NO180218B

NO180218B - Anordning for å generere et elektromagnetisk signal for transmisjon til en luftbåren farkost

Info

Publication number: NO180218B
Application number: NO913197A
Authority: NO
Inventors: Keith P Arnold; Robert Rosen
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Priority date: 1990-08-16
Filing date: 1991-08-15
Publication date: 1996-11-25
Also published as: EP0471487B1; NO180218C; NO913197L; ES2106765T3; EP0471487A1; JP2569240B2; TR25888A; JPH04263799A; IL98907A; CA2046789A1; NO913197D0; DE69127669D1; DE69127669T2; US5221062A

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for å generere et elektromagnetisk signal for transmisjon til en luftbåren farkost, f.eks. et missil, omfattende: a) frekvensreferansemiddel for å generere et konstant-frekvensreferansesignal, b) signalkondisjoneringsmiddel koblet til frekvensreferansemidlet for å generere et signal hvis frekvens er et

multiplum av konstant-frekvenssignalet,

c) faselåst sløyfekretsmiddel koblet til frekvensreferansemidlet og signalkondisjoneringsmidlet for å generere det

elektromagnetiske signalet,

d) frekvensstyremiddel koblet til det faselåste sløyfe-kretsmidlet for å variere frekvensen av det elektromagnetiske signalet, og e) en radiofrekvens-sender koblet til utgangen på den spenningsstyrte oscillatoren for transmisjonen til

farkosten. Videre vedrører oppfinnelsen anvendelse av en slik anordning.

Oppfinnelsen er relatert til de oppfinnelser som fremgår av samtidig inngitte norske patentsøknader nr. P 913195 og P 913196.

En av hensiktene med et missilstyringssystem er å formidle oppdatert mål eller ledingsinformasjon til et missil som er i flukt. For å oppnå dette formål anvender missilstyresystemet normalt en sender. I de nevnte norske patentsøknader er senderen en del av et dataforbindelsesystem.

Missilstyresystemer krever også fleksibilitet for å gjen-nomføre sine misjoner og forbedre overlevbarhet. En måte å oppnå denne fleksibilitet er å sette missilstyresystemet istand til å kommunisere med missilet ved bruk av forskjellige frekvenser. Selv om frekvenssyntetisatorer generelt er godt dokumentert, er en frekvens-syntetisator i kombinasjon med en radiofrekvens (RF) sender aldri blitt anvendt for å styre et bakkeutskutt luft-til-luft missil.

Til belysning av teknikkens stand skal det vises til 19TH EUROPEAN MICROWAVE CONFERENCE 4. september 1989, LONDON, GB, sidene 555 - 560; K. BORST ET AL.: "LOW NOISE SYNTHESIZED

MICROWAVE LOCAL OSCILLATOR FOR HIGH CAPACITY DIGITAL RADIO SYSTEMS USING A DIELECTRIC RESONATOR AND A SAW REFERENCE",

der det beskrives en frekvenssyntetisator for å generere et elektromagnetisk signal, innbefattende et frekvensreferansemiddel for å generere et signal hvis frekvens er et multiplum av konstant-frekvensreferansemiddel for å generere et signal hvis frekvens er et multiplum av konstant-frekvenssignalet, faselåst sløyfekrets (PD,LF,DR0) tilkoplet frekvensreferansemidlet og signalkondisjoneringsmidlet for å generere det elektromagnetiske signalet, og frekvensstyremiddel (/N) koplet til nevnte faselåste sløyfekrets for å variere frekvensen av det elektromagnetiske signalet.

Videre skal det vises til 1982 IEEE MTT-S INTERNATIONAL MICROWAVE DIGEST 15. juni 1982, DALLAS, US, sidene 431-433.

Det er formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en frekvenssyntetisator som kan generere mange forskjellige frekvenskanaler for kommunikasjon med et eller flere bakkeutskutte, aktiv-radarledede luft-til-luft missiler samtidig.

Det er et annet formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en frekvenssyntetisator hvis frekvenskanal-avstand og frekvenser tillater den å operere uten å forstyrre og uten forstyrrelse fra bakke- og luftfartøy-basert radar. I den foretrukne utførelsesform er frekvenssyntetisatoren utformet til å hjelpe til med styring over fluktbanen for det som opprinnelig ble konstruert til utelukkende å være et luft-til-luft missil, det avanserte luft-til-luft missilet med middels distanseradar (AMRAAM = advanced medium ranged radar air-to-air missile), selvom andre utførelsesformer forestiller det samme konsept anvendt på hvilken som helst type av aktiv radarledet luftbåren farkost.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse kjennetegnes anordningen ved at det faselåste sløyfekretsmidlet omfatter: i) en første deler koblet til frekvensreferansemidlet, ii) en fasedetektor koblet til den første deleren,

iii) en andre deler koblet til fasedetektoren,

iv) et første lavpassfilter koblet til utgangen på fasedetektoren,

v) en spenningsstyrt oscillator koblet til det første

lavpassfilteret,

vi) blandemiddel for å blande utgangssignalet fra den spenningsstyrte oscillatoren med utgangssignalet fra

signalkondisj oneringsmidlet,

vii) en bufferforsterker koblet til utgangen på blanderen,

og

viii) et andre lavpassfilter koblet mellom bufferforsterkeren og den andre deleren.

Ifølge ytterligere utførelseformer av anordningen kan frekvensreferansemidlet omfatte en krystalloscillator.

Videre vil signalkondisjoneringsmidlet med fordel omfatte:

en første bufferforsterker, en multiplikator koblet til den første bufferforsterkeren, en andre bufferforsterker koblet til multiplikatoren, en dobler koblet til den andre bufferforsterkeren , og en tredje bufferforsterker koblet til dobleren.

Ifølge en annen utførelsesform kan frekvensstyremidlet variere divisoren i den første eller den andre deleren.

Det vil også være mulig å la f rekvensstyremidlet endre frekvensen av det elektromagnetiske signalet med et forutbestemt intervall. Det elektromagnetiske signalet kan ha en frekvens innenfor X-båndet av det" elektromagnetiske spektrum. Anvendelse av anordning kan skje for å sende ledingsinformasjon til et bakkeutskutt aktiv-radar ledet missil, eller for å sende ledingsinformasjon til et flertall av bakkeutskutte, aktiv-radar ledede missiler samtidig.

Andre formål og fordeler ved oppfinnelsen vil være åpenbare fra lesning av den etterfølgende detaljerte beskrivelse med henvisning til tegningene, der: Fig. 1 er et blokkskjema over et utskyterstyresystem som innbefatter frekvenssyntetisatoren, og Fig 2 er et blokkskjema over frekvenssyntetisatoren ifølge den foreliggende oppfinnelse.

I fig. 1 er der vist et utskyterstyresystem 12 i hvilket den foreliggende oppfinnelse finner særlig anvendelse. Datforbindelseutstyret 34 inneholder en frekvensreferanse-enhet 36, en sender 30 og en belastningsstyrebryter 40. Frekvensreferanseenheten 36 tilsvarer frekvenssyntetisatoren ifølge den foreliggende oppfinnelse. Den frembringer et bånd av frekvenser innenfor X-båndet av det elektromagnetiske spektrum.

Senderen 30 sender utgangssignalet fra frekvensreferanseenheten 36. Den inneholder en vandrebølgerørforsterker for forsterkning av det elektromagnetiske X-bånd signalet.

Belastningsstyrebryteren 40 dirigerer utmatningen fra senderen 30 til antennen 44 eller en blindbelastning 46. Blindbelastningen 46 er tilveiebragt for å tillate feltprøver av dataforbindelseutstyret 34 uten fare for uønsket mikro-bølgestråling. Antennen 44 anvender fire antennedelsystemer som hver dekker et 90° skår om midten av antennen 44.

Den luftbårne farkostens grensesnitt 28 tilveiebringer et antall av styrefunksjoner overalt i utskyterstyresystemet 12. En primær grensesnittenhet 29 innenfor huset 24 utfører frekvensendringsordrer til frekvensreferanseenheten 36, overvåker frekvensreferanseenheten 36 for frekvensdrift, og utfører en innebygget test av frekvensreferanseenhetens funksjoner. Den signaliserer til senderen 30 om å sende en pulskode til den luftbårne farkosten 18, overvåker utgangs-effekten i den sendte pulsbølgeformen, overvåker senderen 30 m.h.t. svikt, og utfører en innebygget testfunksjon. Den velger antennedelsystemet til å være bestrålt av dataforbindelseutstyret 34. Til sist utfører den en innebygget testfunksjon for horisontal referanseenhet 50.

Den horisontale referanseenheten 50 er et delsystem i den luftbårne farkostens grensesnitt 28 plassert utenfor huset 24 som måler helningen av utskyterens roterende plattform.

Utskyterstyreenheten 52 utfører avfyringsordrene fra operatøren og utfører selvtestfunksjoner for den luftbårne farkostens grensesnitt 28. Den formidler også mål informasjon til den luftbårne farkostens grensesnitt 28.

Instrumenteringssystemet 54 er et delsystem i den luftbårne farkostens grensesnitt 28. Det er også plassert utenfor huset 24. Det er et datainnsamlingssystem som anvendes til å overvåke operasjonen av den luftbårne farkostens grensesnitt 28.

Den luftbårne farkostens grensesnitt 28 er koblet til utskyterstyreenheten 52 gjennom kommunikasjonsgrensesnittet 26, som anvender en eller flere standard seriell kommunika-sjonsgrensesnittenheter og en eller flere diskrete signal-kommunikasj onsgrensesnittenheter.

Den luftbårne farkostens grensesnitt 28 kommuniserer med utskyteren 20 gjennom en rekke av grensesnitt. Et standard differensialserielt grensesnitt 1533 anvendes samt flere diskrete grensesnitt.

Effektfordelingsenheten 32 gir 28 volt DC effekt til dataforbindelseutstyret 34 og den luftbårne farkostens grensesnitt 28. Den mottar tre-fase 400 Hz effekt fra effektkilden 22. Tre-fase 400 Hz effekten sendes også til den luftbårne farkostens grensesnitt 28. Tre-fase effekten og 28 volt DC effekten sendes til utskyteren 20 via den luftbårne farkostens grensesnitt 28.

Ser man nå på fig. 2, er der vist f rekvenssyntetisatoren 100 ifølge den foreliggende oppfinnelse. Krystalloscillatoren 102 frembringer et konstant referansefrekvenssignal med praktisk talt ingen drift. Dette signal deles på effektdeler 104. En gren av effektdeleren 104 mater en deler som har en divisor N, som er del av en faselåst sløyfe 110.

Ut fra effektdeleren 104 blir referansefrekvenssignalet forsterket og bufferbehandlet av forsterker Al og så multiplisert med frekvensmultiplikator 106. Det multi-pliserte signalet blir videre forsterket og bufferbehandlet av forsterker A2 og koblet til en dobler 108. Utgangssignalet fra dobleren forsterkes og bufferbehandles av forsterker A3. Forsterker A3 er koblet til blander 120 som er del av den faselåste sløyfen 110.

Hjertet i frekvenssyntetisatoren 100 er den faselåste sløyfen 110. Den faselåste sløyfen 110 anvender en fasedetektor 114 som mottar to inngangssignaler med samme frekvens. Fasedetektoren 114 frembringer et utgangssignal som har likestrøms (DC) og vekselstrøms (AC) komponenter. Lavpassfilteret 116 fjerner AC komponentene, idet DC komponenten etterlates, hvis størrelse er en funksjon av fasevinkelen mellom de to inngangssignalene til fasedetektoren 114. Lavpassfilter 116 frembringer en smal-båndkarakteristikk slik at støy reduseres.

DC utgangsspenningen fra lavpassfilteret 116 styrer en spenningsstyrt oscillator 118. Den spenningsstyrte oscillatoren 118 frembringer et bånd av frekvenser innenfor X-båndet i det elektromagnetiske spektrum. Utmatningen fra den spenningsstyrte oscillatoren 118 er koblet til senderen 30 gjennom effektdeleren 119 og bufferforsterkeren A4.

Utmatningen fra den spenningsstyrte oscillatoren 118 er også koblet til blandere 120. Blander 120 kombinerer utgangssignalet fra den spenningsstyrte oscillatoren 118 med signalet fra forsterker A3 til å frembringe sum og diffe-ransefrekvenser og deres harmoniske. Utgangssignalet fra blanderen 120 forsterkes og bufferbehandles av forsterker A5 og filtreres av lavpassfilter 122, som slipper gjennom kun differansefrekvensen.

Differansefrekvenssignalet mates så inn i en deler 124 som har en divisor M. Divisoren M er variabel og styres av kretssnittet 126. Utgangssignalet fra deleren 124 er koblet til fasedetektoren 114 og har samme frekvens som utmatningen fra deleren 112 med divisor N. I den foretrukne utførelses-form er divisoren N fast.

Under operasjon endrer frekvenssyntetisatoren 100 frekvens i trinn som gir et forutbestemt antall av kanaler og en bred båndbredde. Operatører på utskyterstyreenheten 52 signalerer til grensesnittet 122 om å endre divisoren M. Kommandoer sendes gjennom den primære grensesnittenheten 29. Når divisoren M endres, vil utmatningen fra den spenningsstyrte oscillatoren 118 endre seg til å opprettholde de to inngangssignalene til fasedetektoren 114 på en samme forutbestemte frekvens. Lavpassfilteret 116 låser den spenningsstyrte oscillatoren 118 i fase med inngangssignalene til fasedetektoren 114.

Med fordel er frekvenssyntetisatoren 100 fleksibel hva angår konstruksjon. Den genererer det fulle området av frekvenser som nevnte AMRAAM er istand til å motta. På grunn av at den er i stand til å generere signaler på mange forskjellige frekvenskanaler, kan den kommunisere med én eller flere AMRAAM enheter samtidig. Dens kanalavstand og frekvenser tillater den å operere uten å forstyrre enten bakke eller luftfartøy-basert radar. Den er også mindre mottakelig for jamming eller målsøking fra uvennlige styrker. Til sist har den en databuss som er kompatible med den luftbårne farkostens grensesnitt 28 eller en lignende digital styreenhet.

Frekvenssyntetisatoren 100 er nøyaktig og har tilstrekkelig effekt til å gjennomføre sin misjon. Den har evnen til å generere tilstrekkelig radiofrekvens (RF) effekt for transmisjon. Den har evnen til å generere modulasjons-bølgeformene som er nødvendige for å kommunisere med en AMRAAM. Den har innebyggede testkretser for å sikre riktig operasjon. Særlig viktig er det at den faselåste sløyfe-kretsen setter den istand til å frembringe meget lite amplitudemodulasjon (AM) og fasemodulasjon (PM) støy. Således blir mål og ledingsinformasjon nøyaktig formidlet til nevnte AMRAAM.

Selvom oppfinnelsen er blitt beskrevet med særlig henvisning til visse foretrukne utførelsesformer derav, kan variasjoner og modifikasjoner utføres innenfor tanken og omfanget som definert i de etterfølgende patentkrav.

Claims

1. Anordning for å generere et elektromagnetisk signal for transmisjon til en luftbåren farkost, f.eks. et missil, omfattende: a) frekvensreferansemiddel for å generere et konstant-frekvensreferansesignal, b) signalkondisjoneringsmiddel koblet til frekvensreferansemidlet for å generere et signal hvis frekvens er et multiplum av konstant-frekvenssignalet, c) faselåst sløyfekretsmiddel koblet til frekvensreferansemidlet og signalkondisjoneringsmidlet for å generere det elektromagnetiske signalet, d) frekvensstyremiddel koblet til det faselåste sløyfe-kretsmidlet for å variere frekvensen av det elektromagnetiske signalet, og e) en radiofrekvens-sender koblet til utgangen på den spenningsstyrte oscillatoren for transmisjonen til farkosten, karakterisert ved at det faselåste sløyfekretsmidlet omfatter: i) en første deler koblet til frekvensreferansemidlet, ii) en fasedetektor koblet til den første deleren, iii) en andre deler koblet til fasedetektoren, iv) et første lavpassfilter koblet til utgangen på fasedetektoren, v) en spenningsstyrt oscillator koblet til det første lavpassf ilteret, vi) blandemiddel for å blande utgangssignalet fra den spenningsstyrte oscillatoren med utgangssignalet fra signalkondisjoneringsmidlet, vii) en bufferforsterker koblet til utgangen på blanderen, og viii) et andre lavpassfilter koblet mellom bufferforsterkeren og den andre deleren.

2 . Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at frekvensreferansemidlet omfatter en krystalloscillator.

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at signalkondisjoneringsmidlet omfatter: en første bufferforsterker, en multiplikator koblet til den første bufferforsterkeren, en andre bufferforsterker koblet til multiplikatoren, en dobler koblet til den andre bufferforsterkeren, og en tredje bufferforsterker koblet til dobleren.

4 . Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at frekvensstyremidlet varierer divisoren i den andre deleren.

5 . Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at frekvensstyremidlet varierer divisoren i den første deleren.

6. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at frekvensstyremidlet endrer frekvensen av det elektromagnetiske signalet med et forutbestemt intervall.

7. Anordning som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at det elektromagnetiske signalet har en frekvens innenfor X-båndet av det elektromagnetiske spektrum.

8. Anvendelse av anordning som angitt i ett eller flere av de foregående krav, for å sende ledingsinformasjon til et bakkeutskutt aktiv-radar ledet missil.

9. Anvendelse av anordning som angitt i ett eller flere av kravene 1-7, for å sende ledingsinformasjon til et flertall av bakkeutskutte, aktiv-radar ledede missiler samtidig.