the trade name "Rexolite" and marketed by Oak Materials Group, Inc., Franklin, New Hampshire 03235, USA. The scanning mirror 102 has a two-fold function, in that it firstly introduces a linear phase shift on the flat phase front. The resulting pattern therefore becomes the secondary pattern of a constant-phase aperture field that is rotated through an angle twice the angular displacement of scanning mirror 102. Second, scanning mirror 102 rotates the polarization of the energy incident on it through 90 degrees. The scanning mirror 102 uses a grating part which is similar to that present in the paraboloid reflector 101, and which may comprise a layer of low dielectric, e.g. isocyanate foam over a metal grounding plane, with an orientation in the longitudinal direction of 45 degrees in relation to the polarization in question. In the present invention, a glass microfiber-reinforced PTF material can be used, which is usually used for stripline and microstrip circuit applications, e.g. of the type manufactured under the name "duroid" and marketed by Rogers Corporation, Micromet Division, Box 700, Chandler, Arizona 85224, USA, instead of isocyanate foam.
Det skal forstås av fagfolk på området at antennen 20 er fortrinnsvis en kompakt innretning med lite treghetsmoment og forbruker liten effekt, noe som tillater maksimal apertur og minimal antennestråleoppfanging på terrengnivå. Den bestrålte bakgrunnsclutter i den aktive modus, blir minimert, like så vel som bakgrunnsstrålingseffekten ved mottakerinngangen under den passive modus. Fordi antenne-mønsteret blir styrt av en vinkel som er to ganger vinkel-bevegelsen for dreieplatespeilet 102, vil det totale synsfelt for antennen 20 i begge plan bli maksimert. Fordi antennematerne 244 er stasjonære, kan man eliminere en konisk skanderingsmotor, såvel som komplekse dreibare mikrobølgeforbindelser. It should be understood by those skilled in the art that the antenna 20 is preferably a compact device with a low moment of inertia and consumes little power, which allows for maximum aperture and minimal antenna beam interception at terrain level. The radiated background clutter in the active mode is minimized, as well as the background radiation effect at the receiver input during the passive mode. Because the antenna pattern is controlled by an angle that is twice the angular movement of the turntable mirror 102, the total field of view of the antenna 20 in both planes will be maximized. Because the antenna feeders 244 are stationary, a conical scan motor can be eliminated, as well as complex rotary microwave connections.
Slik det ytterligere fremgår av det forenklede singelakse-system på fig. 4, og i avsøkningsmodus, vil mottakerhornene 251 og 254, slik det fremgår av fig. 9, tilføre elevasjons-feildata v>j for følerbehandling av målfølersystemet 104 vist i detalj på fig. 3, og således fremskaffe siktelinjehastig-hetsdata på ledningen 116 for bruk av elevasjonsaksen hos fartøy-flystyresystemet eller autopiloten 115 for operasjon av en elevasjonstyreflate 115a. Dette signal er også via en ledning 117 koblet til en inngang til en summeringsanordning 112, med spenningsinnganger som vist. Hoveddelhastighetssig-naler som blir fremskaffet av en hoveddelhastighetsanordning 113 blir fiksert i forhold til fartøyets hoveddel ved hjelp av et underlag 114 og er forbundet til en annen inngang til summeringsanordningen 112. Avsøkningssløyfen er kompletert via summeringsanordningen 112, en analog-amplitude-divider-med-to-krets 111, en annen summeringsanordning 110, en servoforsterker 109, og dreiemomentmotoren 106 for drift av et ledd 105 som beveger avsøkningsreflektoren 102 om sin elevasjonsakse. En hastighetsstabiliseringssløyfe er innsatt i en bane fra takometeret 107 som drives av dreiemomentmotoren 106 gjennom en ledning 108, den annen summeringsanordning 110, forsterkeren 109, og dreiemomentmotoren 106. Det skal forstås at et operativsystem vil inneholde et asimutstyresystem i likhet med elevasjonsstyringen på fig. As can further be seen from the simplified single-axis system in fig. 4, and in scanning mode, the receiver horns 251 and 254, as can be seen from fig. 9, supply elevation error data v>j for sensor processing of the target sensor system 104 shown in detail in FIG. 3, and thus provide line-of-sight velocity data on line 116 for use of the elevation axis by the aircraft flight control system or autopilot 115 for operation of an elevation control surface 115a. This signal is also connected via a line 117 to an input to a summing device 112, with voltage inputs as shown. Main part speed signals which are provided by a main part speed device 113 are fixed in relation to the vessel's main part by means of a substrate 114 and are connected to another input of the summing device 112. The scanning loop is completed via the summing device 112, an analog-amplitude-divider-with- two-circuit 111, another summing device 110, a servo amplifier 109, and the torque motor 106 for operating a link 105 which moves the scanning reflector 102 about its elevation axis. A speed stabilization loop is inserted in a path from the tachometer 107 which is driven by the torque motor 106 through a line 108, the second summing device 110, the amplifier 109, and the torque motor 106. It should be understood that an operating system will include an azimuth control system similar to the elevation control of FIG.
4, for drift av en flyvestyreflate om sin asimutakse. 4, for operation of a flight control surface about its azimuth axis.
Ved en typisk anvendelse av terminalføringssøkesystemet, vil søkerautopiloten styre flyvningen av fartøyet i en horisontal bane under målsøkingen i asimut med antennen presset under horisonten med en vinkel på ca 25-30 grader. Før den ankommer målområdet blir søkeren aktivisert og der initieres avstandssøkning, hvorved der benyttes den brede grupperingsfulle aktive i.f. båndbredde. Terrenglåsing finner sted innenfor den første til tredje avstandssøkeperi-ode, og avstandssøking blir initiert, dvs. avstandssøkebryt-eren 45 blir slått over fra søking til ettersporing. Med avstands-/søkeoppsporingsbryteren 45 i oppsporingsstilling, vil inngangen fra den spenningsstyrte oscillator 43 og sveiperepetisjonsfrekvensen for f.m. oscillatoren 41 bli styrt fra bredgrupperingsavstand-målsøkingutgangssignalet, noe som holder støtfrekvensen sentrert i det aktive i.f. bånd. Etter avstandsoppsporingsinitiering, vil der blir initiert vinkelsøking enten automatisk eller ved hjelp av et tidtagersignal. Målsøking blir utført ved variasjon av antenneasimutposisjonen frem og tilbake under en fiksert hastighet for å fullføre en syklisk asimut avsøkning, som dekker avskjermede områder i terrenget. Dekning av søkeom-rådet i avstandsretningen er et resultat av fartøyets bevegelse fremover. En forhåndsbestemt horisontal søkebredde kan varieres fra meget få grader, f.eks. + 3 grader, til den fulle asimut-slingrebøylegrensekapasitet, f.eks. + 20 grader, etter ønske og avhengig av den begrensning som er gitt ved hastigheten fremover for fartøyet. Et punkmål som blir detektert i en av de smale avstandsgrupperingskanaler av ervervelsesdetektoren 71 vil overføre søkeren fra vinkelsøking til ettersporing. Utgangene fra vinkeloppspor-ingdemodulatoren 67, 68 vil da styre bevegelsen av asimut-og elevasjonsantenneaperturslingrebøylene for å kunne utføre målvinkelettersporing. På tidspunktet for initiering av målvinkelettersporing, vil signaler som er proporsjonale med søkertilmål elevasjon og asimut-siktelinjehastighet bli matet til autopiloten 115 for proporsjonal navigasjonsfør-ing. Denne type navigasjon benytter en hastighetsendring for fartøyets kurs som er proporsjonal med dreiehastigheten fartøy-tilmål og krever således informasjon fra søkeren vedrørende siktelinjehastighet. Idet der benyttes sekvensiell lobing (eller monopuls) for antennestrålen, vil vinkelettersporingsdemodulatorene 67, 68 måle posisjonen for antennelobemønstersenteret i forhold til målposisjonen og fremskaffe elevasjons- og asimut-feil. Feilsignalene blir benyttet til å drive antenneslingrebøylene med hastigheter som er proporsjonale med feilene og disse er således i virkeligheten hastighetssignaler for siktelinjen. De samme hastighetssignaler med kondisjonering blir matet til fartøyets autopilot. In a typical application of the terminal guidance search system, the seeker autopilot will control the flight of the vessel in a horizontal path during the target search in azimuth with the antenna pressed below the horizon at an angle of about 25-30 degrees. Before it arrives at the target area, the seeker is activated and a distance search is initiated, whereby the broad grouping-full active i.f. bandwidth. Terrain locking takes place within the first to third range search periods, and range search is initiated, i.e. the range search switch 45 is switched from search to tracking. With the range/search trace switch 45 in the trace position, the input from the voltage controlled oscillator 43 and the sweep repetition frequency for f.m. the oscillator 41 be controlled from the wide grouping distance homing output signal, which keeps the shock frequency centered in the active i.f. band. After distance tracking initiation, angle tracking will be initiated either automatically or by means of a timer signal. Target acquisition is performed by varying the antenna azimuth position back and forth at a fixed speed to complete a cyclic azimuth scan, which covers shielded areas in the terrain. Coverage of the search area in the distance direction is a result of the vessel's forward motion. A predetermined horizontal search width can be varied from a very few degrees, e.g. + 3 degrees, to the full azimuth yaw bar limit capacity, e.g. + 20 degrees, as desired and depending on the limitation given by the forward speed of the vessel. A point target that is detected in one of the narrow range grouping channels by the acquisition detector 71 will transfer the seeker from angle search to tracking. The outputs from the angle tracking demodulator 67, 68 will then control the movement of the azimuth and elevation antenna aperture swing brackets in order to be able to perform target angle tracking. At the time of initiation of target angle tracking, signals proportional to seeker-target elevation and azimuth line-of-sight velocity will be fed to the autopilot 115 for proportional navigation guidance. This type of navigation uses a speed change for the vessel's course that is proportional to the turning speed of the vessel-target and thus requires information from the seeker regarding line-of-sight speed. Since sequential lobing (or monopulse) is used for the antenna beam, the angle tracking demodulators 67, 68 will measure the position of the antenna lobe pattern center in relation to the target position and produce elevation and azimuth errors. The error signals are used to drive the antenna swing arms at speeds that are proportional to the errors and these are thus in reality speed signals for the line of sight. The same speed signals with conditioning are fed to the vessel's autopilot.
Venster 250, opp 251, høyre 253 og ned 254 bølgeledematere (fig. 9) kan avsøkes i venstre-høyre og opp-ned par ved hjelp av i.f. bryteren på fig. 10 via i.f. kretsen på fig. 13. Inngangsterminalene 261, 262, 263 og 264 er koblet til terminalene hhv. 312, 311, 310 og 313, og er ytterligere forbundet med inngangsterminalene til bryterne 265a og 265b, idet de midtre utgangsterminaler på sin side er koblet til inngangsterminalene til bryterne 266a og 266b, samtidig som de gjenværende utgangsterminaler er forbundet med motstander 272, 273, 274 og 275. Utgangsterminalene fra bryterne 266a og 266b er forbundet med inngangsterminaler til differensialforsterkere 267 og 268 med polkobling som vist på fig. 10. En bryterpåvirkningsanordning 267 påvirker bryterne 265a, 265b, 266a og 266b og vil ytterligere tilføre et brytersignal f-| til portterminalinngangene 267a, 268b hos de portkoblede differensialforsterkere hhv. 267 og 268. Utgangsterminalene 270 og 271 fra differensialforsterkerne 267 og 268 er forbundet med elevasjonsservomotoren 60 og asimutserbomotoren 61, hver for seg. Left 250, up 251, right 253 and down 254 waveguide feeders (Fig. 9) can be scanned in left-right and up-down pairs using the i.f. the switch in fig. 10 via i.f. the circuit of fig. 13. The input terminals 261, 262, 263 and 264 are connected to the terminals resp. 312, 311, 310 and 313, and are further connected to the input terminals of switches 265a and 265b, the middle output terminals being in turn connected to the input terminals of switches 266a and 266b, while the remaining output terminals are connected to resistors 272, 273, 274 and 275. The output terminals from switches 266a and 266b are connected to input terminals of differential amplifiers 267 and 268 with pole connection as shown in fig. 10. A switch influencing device 267 affects the switches 265a, 265b, 266a and 266b and will further supply a switch signal f-| to the gate terminal inputs 267a, 268b of the gate-connected differential amplifiers respectively. 267 and 268. The output terminals 270 and 271 of the differential amplifiers 267 and 268 are connected to the elevation servo motor 60 and the azimuth servo motor 61, respectively.
Under drift vil bryterpåvirkningsanordningen 265, som kan benytte seg av logikkporter og mikroprosessorstyring for fremskaffelse av brytersignaler f-j og ±2 slik det fremgår av fig. 12 og hhv. bølgeformer 280 og 281, være innrettet til å påvirke bryterne 265a, 265b, 266a og 266b i henhold til signalene f-| og ±2- Frekvensen av signalet f-| er to ganger det for f2 og er fasetilpasset som vist på fig. 12. Slik det fremgår av fig. 10, vil bryterne 265a, 265b, 266a og 266b være posisjonert for kontakt med de øvre terminaler, når signalene f-| og f2 har en verdi lik null, og vil befinne seg i den nedre posisjon når f-| og f2 har en verdi lik en. Således blir bryterutgangssignalene fa og f^ styrt av logikktabellen i henhold til fig. 11, slik at utgangssignalene fa og f^ kommer til syne på ledningene 276 og 277, og omfatter signaler svarende til opp-ned og høyre-venstre signalparene. Signalparene er forbundet med den portkoblede differensialforsterker 267 og 268 som filfører et signal til deres utgangsterminaler lik forskjellen mellom fa og ffc, dvs. fa-fb. Differensialforsterkerne 267 og 268 blir slått på og av ved hjelp av portkoblingssignalet f1, slik at opp-ned forskjellssignalet blir tilført utgangsterminalen 270, og høyre-venstre differansesignalene blir tilført utgangsterminalen 271. En inverter 269 inverterer signalet f-j og i den forbindelse blir dif f erensialforsterkerne 267 og 268 alternerende portkoblet på og av. During operation, the switch influencing device 265, which can make use of logic gates and microprocessor control for the production of switch signals f-j and ±2, as can be seen from fig. 12 and respectively waveforms 280 and 281, be arranged to actuate the switches 265a, 265b, 266a and 266b according to the signals f-| and ±2- The frequency of the signal f-| is twice that of f2 and is phase matched as shown in fig. 12. As can be seen from fig. 10, the switches 265a, 265b, 266a and 266b will be positioned for contact with the upper terminals, when the signals f-| and f2 has a value equal to zero, and will be in the lower position when f-| and f2 has a value equal to one. Thus, the switch output signals fa and f^ are controlled by the logic table according to fig. 11, so that the output signals fa and f^ appear on the lines 276 and 277, and comprise signals corresponding to the up-down and right-left signal pairs. The signal pairs are connected to the gated differential amplifier 267 and 268 which feeds a signal to their output terminals equal to the difference between fa and ffc, i.e. fa-fb. The differential amplifiers 267 and 268 are switched on and off by means of the gate switching signal f1, so that the up-down difference signal is supplied to the output terminal 270, and the right-left differential signals are supplied to the output terminal 271. An inverter 269 inverts the signal f-j and in this connection the differential amplifiers become 267 and 268 alternately ported on and off.
Opp-ned differansesignalet som forekommer på utgangsterminalen 270, blir forsterket i mellomliggende frekvensforsterkere, hvoretter signalene behandles ved hjelp av elevasjonsvinkel-ettersporingsdemodulatorkretser, og deretter forbundet med elevasjonsservomotoren 61. Høyre-venstre differansesignalene som blir tilgjengelige på utgangsterminalen 271, blir forsterket i mellomliggende frekvensforsterkere, hvoretter de blir behandlet ved hjelp av asimutvinkel-ettersporingsdemodulatorkretser, og deretter koblet til asimutservomotoren 60. The up-down difference signal occurring at the output terminal 270 is amplified in intermediate frequency amplifiers, after which the signals are processed by means of elevation angle tracking demodulator circuits, and then connected to the elevation servo motor 61. The right-left difference signals that become available at the output terminal 271 are amplified in intermediate frequency amplifiers, after which they are processed by azimuth angle tracking demodulator circuits, and then coupled to the azimuth servo motor 60.
Alternativt kan opp-ned, høyre-venstre antenneutgangssignal-ene bli avsøkt ved antennematerne istedenfor i.f. frekvenser, idet en slik oppsetting er vist på fig. 13. Inngangsterminalene 290, 291, 292 og 293 er forbundet med bølgeleder-matere 250, 251, 253 og 254 og dessuten forbundet med miksere hhv. 300, 301, 302 og 303. r.f oscillatorsignalet fra oscillatoren 41 er koblet via en inngangsterminal 298 og retningskoblere hhv. 294, 295, 296 og 297. i.f. forsterkere 304, 305, 306 og 307 er forbundet ved sine inngangsterminaler for å motta utgangssignalene fra mikserne hhv. 300, 301, 302 og 303, og for å fremskaffe i.f. signaler til utgangsterminaler 310, 311, 312 og 313, som på sin side er forbundet med inngangsterminaler hhv. 261, 262, 263 og 264. Alternatively, the up-down, right-left antenna output signals can be scanned at the antenna feeders instead of the i.f. frequencies, as such a set-up is shown in fig. 13. The input terminals 290, 291, 292 and 293 are connected to waveguide feeders 250, 251, 253 and 254 and also connected to mixers respectively. 300, 301, 302 and 303. The r.f. oscillator signal from the oscillator 41 is connected via an input terminal 298 and directional couplers respectively. 294, 295, 296 and 297. i.f. amplifiers 304, 305, 306 and 307 are connected at their input terminals to receive the output signals from the mixers or 300, 301, 302 and 303, and to obtain i.f. signals to output terminals 310, 311, 312 and 313, which in turn are connected to input terminals or 261, 262, 263 and 264.
Under drift vil individuelle r.f. signaler som er mottatt fra bølgeledermaterne 250, 251, 253 og 254 støte mot signaler som blir mottatt fra oscillatoren 41, i de motsvarende blandere 300, 301, 302 og 303, idet støtfrek-venssignalet f^ blir forsterket i i.f. forsterkerne hhv. 304, 305, 306 og 307, slik at der dannes en firekanalmot-taker. i.f. signalene fra firekanal-mottakeren blir forbundet med inngangsterminalene 261, 262, 263 og 264 for å muliggjøre sampling av mellomfrekvenssignalene svarende til radiofrekvenssignalene. Demodulatoren på fig. 10 skaffer feilkorreksjonssignaler til asimut- og elevasjons-servomotorene 60, 61. På tidspunktet for måldetektering vil avstandsettersporingsbryteren 45 automatisk bli slått over til tilbakebakke pluss målposisjonsdata og en mer nøyaktig smal gruppering, f.eks. (n-1), (n+1) som innebærer starten av avstandsettersporing. Etter vinkelettersporingsinitier-ing, vil målettersporing og fartøy-terminalføring holde frem, noe som resulterer i et direkte treff på målet. Dersom søkeroppbygningen innbefatter en passiv eller radiometrisk modus og de omgivende betingelser er fordelaktige, vil søkeren automatisk bli slått over til sin passive modus med en forholdsvis kort rekkevidde, f.eks. 300 m, for forbedret terminalnøyaktighet og for et treff som ligger tett inntil målets fysiske midtparti. During operation, individual r.f. signals received from the waveguide feeders 250, 251, 253 and 254 collide with signals received from the oscillator 41, in the corresponding mixers 300, 301, 302 and 303, the shock frequency signal f^ being amplified in the i.f. the amplifiers respectively 304, 305, 306 and 307, so that a four-channel receiver is formed. i.f. the signals from the four-channel receiver are connected to input terminals 261, 262, 263 and 264 to enable sampling of the intermediate frequency signals corresponding to the radio frequency signals. The demodulator of fig. 10 provides error correction signals to the azimuth and elevation servo motors 60, 61. At the time of target detection, the range tracking switch 45 will automatically be switched to reverse plus target position data and a more accurate narrow grouping, e.g. (n-1), (n+1) which implies the start of distance tracking. After angular tracking initiation, target tracking and vessel terminal guidance will continue, resulting in a direct hit on the target. If the seeker structure includes a passive or radiometric mode and the surrounding conditions are favorable, the seeker will automatically be switched to its passive mode with a relatively short range, e.g. 300 m, for improved terminal accuracy and for a hit that is close to the physical center of the target.
Idet der på nytt skal henvises til fig. 4, skal der omtales den grunnleggende metodikk for stabilisering av søkerens siktelinje. I systemet benytter antenne 102 dreiemomentservomotoren idet denne virker sammen med hastighetsføleren 107, idet hastighetsfølere 107 utgjøres av et takometer som avføler antennehastigheten i forhold til fartøyets hoved-bestanddel. For kansellering av fartøysbevegelsesforstyrr-elser ved antennen 102 vil hastighetsføleren 113 som er fiksert i forhold til hoveddelen, måle denne bevegelse og drive antennen 20 eller 102 i den motsatte retning for å beholde dennes peking i en fiksert retning. Hastighetskommandoen fra millimeterbølgeføleren 104 driver antennen 20 eller 102 for ettersporing av målet. Slik det fremgår av fig. 4, virker dreiereflektorantennen 102 som et speil og søkerens siktelinje vil således ikke svare til reflektorplatens senterlinje. Platevinkelen i rommet er nøyaktig halvparten av søkervinkel-siktelinjen i rommet. Platehastig-heten /3 blir styrt slik at ft> = 1/2 ép hvor ép er fartøyets helningshastighet. Since reference must again be made to fig. 4, the basic methodology for stabilizing the applicant's line of sight must be mentioned there. In the system, antenna 102 uses the torque servo motor as this works together with speed sensor 107, speed sensors 107 being made up of a tachometer which senses the speed of the antenna in relation to the main component of the vessel. To cancel vessel movement disturbances at the antenna 102, the speed sensor 113, which is fixed in relation to the main part, will measure this movement and drive the antenna 20 or 102 in the opposite direction to keep its pointing in a fixed direction. The velocity command from the millimeter wave sensor 104 drives the antenna 20 or 102 to track the target. As can be seen from fig. 4, the rotating reflector antenna 102 acts as a mirror and the viewfinder's line of sight will thus not correspond to the center line of the reflector plate. The plate angle in space is exactly half of the viewfinder angle-line-of-sight in space. The plate speed /3 is controlled so that ft> = 1/2 ép where ép is the vessel's heeling speed.
På grunn av det særegne ved den spesielle antennestyring, stabilisering og hoveddelbevegelse-dekoblingsundersystem i søkeren, vil trekk ved dette undersystem bli omtalt i ytterligere detalj under henvisning til fig. 4, 5, 6 og 7. Slik det er angitt tidligere vil dreiereflektoren 102 ha betydelige fordeler med hensyn til pakking og driveffekt. Fordi der bare blir beveget en tynn plate for dirigering av søkersiktelinjen og fordi reflektorplaten har en to-til-en forsterkning, er det lett å oppnå brukbare søkersiktelinje-vinkler på +20° eller mer med en aperturdiameter som er 90% eller mer av fartøy-diameteren. Det lave treghetsmoment hos platen 102 minimerer kravet til elektrisk effekt for aksellerasjon av siktelinjen. Dette lave kraftforbruk minimerer radiofrekvensforstyrrelser og oppvarmingsproblemer for dreiemomentservomotoren, noe som vanligvis erfares med andre dreiemomentmotordrivanordninger. Fordi dreiereflektoren oppfører seg som et speil med en forsterkning på to, vil søkersiktelinjen iboende være koblet til fartøysbeveg-elsen. Denne kobling blir fjernet ved den styrerealisering som er vist på fig. 5. Ettersporingsstabilisering og søkestabilisering vil bli omtalt. Due to the peculiarity of the particular antenna steering, stabilization and main body motion decoupling subsystem in the seeker, features of this subsystem will be discussed in further detail with reference to FIG. 4, 5, 6 and 7. As indicated previously, the rotary reflector 102 will have significant advantages with respect to packaging and drive power. Because only a thin plate is moved to direct the seeker line of sight and because the reflector plate has a two-to-one gain, it is easy to achieve usable seeker line-of-sight angles of +20° or more with an aperture diameter that is 90% or more of vessel - the diameter. The low moment of inertia of the plate 102 minimizes the requirement for electrical power for acceleration of the line of sight. This low power consumption minimizes radio frequency interference and torque servo motor heating problems commonly experienced with other torque motor drives. Because the turning reflector behaves like a mirror with a gain of two, the seeker line of sight will inherently be coupled to the vessel motion. This connection is removed by the control implementation shown in fig. 5. Tracking stabilization and search stabilization will be discussed.
Slik det fremgår av fig. 6 og 7, innbefatter reflektoren 102 en sentral apertur 245 som skaffer et bølgeleder-matesystem 244 vist på fig. 8 og 9, og utført med dreieopp-lagring for horisontal bevegelse i dreielageret 232 og 247 som er diametralt fiksert på en indre slingrebøyle 231. Denne slingrebøyle 231 er på sin side forsynt med motsatte dreielagre 223, 236 for vertikal bevegelse av den med apertur (246) forsynte slingrebøyle 231 og derfor plate 102. Dreielagrene 223, 236 er opphengt i åk 230, 235 som er festet til fartøyets hoveddel 234. En asimut-dreiemoment-servomotor 210 som er festet til fartøyets hoveddel, driver "pick-off" hjelpemidler som er festet til seg og driver også en leddforbindelse 239, 238, 237 for posisjonering av reflektorplaten 102 i asimut. På lignende måte blir reflektorplaten 102 posisjonert i elevasjon ved hjelp av en dreiemomentmotor 150 og leddanrodninger 249, 233, 248. De beskrevne bevegelser finner sted i forhold til antennemate-systemet 244 som er fiksert i forhold til hoveddelen. As can be seen from fig. 6 and 7, the reflector 102 includes a central aperture 245 which provides a waveguide feeding system 244 shown in FIG. 8 and 9, and made with pivot storage for horizontal movement in pivot bearings 232 and 247 which are diametrically fixed on an inner wobble hoop 231. This wobble hoop 231 is in turn provided with opposite pivot bearings 223, 236 for vertical movement of the one with aperture ( 246) supplied wobble bracket 231 and therefore plate 102. The pivot bearings 223, 236 are suspended in yokes 230, 235 which are attached to the vessel's main body 234. An azimuth torque servo motor 210 which is attached to the vessel's main body drives "pick-off" aids which is attached to it and also drives a joint connection 239, 238, 237 for positioning the reflector plate 102 in azimuth. In a similar way, the reflector plate 102 is positioned in elevation by means of a torque motor 150 and joint roots 249, 233, 248. The described movements take place in relation to the antenna feed system 244 which is fixed in relation to the main part.
Slik det fremgår av fig. 5, så vil det ses at rotoren hos elevasjonsdreiemomentservomotoren 150 er koblet ved hjelp av den samme aksel 148 for å drive et takometer 151 og et elevasjonsposisjon-"pick-off"-potensiometer 152. På samme måte er rotor hos asimut-servodreiemomentmotoren 210 koblet ved hjelp av samme aksel 149 til et takometer 211 og til et "pick-off"-potensiometer 212 for asimutposisjon. Gyroskoper 170, 180, 195 som er festet til hoveddelen og som virker for hhv. helning, rulling og dreining tilfører ytterligere stailiseringssignaler. As can be seen from fig. 5, it will be seen that the rotor of the elevation torque servo motor 150 is coupled by the same shaft 148 to drive a tachometer 151 and an elevation position pick-off potentiometer 152. Similarly, the rotor of the azimuth servo torque motor 210 is coupled by means of the same shaft 149 to a tachometer 211 and to a "pick-off" potentiometer 212 for azimuth position. Gyroscopes 170, 180, 195 which are attached to the main part and which act for respectively tilting, rolling and turning add further styling cues.
Hastighetssummeringsforsterkeren 154 overførere sitt utgangssignal via en ledning 178 til en takometersummeringsforsterker 179. Inngangsterminalene til hastighetssummer-ingsf orsterkeren 154, som har poler som vist på fig. 5, innbefatter et signal på den ledning 160 som indirekte kommer fra helningshastighetgyroskopet 170 koblet via en ledning 171 til inngangen til den ene inngang til en hoveddel eller fartøyshastighetssummeringsforsterker 172, med polkobling som vist, og et signal på en ledning 173 fra en vanlig analog multiplikator 184. En annen inngangsterminal til forsterkeren 154 blir selektivt avledet via en skaleringsforsterker 17 fra de to tapper hos en bryter 157, som for oversiktens skyld er vist som et relé som blir påvirket av en påvirkningsanordning 155 som er duplisert ved toppen og bunnen av fig. 5, selv om de i virkeligheten er bygget i ett. Hastighetssummeringsforsterkeren 154 har en total forsterkning på 0,5. De selekterbare signaler omfatter utgangssignalet <^e på ledningen 161 fra en vinkelsummer-ingsforsterker 162, eller elevasjonsfeilutgangssignalet 6 e fra en vinkelettersporingsdemodulator 166 på ledninger 163, 165. Inngangene til en takometersummeringsforsterker 179, med poler som vist, innbefatter utgangssignalet /3 c fra hastighetsforsterkeren 154, samtidig som takometersummer-ingsf orsterkeren 179 tilfører sitt utgangssignal via en ledning 153 for drift av elevasjon-dreiemomentservomotoren 150. Kombinasjonen av hastighetssummeringsforsterkeren 154, elevasjon-dreiemomentmotoren 150, takometer 151, takometer-summeringsf orsterkeren 179 og drivleddet 148 danner elevasjonhastighetsservoen som er hjertet i elevasjondrivan-ordningen. Båndbredden for servoen kan f.eks. være 60 Hz. Skaleringsforsterkeren 177 mulitpliserer de signaler som ble mottatt ved inngangsterminalen, med en forhåndsbestemt konstant K. The speed summing amplifier 154 transmits its output signal via a line 178 to a tachometer summing amplifier 179. The input terminals of the speed summing amplifier 154, which have poles as shown in fig. 5, includes a signal on the line 160 indirectly coming from the pitch rate gyroscope 170 coupled via a line 171 to the input of the one input to a main part or vessel speed summing amplifier 172, with pole connection as shown, and a signal on a line 173 from a conventional analog multiplier 184. Another input terminal of the amplifier 154 is selectively derived via a scaling amplifier 17 from the two pins of a switch 157, which for the sake of clarity is shown as a relay which is acted upon by an influence device 155 which is duplicated at the top and bottom of fig. 5, although in reality they are built in one. The speed summing amplifier 154 has a total gain of 0.5. The selectable signals include the output signal <^e on line 161 from an angle summing amplifier 162, or the elevation error output signal 6e from an angle tracking demodulator 166 on lines 163, 165. The inputs to a tachometer summing amplifier 179, with poles as shown, include the output signal /3c from the speed amplifier 154, while the tachometer summing amplifier 179 supplies its output signal via a line 153 to operate the elevation torque servo motor 150. The combination of the speed summing amplifier 154, the elevation torque motor 150, the tachometer 151, the tachometer summing amplifier 179 and the drive link 148 form the elevation speed servo which is the heart in the elevation driven scheme. The bandwidth for the servo can e.g. be 60 Hz. The scaling amplifier 177 multiplies the signals received at the input terminal by a predetermined constant K.
På lignende måte vil i asimut-ettersporingskanalen, en hastighets-summeringsforsterker 215 overføre sitt utgangssignal via en ledning 214 til en takometersummeringsforsterker 218. Inngangene til hastighets-summeringsforsterkeren 215, med poler som vist, innbefatter et signal på en ledning 198 som kommer indirekte fra et dreiningshastighets-gyroskop 195 som via en ledning 196 er forbundet med den ene inngang til en fartøy-summeringsforsterker 187, med poler som vist, og et signal på en ledning 187 fra en analogmulti-plikator 186. En annen inngang til forsterkeren 215 er selektivt avledet via en skaleringsforsterker 206, fra de to tapper hos en bryter 216 vist ved bunnen av tegningen, og også her påvirket av påvirkningsanordningen 155. Hastighet-summeringsforsterkeren 215 har en forsterkning på 0,5. De selekterbare signaler omfatter utgangssignalet d a på ledningen 220 fra vinkel-summeringsforsterkeren 219 eller asimutfeil-utgangssignalet £ a fra vinkelettersporingsde-modulatoren 166 på ledningen 201. Inngangene til takometer-summeringsforsterkeren 208, med poler som vist, innbefatter utgangssignalet Y"c fra hastighetsforsterkeren 215, idet takometersummeringsforsterkeren 208 overfører sitt utgangssignal via ledningen 207 for drift av asimut-dreiemomentservomotoren 210. Kombinasjonen av hastighet-summeringsfor-sterkern 215, asimutdreiemomentmotoren 210, takometeret 211, takometer-summeringsforsterkeren 208 og drivleddet 149 danner hoveddelene hos asimut-hastighetsservoen i asimut-drivanordningen. Skaleringsforsterkeren 206 multipliserer signaler som den mottar på sin inngangsterminal, med en forhåndsbestemt konstant K. Similarly, in the azimuth tracking channel, a speed summing amplifier 215 will transmit its output signal via a line 214 to a tachometer summing amplifier 218. The inputs to the speed summing amplifier 215, with poles as shown, include a signal on a line 198 which comes indirectly from a rate-of-turn gyroscope 195 which is connected via a wire 196 to one input to a vessel summing amplifier 187, with poles as shown, and a signal on a wire 187 from an analog multiplier 186. Another input to the amplifier 215 is selectively derived via a scaling amplifier 206, from the two pins of a switch 216 shown at the bottom of the drawing, and also here influenced by the influencing device 155. The speed summation amplifier 215 has a gain of 0.5. The selectable signals include the output signal d a on line 220 from the angular summing amplifier 219 or the azimuth error output signal £ a from the angular tracking demodulator 166 on line 201. The inputs to the tachometer summing amplifier 208, with poles as shown, include the output signal Y"c from the velocity amplifier 215, with the tachometer summing amplifier 208 transmitting its output signal via line 207 to operate the azimuth torque servo motor 210. The combination of speed summing amplifier core 215, the azimuth torque motor 210, the tachometer 211, the tachometer summing amplifier 208 and the drive link 149 form the main parts of the azimuth speed servo in the azimuth drive device. The scaling amplifier 206 multiplies signals it receives at its input terminal by a predetermined constant K.
Signaler fra rulle-hastighetsgyroskopet 180 på en ledning 181, blir brukt felles i de to ovenfor omtalte elevasjons-og asimutkanaler. Disse rullehastighetsgyroskopsignaler er koblet felles via grenledninger 182, 183 til respektive duplikatorer 184, 186, som dessuten multipliserer produktene av deres inngangssignaler med en faktor på 2. Slik det er angitt ovenfor, vil antenneasimut-posisjonen fra asimut-potensiometeret 212 være koblet via en ledning 185 som den annen inngang til multiplikatoren 184, samtidig som elevasjonsposisjonen fra potesiometeret 152 er forbundet ved hjelp av ledningen 159 som en annen inngang til multiplikatoren 186. Signals from the roll rate gyroscope 180 on a wire 181 are used jointly in the two elevation and azimuth channels mentioned above. These roll rate gyroscope signals are coupled together via branch lines 182, 183 to respective duplicators 184, 186, which further multiply the products of their input signals by a factor of 2. As indicated above, the antenna azimuth position from the azimuth potentiometer 212 will be coupled via a wire 185 as the second input to the multiplier 184, while the elevation position from the potentiometer 152 is connected by means of the wire 159 as another input to the multiplier 186.
Utgangen fra fartøyhastighet-summeringsforsterkeren 172, The output of the vessel speed summing amplifier 172,
22 blir i tillegg til å tilføres hastighetssummeringsforsterkeren 154 via ledningen 160, også tilført integratoren 175 via en ledning 174. Utgangen fra integratoren 175 blir, slik det er angitt ovenfor, matet via ledningen 176 til den ene inngang til vinkelsummeringsforsterkeren 162. På lignende måte vil utgangen fra fartøyhastighetssummerings-forsterkeren 197, i tillegg til å være forbudnet med hastighet-summeringsforsterkeren 215 via 198, bli ført til integrator 200 via ledning 199. Utgangen fra integratoren 200 er, slik det er angitt ovenfor, tilført via ledningen 218 til den ene inngang fra vinkelsummeringsforsterkeren 219. En tredje inngangsterminal til vinkelforsterkeren 162, med polangivelse som vist, er forbundet for å motta utgangssignalet /3 fra potesiometeret 152 via skaleringsforsterkeren 169. På lignende måte vil en tredje inngangstemi-nal fra vinkelforsterkeren 219, med poler som vist, være forbundet for å motta utgangssignalet V fra potensiometeret 212 via en skaleringsforsterker 215. Skaleringsforsterkerne 169 og 206 funksjonerer for å multiplisere deres respektive inngangssignaler med en faktor på 2. Det skal forstås av fagfolk på området at vinkelettersporingsmodulatorene 166 på fig. 5 er make til demodulatorene 67, 68 på fig. 3, idet elevasjonsdemodultoren i blokk 166 tilfører en måling av elevasjonettersporingsfeilen £ e ^il elevasjonfeil-skaleringsforsterkeren 177, mens asimutdemodulatoren i blokk 166 tilfører en måleverdi av asimutettersporingsfeilen é a til asimutfeil-skaleringsforsterkeren 206. 22 is, in addition to being supplied to the velocity summation amplifier 154 via the line 160, also supplied to the integrator 175 via a line 174. The output from the integrator 175 is, as stated above, fed via the line 176 to the one input of the angle summation amplifier 162. In a similar way, the output of the vessel speed summation amplifier 197, in addition to being interleaved with the speed summation amplifier 215 via 198, is fed to the integrator 200 via line 199. The output of the integrator 200 is, as indicated above, supplied via line 218 to the one input from the angular summing amplifier 219. A third input terminal of the angular amplifier 162, with polarity indicated as shown, is connected to receive the output signal /3 from the potentiometer 152 via the scaling amplifier 169. Similarly, a third input terminal of the angular amplifier 219, with poles as shown, will be connected to receive the output signal V from the potentiometer 212 via a scaling f amplifier 215. The scaling amplifiers 169 and 206 function to multiply their respective input signals by a factor of 2. It will be understood by those skilled in the art that the angular tracking modulators 166 of FIG. 5 is similar to the demodulators 67, 68 in fig. 3, in that the elevation demodulator in block 166 supplies a measurement of the elevation tracking error £ e ^ to the elevation error scaling amplifier 177, while the azimuth demodulator in block 166 supplies a measurement value of the azimuth tracking error é a to the azimuth error scaling amplifier 206.
Videre er der anordnet en avfølings-kommandogenerator 188 for fremskaffelse av kommandosignaler /\ åe±, A <3az for tilførsel via ledninger 167, 189 til respektive innganger til vinkelsummasjonsforsterkere 162, 219. For å initiere vinkelsøking, vil påvirkningsorganet 155 reagere på et inngangssignal på terminal 156 ved å plassere de to brytere 157, 216 i deres øvre posisjoner. Påvirkningsorganet blir drevet direkte fra ervervelsesdetektor 71 på fig. 3. Elevasjonssøke-feilsignalet & e på ledningen 161 ble nå formet fra summeringen av søkekommandosignalet ?) fie± på ledningen 167, elevasjonreflektor-platevinkelsignalet 2/<3 >som kommer fra skaleringsforsterkeren 169, og det integrerte fartøyhstighet-kompensasjonssignal som mottas fra utgangen fra integratoren 175. Den lukkede servosløyfe virker slik at den holder søkefeilsignalet c) e generelt lite, slik at utgangen fra potensiometeret 152 blir ganske nøyaktig lik halvparten av forskjellen mellom søkekommandosignalet på ledningen 167 og utgangssignalet fra integratoren på ledningen 176. Denne realisering kompenserer for fartøy-bevegelse, slik at siktlinjen i rommet er tilnærmet proporsjonal med søkekommandosignalet. Furthermore, there is arranged a sensing command generator 188 for the production of command signals /\ åe±, A <3az for supply via lines 167, 189 to respective inputs of angle summation amplifiers 162, 219. To initiate angle search, the influence means 155 will react to an input signal of terminal 156 by placing the two switches 157, 216 in their upper positions. The influencing member is driven directly from acquisition detector 71 in fig. 3. The elevation search error signal &e on line 161 was now formed from the summation of the search command signal ?) fie± on line 167, the elevation reflector plate angle signal 2/<3 > coming from scaling amplifier 169, and the integrated vessel speed compensation signal received from the output of the integrator 175. The closed servo loop acts to keep the search error signal c) e generally small, so that the output of the potentiometer 152 is quite precisely equal to half the difference between the search command signal on wire 167 and the output signal from the integrator on wire 176. This realization compensates for vessel- movement, so that the line of sight in space is approximately proportional to the search command signal.
Onder automatisk ettersporing er det ønskelig for antenne-stabiliseringssystemet å styre hastigheten av antennereflek-torplaten /3 i henhold til følgende ligninger. Under automatic tracking, it is desirable for the antenna stabilization system to control the speed of the antenna reflector plate /3 according to the following equations.
hvor: where:
A se = ^en aktuelle søkerelevasjon-siktlinjehastighet, ép = fartøyets helningshastighet, A se = ^a current seeker elevation-line-of-sight speed, ép = vessel's rate of inclination,
= reflektorplatens asimutvinkel, = azimuth angle of the reflector plate,
0R = fartøyets rullehastighet. 0R = vessel's roll speed.
Disse signaler er vist på fig. 5. These signals are shown in fig. 5.
Utgangssignalet / 3 c fra hastighetsforsterkeren 154, i ettersporingsmodus vil være The output signal / 3 c from the speed amplifier 154, in tracking mode will be
hvor: where:
é e = vinkelettersporingelevasjon-feilsignal fremskaffet ved vinkelettersporingdemodulatoren 166, é e = angle tracking elevation error signal provided by the angle tracking modulator 166,
K = en konstant som fremskaffet av skaleringsforsterkeren 177. K = a constant as provided by the scaling amplifier 177.
Den grunnleggende styrelov for elevasjonssiktelinje for søkeren i søke- og ettersporemodus er: The basic governing law for the elevation sight line for the seeker in search and track mode is:
hvor: A clei = den ønskede søkersiktelinje i elevasjon, A\ se = ^en aktuelle søkersiktelinje i elevasjon, where: A clei = the desired searcher's line of sight in elevation, A\ se = ^a current searcher's line of sight in elevation,
og for ettersporingsmodus: and for tracking mode:
Således vil man fra ligning (3) og (4) ha Dette er signalet ved terminal 164 på fig. 5, og er i ettersporingsmodus forbundet med helningskanalen fra autopiloten. Fra ligningene (2) og (5) får man Servosløyfen som omfatter takometer-summeringsforsterkeren 179, elevasjon-servomotoren 150 og takometeret 151, funge-rer slik at den aktuelle platehastighet nærmer seg platehastighet-kommandosignalet ^ c, slik at Thus from equations (3) and (4) you will have This is the signal at terminal 164 in fig. 5, and in tracking mode is connected to the slope channel from the autopilot. From equations (2) and (5), one obtains The servo loop, which includes the tachometer summing amplifier 179, the elevation servo motor 150 and the tachometer 151, functions so that the plate speed in question approaches the plate speed command signal ^ c, so that
og resultatene fra ligning (1) vil man da i hovedsak oppnå. and the results from equation (1) will then essentially be achieved.
På lignende måte har man ligning In a similar way, one has Eq
hvor: where:
Y = ønsket asimuthastighet for antennereflektor-plate, Y = desired azimuth speed for antenna reflector plate,
Å SA = aktuell søkerasimut-siktlinjehastighet, Å SA = current seeker azimuth line-of-sight speed,
= reflektorplatents elevasjonsvinkel, og denne ligning blir realisert for styring av antennereflek-torplaten i asimut. = the elevation angle of the reflector plate, and this equation is realized for controlling the antenna reflector plate in azimuth.
Utgangssignalet 7 c fra hastighetsforsterkeren 215 i ettersporingsmodus vil på lignende måte i henhold til ligning (2), være: The output signal 7 c from the speed amplifier 215 in tracking mode will similarly be according to equation (2), be:
og analogt til ligning (5) som er signalet ved terminal 222, og i ettersporingsmodus er denne koblet til dreiningskanalen fra autopiloten. Også på en måte som er lik den som er beskrevet for elevasjons-styring, vil asimutservosløyfen operere slik at den aktuelle platehastighet <V>" , vil nærme seg platehastighetskom-mandoen Vc, slik at og man vil da hovedsakelig oppnå resultatet ifølge ligning (8). Under søkemodus vil utgangssignalet fåc fra hastighetsforsterkeren 154 være lik ligning (2) and analogously to equation (5) which is the signal at terminal 222, and in tracking mode this is connected to the turning channel from the autopilot. Also in a manner similar to that described for elevation control, the azimuth servo loop will operate so that the relevant plate speed <V>" will approach the plate speed command Vc, so that and one will then mainly obtain the result according to equation (8 ).During search mode, the output signal fac from the speed amplifier 154 will be equal to equation (2)
hvor: where:
de = vinkelfeilsignal i elevasjon, fremskaffet ved vinkelforsterkeren 162. de = angle error signal in elevation, acquired at the angle amplifier 162.
For søkemodus vil man ha For search mode you will have
hvor <) £ ei oppnås på ledning 167 fra søkekommandogene-ratoren. where <) £ ei is obtained on line 167 from the search command generator.
Den aktuelle søkersiktelinje i elevasjon, ^SE' blir så bestemt og subtrahert fra A ^ e±, og da i vinkelforsterkeren 162, slik at: Multiplikasjon av feilsignalet de med faktoren K gjør at man får den ønskede søker-siktlinjehastighet i elevasjon, slik at The current seeker line of sight in elevation, ^SE' is then determined and subtracted from A ^ e±, and then in the angle amplifier 162, so that: Multiplication of the error signal de by the factor K results in the desired seeker line of sight velocity in elevation, so that
og ligning (3) blir tilfredsstilt. and equation (3) is satisfied.
På en lignende måte vil asimutstyringen i søkemodus gi følgende for ligning (14): hvor ^a blir fremskaffet av vinkelforsterkeren 219 på ledning 220, og A<3az, blir fremskaffet ved søkekommando-generatoren 188 på ledningen 189. Ligning (15) blir da In a similar way, the azimuth device in search mode will give the following for equation (14): where ^a is provided by the angle amplifier 219 on wire 220, and A<3az, is provided by the search command generator 188 on wire 189. Equation (15) then becomes
og på nytt blir ligning (3) tilfredsstilt. and again equation (3) is satisfied.
Idet der hevises til fig. 6 og 7 vil det av fagfolk på området bli forstått at plateasimutvinkelen V ikke trenger å være lik asimutmotorvinkelen ¥ m, og plateelevasjons-vinkelen <&> trenger ikke å være lik elevasjonen-servomotorvinkelen /*?m. Forholdet derimellom kan aproksimeres ved hjelp av følgende ligning: While referring to fig. 6 and 7, it will be understood by those skilled in the art that the plate azimuth angle V need not be equal to the azimuth motor angle ¥ m, and the plate elevation angle <&> need not be equal to the elevation servo motor angle /*?m. The relationship between them can be approximated using the following equation:
hvor avstandene Ra, ra, Re, re også er vist på fig. 6 og 7. where the distances Ra, ra, Re, re are also shown in fig. 6 and 7.
Hastighetsendringene for platevinklene a og Y i forhold til hastighetsendringene hva angår motorvinklene / 2 m og Ym kan man finne som følger: The speed changes for the plate angles a and Y in relation to the speed changes regarding the motor angles / 2 m and Ym can be found as follows:
hvor bestemmer asimutleddforsterkelsen, og bestemmer elevasjonsleddforsterkningen. Typiske for er 0,25 til 0,35. Den maksimale søkersiktelinjevinkel er generelt 20 grader, noe som krever platevinkler ^ og ty" på 10 grader, og følgelig motorvinkler P<>> m og Y m på tilnærmet 40 grader. De fleste driftsformer vil imidlertid finne sted ved vinkler som er mindre enn halvparten av disse verdier. Det er klart at for platevinkler som er mindre enn 5 grader, vil cosinus-leddet være tett inntil enhet og derfor ha liten betydning. Motorvinklene m og Vm på 20 grader er imidlertid betydelige. Cosinus for 20 grader er tilnærmet 0,94, noe som ordinært vil redusere i en 6% forsterkningsreduksjon med hensyn til nullvinkeltilfellet. Ved den foreliggende oppfinnelse er denne forsterkningsreduksjon kompensert for ved bruken av et takometer i en tilbakekoblingskonfigura-sjon, omfattende en forsterkning som er tilnærmet proporsjonal med cosinus for servomotorvinkelen. Over et bredt spekter av frekvenser er graden av servomotorforsterkning m. 1 $ c og ¥m/ Vc Proporsjonal med den resiprose verdi av takometerforsterkningen, og kan uttrykkes som: where determines the azimuth joint gain, and determines the elevation joint gain. Typical for is 0.25 to 0.35. The maximum seeker line-of-sight angle is generally 20 degrees, which requires plate angles ^ and ty" of 10 degrees, and consequently motor angles P<>> m and Y m of approximately 40 degrees. However, most modes of operation will take place at angles less than half that of these values. It is clear that for plate angles less than 5 degrees the cosine term will be close to unity and therefore of little importance. However, the motor angles m and Vm of 20 degrees are significant. The cosine for 20 degrees is approximately 0, 94, which would ordinarily reduce to a 6% gain reduction with respect to the zero angle case. In the present invention, this gain reduction is compensated for by the use of a tachometer in a feedback configuration, comprising a gain approximately proportional to the cosine of the servo motor angle. Above a wide range of frequencies is the degree of servo motor gain m. 1 $ c and ¥m/ Vc Proportional to the reciprocal value of the tachometer gain gene, and can be expressed as:
hvor: where:
/3 «c = den totale hastighetskommando, /3 «c = the total speed command,
Rpak = takometerforsterkningskonstanten. Rpak = the tachometer gain constant.
Således vil antennehastighetene Æog V± forhold til det totale hastighetskommandosignal $ c og ¥ c som fremkommer på servomotorinngangene og på grunn av fartøyshastighetsfølerne og vinkelettersporingsdemodulatorsignalene, finnes å være som følger: Thus, the antenna velocities Æ and V± in relation to the total velocity command signal $ c and ¥ c appearing at the servo motor inputs and due to the vessel velocity sensors and angular tracking demodulator signals will be found to be as follows:
som et resultat vil ikke lineæriteten hos takometeret effektivt kansellere de mest signifikante ikke-lineæriteter hos leddene. as a result, the linearity of the tachometer will not effectively cancel the most significant non-linearities of the joints.
Under drift av apparatet ifølge systemet (se fig. 3), vil der bli tilført effekt til alle kretsene, innbefattet oscillatoren 41 og antenneslingrebøyle-dreiemomentmotorene 150, 210. Bryteren 45 for avstandssøkning og avstandsettersporing blir holdt i sin øvre eller avstandssøkeposisjon (RS). På lignende måte blir bryteren 91 holdt i sin øvre eller BRT posisjon ved hjelp av terskeldetektoren 90. Bryteren 65, 66 for vinkelsøking og ettersporing blir holdt i vinkelsøkeposisjonen, dvs. til venstre pa fig. 3. Det mønster som blir utsendt av antennen 20, blir rettet nedover i elevasjon under den ønskede depresjonsvinkel i forhold til horisonten, mens den holdes sentrert i asimut. During operation of the apparatus according to the system (see Fig. 3), power will be applied to all the circuits, including the oscillator 41 and the antenna sling arm torque motors 150, 210. The range finder and range follower switch 45 is held in its upper or range finder (RS) position. In a similar way, the switch 91 is kept in its upper or BRT position by means of the threshold detector 90. The switch 65, 66 for angle search and tracking is kept in the angle search position, i.e. to the left in fig. 3. The pattern emitted by the antenna 20 is directed downwards in elevation below the desired depression angle in relation to the horizon, while it is kept centered in azimuth.
Etter en kort oppvarmingsperiode blir avstandssøkegenera-toren 97 slått på og der fremskaffes en varierende sagtakk-spenning via ledningen 48 og bryteren 45, til den spennings-styret oscillator 43. Tiden fra en periode for sveipet fra avstandssøkegeneratoren 97 kan omfatte et eller to sekunder. Den spenningsstyrte oscillator 43 fremskaffer en mye høyere frekvens for det periodisk varierende sagtakkformede utgangssignal som leveres til drivinngangen hos millimeter-bølgeoscillatoren 41, som blir drevet for å fremskaffe en lineært sveipet, frekvensmodulert millimeterbærebølge. Utgangen fra oscillatoren 41 er forbundet med det fikserte antenne-søker-matehorn 252 som rager gjennom antennedreie-platen 102, og blir overført med vertikal polarisasjon. Den overførte energi blir reflektert fra terrenget, fremkommer på de fire inngangsmatehorn 250, 251, 253 og 254 via r.f. bryterne 22 og overføres til lavstøytallmikseren 44, hvor den omformes til en mellomfrekvens. Antennen 20 og de andre r.f. komponenter og mikseren og forforsterkeren 44 kan utføres med bredt bånd for å maksimere sine virkningsgrader i den passive eller radiometriske modus, dersom denne modus er implementert. En liten grad av effekt som blir koblet fra oscillatoren 41, tjener som et lokaloscillatorsignal i mikseren 44. Mikseren og forforsterkeren 44 gir en utgang som tilføres det forholdsvis smale bånd i i.f. forsterkeren 80. Dersom frekvensmodulatsjonen blir variert på grunn av avstandssøkegeneratoren 97 og dennes inngang til oscillatoren 43, vil støtfrekvensen f^ mellom de utsende og mottatte sagtakkbølgeformer varieres. Denne variasjon har direkte korrespondanse med området for den reflekterende flate fordi helningen av den utsendte (og mottatte) bølgeform er direkte proporsjonal med fm, slik at avstands-søkningen blir fullført ved variasjon av fm. Den grunnleggende FMCW avstandsligning for søkerkonseptet i henhold til den foreliggende oppfinnelse, er After a short warm-up period, the range finder generator 97 is switched on and a varying sawtooth voltage is provided via the wire 48 and the switch 45, to the voltage-controlled oscillator 43. The time from a period for the sweep from the range finder generator 97 can comprise one or two seconds. The voltage controlled oscillator 43 provides a much higher frequency for the periodically varying sawtooth output signal which is supplied to the drive input of the millimeter wave oscillator 41, which is driven to provide a linearly swept, frequency modulated millimeter carrier wave. The output from the oscillator 41 is connected to the fixed antenna seeker feed horn 252 which projects through the antenna turntable 102, and is transmitted with vertical polarization. The transmitted energy is reflected from the terrain, appearing on the four input feed horns 250, 251, 253 and 254 via r.f. switches 22 and is transferred to the low-noise digital mixer 44, where it is converted to an intermediate frequency. Antenna 20 and the other r.f. components and the mixer and preamplifier 44 can be performed wideband to maximize their efficiencies in the passive or radiometric mode, if this mode is implemented. A small amount of power that is coupled from the oscillator 41 serves as a local oscillator signal in the mixer 44. The mixer and preamplifier 44 provide an output which is applied to the relatively narrow band in the i.f. the amplifier 80. If the frequency modulation is varied due to the distance search generator 97 and its input to the oscillator 43, the shock frequency f^ between the transmitting and received sawtooth waveforms will be varied. This variation has direct correspondence with the area of the reflecting surface because the slope of the transmitted (and received) waveform is directly proportional to fm, so that the distance search is completed by variation of fm. The basic FMCW distance equation for the seeker concept according to the present invention is
hvor: where:
R = helningshastighet, R = slope rate,
C = utbredelseshastighet i fritt rom, C = velocity of propagation in free space,
Af = båndbredde for det utsendte FMCW-signal, Af = bandwidth of the transmitted FMCW signal,
fb = støtfrekvens mellom utsendt og mottatt FMCW-signal, og fb = pulse frequency between transmitted and received FMCW signal, and
fm = VCO 43 utgangssignalfrekvens. fm = VCO 43 output signal frequency.
Typisk ligger avstandssøkingen i større (under terreng) til mindre (over terreng) områder, slik at f.eks. et fartøy med horisontal bane som flyr ved en høyde hvor helningshastig-heten fra søker til terreng (for en typisk depresjonsvinkel) er 1,2 km, vil avstandssøkedistansen være 1500-900 m. Typically, the distance search is in larger (below terrain) to smaller (above terrain) areas, so that e.g. a vessel with a horizontal trajectory flying at an altitude where the slope rate from the seeker to the terrain (for a typical depression angle) is 1.2 km, the distance search distance will be 1500-900 m.
i.f. forsterkeren 80 vil ha sin utgang forbundet med begrenserdiskriminatoren 88 og terskeldetektoren 90, idet sistnevnte styrer bryteren 5 for avstandssøking og ettersporing. Når støtfrekvensen mellom de utsendte og mottatte millimeterbølger fremkommer med tilstrekkelig amplitude i i.f. forsterkeren 80, og overskrider terskeldetektorens 90 innstilling, vil detektoren 90 sette over bryteren for avstandssøking og avstandsettersporing til kontaktene RT for avstandsoppsporing. Diskriminatoren 88 vil med sitt utgangssignal da styre oscillatoren 43 ved gjennomkobling gjennom BRT/B+T RT bryteren 91 og integratoren 92. I denne bakgrunnsavstandsettersporingsmodus, vil avstandsettersporing bli fullført under bruken av den fulle i.f. forsterker-båndbredde, og diskriminatoren vil således danne en ettersporer med en forholdsvis bred avstandsgruppering. Når avstandsettersporing begynner vil målvinkelsøkning også bli initiert ved et signal fra avstandssøke-ettersporingterskel-detektor 90, som overføres til målvinkelsøkekommandogenera-toren 69 via terminal 73. Asimutantenneslingrebøyleposi-sjonen blir variert frem og tilbake om sin senterposisjon for dannelse av en horisontal skandering. Målsøking i avstandsretningen blir fullført internt ved fartøyets bevegelse i foroverretning. i.f. the amplifier 80 will have its output connected to the limiter discriminator 88 and the threshold detector 90, the latter controlling the switch 5 for distance search and tracking. When the shock frequency between the transmitted and received millimeter waves appears with sufficient amplitude in the i.f. the amplifier 80, and exceeds the threshold detector's 90 setting, the detector 90 will set the switch for distance search and distance tracking to the contacts RT for distance tracking. The discriminator 88 will then, with its output signal, control the oscillator 43 by feed-through through the BRT/B+T RT switch 91 and the integrator 92. In this background distance tracking mode, distance tracking will be completed using the full i.f. amplifier bandwidth, and the discriminator will thus form a tracer with a relatively wide distance grouping. When range tracking begins, target angle tracking will also be initiated by a signal from the range tracking threshold detector 90, which is transmitted to the target angle tracking command generator 69 via terminal 73. The azimuth antenna sling hoop position is varied back and forth about its center position to form a horizontal scan. Target acquisition in the distance direction is completed internally by the vessel's movement in the forward direction.
Når målet blir bestrålt under søkemodus, vil den reflekterte energi fremkomme ved de fire mottaker-innhorn 250, 251, 253 og 254, og energien vil deretter bli matet gjennom brytere 22 til mikseren og forforsterkeren 44. i.f. frekvensen som utgjør den ovenfor omtalte støtfrekvens, blir tilført i.f. forsterkeren 80. Denne forsterker 80 vil overføre sitt utgangssignal til multikanalfilteret 81 som effektivt danner smale område grupperinger, idet der foreligger typisk 16 grupperinger. Den smale avstandsgrupperingsbredde blir bestemt ved hjelp av den ønskede avstandsoppløsning, f.eks. 1 % av helningsavstanden og ved begrensninger som påtrykkes av den sveipelineæritet som kan oppnås hos oscillatoren 41. En lineæriserer eller former 42 kan anvendes for at man kan forbedre den grunnleggende lineære karakteristikk hos oscillatoren 41. Måldetektering finner sted i en eneste områdegruppering/ den n'te gruppering, ettersom multiplekseren 83 avsøker utgangene fra avstandsgrupperingene. Avstandsoppløsningen som er tilgjengelig i en eneste avstandsgruppering, er effektiv med hensyn til å øke målsignal-til-bakgrunnsstøy (S/NB) for måldetektering. When the target is irradiated during the search mode, the reflected energy will appear at the four receiver horns 250, 251, 253 and 254, and the energy will then be fed through switches 22 to the mixer and preamplifier 44. i.f. the frequency that makes up the above-mentioned shock frequency is supplied i.f. the amplifier 80. This amplifier 80 will transmit its output signal to the multichannel filter 81 which effectively forms narrow area groupings, as there are typically 16 groupings. The narrow distance grouping width is determined using the desired distance resolution, e.g. 1% of the slope distance and by limitations imposed by the sweep linearity that can be achieved with the oscillator 41. A linearizer or shaper 42 can be used in order to improve the basic linear characteristic of the oscillator 41. Target detection takes place in a single area grouping/ the n' t grouping, as the multiplexer 83 scans the outputs of the distance groupings. The range resolution available in a single range grouping is effective in increasing target signal-to-background noise (S/NB) for target detection.
Når målet blir detektert, vil målervervelse, dvs. initiering av målettersporing hvor der benyttes sekvensiell lobing, finne sted nesten umiddelbart, f.eks. i løpet av 0,2 millisekunder, hvilket gjør det mulig å utføre målvinkelettersporing. På dette tidspunkt vil målervervelsesdetek-toren 71 legge over bryterne 65, 66 for målvinkelsøking og ettersporing, til vinkelettersporing, og antenneasimut- og elevasjonslingrebøylene blir styrt fra vinkelettersporings-demodulatorne 67, 68. Vinkelettersporingsdemodulatorene 67, 68 fremskaffer målområde-ettersporingsfeilsignaler som tjener til å drive antenneslingrebøylene med hastigheter som er proporsjonale med den målte feil. Disse signaler er således effektivt proporsjonale med søker-til-målsiktelinje-hastigheten. Der fremskaffes versjoner av signalene til When the target is detected, target acquisition, i.e. initiation of target tracking where sequential lobing is used, will take place almost immediately, e.g. within 0.2 milliseconds, enabling target angle tracking to be performed. At this time, the range acquisition detector 71 will transition the target angle search and tracking switches 65, 66 to angle tracking, and the antenna azimuth and elevation jibs are controlled from the angle tracking demodulators 67, 68. The angle tracking demodulators 67, 68 provide target area tracking error signals that serve to drive the antenna slings at speeds proportional to the measured error. These signals are thus effectively proportional to the seeker-to-target line-of-sight velocity. Versions of the signals are provided for
autopiloten for formålet proporsjonal navigasjonsføring. the autopilot for the purpose of proportional navigation guidance.
På tidspunktet for målervervelse og omlegging til målvinkelettersporing, blir avstandsettersporing BRT/B+T RT bryteren 91 slått over til B+T RT posisjonen (bakgrunn pluss mål) for avstandsettersporing. Avstandsettersporing blir deretter utført ved sammenligning av utgangene fra de tilstøtende grupperinger med smale områder (n-1) og (n+1) på hver side av målettersporingsgrupperingen (n), hvilket skaffer effektivt en smalere områdeport for avstandsettersporing og for tilbakevisning av terrengclutter og nedbørsclutter som gir tilbakevirkning. Amplitudesammenligningen mellom (n-1) til (n+1) grupperinger utføres ved hjelp av differensialforsterkeren 94 på fig. 3. Det skal forstås at båndbreddene på i.f. forsterkeren 80 må være bred nok til å dekke det totale antall av avstandsgrupperinger (filtre) som benyttes, idet der tas hensyn til grupperingsbåndbredden, antallet av grupperinger og overlappingen av grupperingene. Typisk grupperingsoverlapping er - 1 dB for grupperinger som ligger ved siden av hverandre. En typisk realisering av 16 1,2% avstandsoppløsningsgrupperinger ville være avstandsgrupper-ingsfilter som er 1 MHz bredt, med en resultant som krever i.f. båndbredde på 8-9 MHz. Denne totale båndbredde, slik det er omtalt ovenfor, ville da være den brede gruppering for avstandssøkning før smalbånd-avstandsettersporing, og da etter målervervelse. Etter målettersporingsinitiering, vil vinkelettersporingsdemodulator-feilsignal fortsette å styreantanneslingrebøyle-vinkelhastighetene, og utgangssignaler proporsjonale med siktelinjehastigheter i begge plan blir tilført fartøyets autopilot for konvergerende føring for å treffe målet. At the time of meter acquisition and conversion to target angle tracking, the distance tracking BRT/B+T RT switch 91 is switched to the B+T RT position (background plus target) for distance tracking. Range tracking is then performed by comparing the outputs of the adjacent narrow area groupings (n-1) and (n+1) on either side of the measurement tracking grouping (n), effectively providing a narrower area gate for range tracking and for rejecting terrain clutter and precipitation clutter which backfires. The amplitude comparison between (n-1) to (n+1) groupings is performed by means of the differential amplifier 94 in FIG. 3. It should be understood that the bandwidths of the i.f. the amplifier 80 must be wide enough to cover the total number of distance groupings (filters) used, taking into account the grouping bandwidth, the number of groupings and the overlap of the groupings. Typical grouping overlap is - 1 dB for groupings that are next to each other. A typical realization of 16 1.2% distance resolution groupings would be distance grouping filters that are 1 MHz wide, with a resultant requiring i.f. bandwidth of 8-9 MHz. This total bandwidth, as discussed above, would then be the wide grouping for ranging before narrowband range tracking, and then after meter acquisition. After target tracking initiation, the angular tracking demodulator error signal will continue to control the firing loop rebar angular velocities, and output signals proportional to line-of-sight velocities in both planes are applied to the craft's autopilot for converging guidance to hit the target.
Etter målervervelse og avstandsettersporing med smale grupperinger (n-1)/(n+1), vil avstandsettersporingssløyfen fortsette å styre repitisjonsfrekvensen for oscillatoren 41 for å holde støtfrekvensen f^ sentrert med i.f. båndet ettersom avstandene blir kortere mens fartøyet nærmer seg målet. After meter acquisition and range tracking with narrow arrays (n-1)/(n+1), the range tracking loop will continue to control the repetition frequency of oscillator 41 to keep the shock frequency f^ centered with the i.f. the band as the distances become shorter as the vessel approaches the target.
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO870358A NO169982C (en) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | HOW FREQUENCY, VESSEL COUPLED MEAL DETECTION SEARCH SYSTEM |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO870358A NO169982C (en) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | HOW FREQUENCY, VESSEL COUPLED MEAL DETECTION SEARCH SYSTEM |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO870358D0 NO870358D0 (en) | 1987-01-28 |
NO870358L NO870358L (en) | 1988-07-29 |
NO169982B true NO169982B (en) | 1992-05-18 |
NO169982C NO169982C (en) | 1992-08-26 |
Family
ID=19889613
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO870358A NO169982C (en) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | HOW FREQUENCY, VESSEL COUPLED MEAL DETECTION SEARCH SYSTEM |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
NO (1) | NO169982C (en) |
-
1987
- 1987-01-28 NO NO870358A patent/NO169982C/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO870358L (en) | 1988-07-29 |
NO169982C (en) | 1992-08-26 |
NO870358D0 (en) | 1987-01-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4665401A (en) | Millimeter wave length guidance system | |
US3781878A (en) | Means for suppressing ground clutter in airborne radar | |
US3885237A (en) | Phased array sequential switching between short and long distance targets | |
US5917442A (en) | Missile guidance system | |
US4562439A (en) | Imaging radar seeker | |
US4160974A (en) | Target sensing and homing system | |
US4509052A (en) | RF Interferometer/Doppler target location system | |
US5134409A (en) | Surveillance sensor which is provided with at least one surveillance radar antenna rotatable about at least one first axis of rotation | |
EP2946163B1 (en) | A missile seeker and guidance method | |
US4034374A (en) | Sequential lobing track-while-scan radar | |
US5755400A (en) | Inertial instrumentation correction technique | |
NO169095B (en) | RADAR SYSTEM FOR AUTOMATIC TRACKING OF TARGETS | |
GB947810A (en) | High resolution scanning radar | |
EP0373604B1 (en) | Direction tracking antenna system | |
US5208601A (en) | All-weather precision landing system for aircraft in remote areas | |
Howard et al. | Tracking radar | |
US5160932A (en) | Over-the-horizon synthetic aperture radar | |
CA2009965C (en) | Data link using electronically steerable beam | |
GB2032723A (en) | Synthetic aperture radar | |
US4115776A (en) | Adaptive gain control for radiometric target tracking system | |
US4193074A (en) | Enhancing radar returns from targets having a small radar cross section | |
EP0276530B1 (en) | Millimeter wave length guidance system | |
US4728956A (en) | Receivers and transmitters | |
US3321761A (en) | Adaptive target seeking system | |
NO169982B (en) | HOW FREQUENCY, VESSEL COUPLED MEAL DETECTION SEARCH SYSTEM |