PT90487B

PT90487B - Sistema para determinar a posicao de rotacao angular de um objecto que roda em torno de um eixo

Info

Publication number: PT90487B
Application number: PT90487A
Authority: PT
Original assignee: Hollandse Signaalapparaten Bv
Priority date: 1988-05-09
Filing date: 1989-05-08
Publication date: 1994-04-29
Also published as: CA1326283C; IN172423B; AU614612B2; DE68908283D1; EP0345836A1; JP2769187B2; NO891873D0; NO175955C; NO175955B; NL8900118A; NO891873L; DE68908283T2; AU3456689A; JPH01318896A; US4967981A; PT90487A; EP0345836B1; ES2042970T3

Description

Descrição do objecto do invento que

HOLLANDSE SIGNAALAPPARATEN B.V. holandesa, industrial, com sede em Zuidelijke Havenweg 4θ, 7550-GD Hengelo, Holanda, pretende obter em Portugal, para: SISTEMA PARA DETERMINAR A POSIÇÃO DE ROTAÇÃO ANGULAR DE UM OBJECTO QUE RODA EM TORNO DE UxM EIXO.

A presente invenção refere-se a um sistema para determinar a posição de um objecto que roda em torno de um eixo. Muitas vezes, o objceto é constituído por um pro jéctil cuja trajectória se pretende corrigir para atingir d_e terminado alvo.

Esses sistemas são conhecidos por meio das Patentes Holandesas NL—A 8600710 θ NL-A 8801203. Nestes sistemas, pelo menos uma onda polarizada é transmitida por uma unidade de antena em conjunto com uma unidade transmissora ligada à unidade de antena. 0 objecto possui meios de antena de recepção direccional e um sistema de recepção ligado aos meios de antena de recepção. 0 sistema é montado de tal maneira que a posição angular de rotação do objecto em relação a unidade de antena é medida. A orientação da unidade de antena funciona, portanto, como referência.

Para esta finalidade, é necessário tomar cuidado para que a onda portadora polarizada se encontre presente em volta do trajecto. Para iluminação do objecto, uti60.887

Case H.S.A.D. 266

Ú 4 a

ÍAlJs9,, .•í . i

Sl l / liza-se muitas vezes um feixe com a forma de lápis. Se uma onda portadora polarizada é transmitida, a posição de rotação angular do objecto pode ser determinada com uma incerteza de l80 graus.

Vários métodos são conhecidos para eliminar esta incerteza de l80 graus. Alguns desses métodos são referidos nos Pedidos de Patentes Holandesas acima mencionadas. No entanto, a presente invenção também encontra aplicação num sistema em que a posição angular de rotação do objecto é determinada com uma incerteza de l80 graus.

Como se mede a posição de rotação angular dum objecto em relação à unidade de antena, para a determinação da posição angular de rotação do objecto em relação ao espaço, é também necessário determinar a orientação da unidade de antena em relação ao espaço (a superfície da terra) e conservá-la constante.

Os referidos sistemas têm o inconveniente de a determinação da posição angular de rotação do objecto em relação ao espaço ser calculada com base em duas medições: a medição da posição angular de rotação do objecto em relação a unidade de antena e a medição da orientação da antena em relação ao espaço. Como para o cálculo da posição angular de rotação se utilizam duas medições, o rigor dos cálculos diminuiu.

Além disso, a software necessária para o cálculo da posição angular de rotação do objecto em relação ao espaço é complicada e, por consequência, dispendiosa.

Se a unidade de antena for colocada num navio, tem de utilizar-se uma plataforma estabilizada na qual a unidade de antena é fixada para conservar constante a orientação da unidade de antena em relação ao espaço (superfícies do mar) quando o navio se desloca.

A presente invenção tem como objecto obviar

6θ.887

Case H.S.A.D. 2Ó6

-í¹ MM./89 «* as desvantagens acima mencionadas e proporcionar um sistema que determina rigorosamente a posição angular de rotação do objecto em relação ao espaço, compreendendo uma simples e, portanto, mais barata unidade de antena e compreendendo também software mais simples, e, por consequência, mais barata .

De acordo com a presente invenção, o sistema é dotado de uma unidade de transmissão e de uma unidade de antena ligada à unidade de transmissão, unidade de antena essa que gera pelo menos uma onda portadora que atinge até às proximidades do objecto e que interfere com a citada superfície, sendo o sistema ainda caracterizado pelo facto de ser dotado de meios de antena de recepção direccional monta dos no objecto e um sistema de recepção ligado aos meios de antena de recepção, sistema de recepção esse que recebe a onda portadora e determina a posição angular de rotação do objecto em relação à superfície com base na posição angular de rotação do objecto em relação à direcção de polarização da onda portadora e não se determina a posição nem a orientação da unidade de antena em relação à superfície.

A unidade de antena tem uma largura de feixe tal que, em primeiro lugar, a superfície do corpo celeste, neste caso a superfície da terra, é iluminada e, em segundo lugar, o objecto é também iluminado. No entanto, porque a superfície da Terra e iluminada, especialmente quando se trata da superfície do mar, ela actua como uma placa metálica condutora plana em relação à onda portadora transmitida.

O resultado será que o campo eléctrico próxi mo da superfície da Terra ficará disposto praticamente na perpendicular em relação à superfície da Terra. Dependendo da frequência da onda portadora, esta polarização vertical atinge, dentro de certos limites, alturas muito grandes em relação à superfície da Terra. Esta polarização vertical

-7 M&VS=³ /

60.867

Case H.S.A.D. 266 não é dependente da orientação da unidade de antena, porque a polarização da onda portadora é obtida como resultado da interação com a superfície da Terra. Uma condição adicional é que a frequência da onda portadora seja suficientemente pequena.

Uma vantagem especial da presente invenção reside no facto de que se dispensa a necessidade de dar a unidade de antena uma orientação requerida. Isto implica uma tremenda simplificação e aperfeiçoamento do sistema. Além disso, a construção do sistema pode ser muito mais económica .

Por exemplo, não são necessários meios para determinar a orientação da unidade de antena em relação ao espaço. Como consequência, não é necessária software para processar esta orientação para calcular a posição angular de rotação do objecto. 0 funcionamento do sistema é, portan to, mais rápido e mais rigoroso.

É especialmente vantajoso que, de acordo com a presente invenção, a unidade de antena não precise de estabilização quando é colocada num navio. Como consequência, podem economizar-se as despesas necessárias para a construção de uma plataforma completamente estabilizada.

De acordo com uma forma de realização especi al da presente invenção, para a transmissão das ondas portadoras pode usar—se mesmo uma antena de comunicação já existente no veículo, porque, de acordo com a presente inven çao, a unidade de antena não precisa de satisfazer requisitos especiais. Num navio, essa antena de comunicação é geralmente constituída por um único fio. Além disso, o sistema de acordo com a presente invenção tem a vantagem de que, devido ao mais largo feixe da antena de transmissão, podem iluminar-se simultaneamente diversos objectos para determinar as suas respectivas orientações em relação ao espaço.

6θ.687

Case H.S.A.D. 266

Ί Γ, z ' / >

l·'

A direcção vertical do campo electrico ou a direcção horizontal do campo magnético será tanto mais facilmente conseguida acima da superfície da Terra quanto menor for a frequência ou quanto mais perto da superfície da Terra a unidade de antena for colocada. A frequência de pelo menos uma onda portadora será, por consequência, preferi, veLmente, pequena, por exemplo, da ordem de 50 kHz.

A direcção de polarização pode determinar-se pelo sistema de recep base na direcção do campo eléctrico, do de uma combinação de ambos. Neste caso, na de recepção compreende, por exemplo, polo, caso em que o sistema de recepção determinação da orientação do objecto em eléctrico.

da onda portadora ção do objecto com campo magnético ou o conjunto da anteduas antenas de dié apropriado para a relação ao campo

Como o campo eléctrico fica orientado perpen dicularmente em relação à superfície da Terra, o campo magnético será paralelo à superfície da Terra. Como resultado, é também possível determinar a orientação do objecto em relação á componente do campo magnético do campo eletromagnético.

Para esta finalidade, o conjunto de antena de recepção é, por exemplo, dotado de duas antenas com forma de laço. Além disso, é possível utilizar as duas componentes do campo electromagético polarizado em combinação pa ra determinar a orientação do objecto. Para esta finalidade o objecto é preferivelmente dotado com pelo menos uma antena de dipolo e com pelo menos uma antena com a forma de laço, que não estão dispostas perpendicularmente uma em relação a outra.

A invenção é em seguida descrita mais pormenorizadamente com referência às Figuras anexas, nas quais:

ção a Figura 1 representa uma forma específica do sistema, em que a unidade de de realiza— transmissão

6ο.887

Case Η.S.Α.D. 266

ο. Μ ? * e de antena estão montadas num navio;

a Figura 2 é uma representação esquemaíica de duas antenas com a forma de laço, dispostas perpendicularmente, colocadas num campo electromagnético;

a Figura 3 é uma representação esquemática de duas antenas de dipolo dispostas perpendicularmente, colocadas num campo electromagnético;

a Figura 4 é um diagrama do campo magnético na posição das antenas com forma de laço;

a Figura 5 © uma representação esquemática do sistema de recepção incluída, num projéctil, para determinar a posição angular de rotação do projéctil;

a Figura 6 é uma primeira forma de realização de uma unidade de acordo com a Figura 5;

a Figura 7 © uma segunda forma de realização de uma unidade de acordo com a Figura 5;

a Figura 8 é um diagrama de um campo eiéctri^ co na posição das antenas de dipolo;

a Figura 9 © uma forma de realização do projéctil com antenas de dipolo; e a Figura 10 é uma forma de realização especial de uma unidade de referência da Figura 5·

Na Figura 1, está representado um objecto (l) acima da superfície da Terra(2), em que é preciso determinar a posição angular de rotação do objecto (l). A superfície da Terra (2), neste caso, é a superfície do mar. Pode também, no entanto, ser uma superfície de terreno um tanto húmida. Um navio (3) é dotado de uma unidade de trans missão (4) que é ligada à unidade de antena (6) por intermédio do condutor (q)· A unidade de antena (6) é constituída por um único fio que pode ser montado no navio em qualquer posição e tendo qualquer orientação.

- 6 6θ.887

Case: H.S.A.11. 266

ι. ‘9

O sistema de transmissão (7) é apropriado para transmitir uma onda portadora que tem a frequência A .

o

A unidade de antena (6) é dum tipo tal que, em primeiro lugar, a onda portadora atinge a superfície da Terra (2) e, em segundo lugar, a onda portadora atingiu uma grande altura acima da superfície da terra (2), em resultado do qual o objecto (l) está dentro do campo electromagnético da onda portadora. Porque, em terceiro lugar, a frequência da onda portadora é relativamente pequena (por exemplo, cerca de 50 kHz), a onda portadora, a qualquer distância do navio, é do tipo polarizado verticalmente, nâo obstante o facto de a unidade de antena transmitir uma onda portadora polari zada cuja direcção da polarização é desconhecida.

A condição acima descrita e provocada pelo facto de a superfície da Terra, se a frequência da onda portadora for suficientemente pequena, actua como uma chapa condutora plana. A componente do campo eléctrico (7) da onda portadora tem uma direcção vertical, enquanto que a componente do campo magnético (8) tem uma direcção horizontal, A polarização atingirá uma distância grande acima da superfície (2) quando a frequência da onda portadora é menor e a distância entre a unidade de antena (6) em relação â superfície da Terra diminui. 0 rigor da polarização hori zontal ou vertical é igual a +_ 3° no campo de aplicação.

A unidade de antena (6) é dum tipo especialmente simples e de custo especialmente baixo, por exemplo, um único fio. Não há necessidade de se utilizar, como acontece nos sistemas convencionais, uma plataforma estabilizada na qual a unidade de antena seja montada. A unidade de antena, portanto, muda continuamente de orientação como resultado do movimento de balanço do navio. Além disso, a unidade de antena não é apropriada para a transmissão de on das portadoras polarizadas, tendo a vantagem de que o comprimento da unidade de antena pode ser limir.ado. Neste caso, a unidade de antena (6) refere-se a uma antena de comu7 όο. tít>7

Case: K.S.A.D. 266 z

à nicação ja existente no navio.

Na Figura 1, admite-se além disso que o objecto (l) que funciona como projéctil tenha sido lançado para atingir o alvo (9). A trajectória do alvo é seguida do S£ lo por meio de meios de conhecimento da trajectória (ίο). P ra esta finalidade, por exemplo, pode utilizar-se um indicador de trajectória de radar de mono-impulso operável na banda K ou um meio de detecção da trajectória por meio de laser de impulsos, que opera na área do infrevermelho afastado.

A trajectória do projéctil (l) pode ser seguida por meios de detecção da trajectória do alvo comparáveis (ll). Um computador (l2) com base nas posições do alvo determinadas e fornecidas pelos meios de detecção da trajac— tória do alvo (ΐθ) e com base nas posições do projéctil determinadas e fornecidas pelos meios de detecção da trajecto ria do alvo (ll) determina se e, se for necessário,que correcçâo da trajectória do projéctil e necessária. Para conseguir quaisquer correcções da trajectória, o projéctil possui unidades de descarga de gás (l3). Porque o projéctil t< um movimento de rotação em torno do seu eixo, para se conseguir uma correcção da trajectória, uma unidade de descarga de gás tem de ser activada quando o projéctil se encontra na posição conveniente.

Para determinar a posição correcta, utilizam-se ondas portadoras transmitidas através da unidade de transmissão (4) e da unidade de antena (6). O computador (l2 determina a posição angular de rotação necessária do &

projéctil quando deve ocorrer uma descarga de gas em relação ao campo electromagnético polarizado das ondas portadoras no projéctil.

De acordo com a presente invenção, a determinação deste valor é independentemente da posição ins tantânea e da orientação da unidade de antena em relação à superfície da Terra. Este facto implica que não é necessário corrigir os movimentos do navio. Isto permite que a unida8 i/

60.887

Case; Η.S.A.D.

; -δ > Ί

Ϊ.

de de antena (6) seja directamente montada no navio, obvian do a necessidade de utilização de uma plataforma estabilizada .

Este valor calculado íí é t ransmitido g por intermédio do transmissor (l4). Este transmissor utiliza a unidade de antena (6). O receptor (lq), incluído no projéctil, recebe por intermédio de um meio de antena de re cepção (l6) o valor cf transmitido pelo transmissor (l4 ) &

valor recebido {? é alimentado ao comparador (18) por g intermédio do condutor (17) .

Um sistema de recepção (19) alimentado pelos sinais de antena das duas antenas direccionais incluídas nos meios da antena de recepção (l6) determina a posição instantânea ff (t) do projéctil em relação ao campo electro magnético no meio da antena de recepção. O valor instantâneo fC (t) é determinado em relação â superfície da Terra porque a componente do campo eléctrico (7) da onda portadora tem uma direcção vertical e a componente do campo magnético (8) tem uma direcção horizontal. 0 valor instantâneo “V (t) é alimentado ao comparador (l8) por intermédio do con dutor (20). Quando a condição ⁼ '-Cg tiver sido satisfeita, o comparador (l8) fornece um sinal S para activar as unidades de descarga de gás (l3). Neste momento, faz —se a correcção da trajectória. Em seguida, todo este proces so pode ser repetido, se for necessária uma segunda correcção da trajectória.

A Figura 2 e a Figura 3 mostram as duas antenas direccionais dispostas perpendicularmente (2l) e (22), formando parte de um conjunto de antena de recepção (l6). 0 meio de antena de recepção pode compreender antenas do campo B ou do campo Ε. É também possível utilizar uma antena do campo E e uma antena do campo B, que não sáo dispostas perpendicularmente e preferivelmente paralelamente. Se se aplicam duas antenas do campo B (como se representa na Fi9

60.887

Case: H.S.A.D. 266 í

V.

;^:3

V ra 2), detecta—se a componente B do campo magnético de um electromagnético. Se se aplicam duas antenas de campo E (como se representa na Figura 3), detecta-se a componente E do campo elêctrico de um campo electromagnético. Se se aplica uma antena do campo B e uma antena do campo E, dtecta-se uma subcomponente da componente do campo E e uma subcompo — nente da componente do campo B. Como as componentes do cam po E e B são ligadas por meio da assim chamada relação de Maxwell, bastará medir pelo menos uma das componentes E ou B ou uma subcomponente da componente B.

Para medir a (sub)componente Β , pode usar-se uma antena com forma de laço, enquanto para medir a (svtf componente E pode usar-se uma antena de dipolo.

Um sistema de coordenadas x, y, z estaacoplc do com as antenas com forma de laço da Figura 2. A direcção de propagação V do projéctil é paralela ao eixo ζ. A componente do campo magnético B, transmitida pelo transmissor (l4), tm a grandeza e a direcção Β(τθ) no sítio das antenas com a forma de laço. Neste caso.r é o vector com a unidade transmissora (4) como origem e a origem do sistema de coordenadas x, y, z como ponto final.

Como referência para a determinação da posi ção de rotação angular do projéctil, utiliza-se o ângulo i/ (t) entre o eixo x e a componente do campo B. Isto implica que '/^(t) representa o ângulo entre o eixo x e a superfície da Terra. A componente do campo magnético B(r ) pode decompor-se numa componente Β(τθ)(paralela ao eixo z) e na componente Β(Γθ) | (perpendicular ao eixo ζ), veja-se a Figura 4. So a componente Β(τθ)| pode originar uma tensão de indução nas duas antenas com forma de laço. Para a área de ambos os lados do navio, B(r ) é sempre paralelo à superfície da Terra. SÓ a grandesa de B(r ) varia em função de Γθ; no entanto, isso não tem importância para a determinação da posição.

Μϋ. ο γ.

όο.tíô7

Case: Η.5.A.D. 266

A Figura 5 e uma representação esquemática do sistema de recepção (l9). Na forma de realização do sistema (l9) representado na Figura 5» supõe-se que ao transmissor emite um campo electroraagnético que consiste numa ori da portadora polarizada com a frequência -JJ θ. A componente do campo magnético B (r ) pode ser definida pela seguinte expre s sao

Bi (r ) = (a sen / t)e | o o na qual

- = e fluxo magnético ^21 através da antena com a forma de laço (2l) pode definir-se pela seguinte expre s são = (a sen tu tl.S.cos 7' (t) 'zl ^v o m

Nesta fórmula, o símbolo S representa a área da antena em forma de laço (2l).

fluxo magnético $ 22 através da antena com a forma de laço (22) pode ser definido pela seguinte expressão:

^22 ⁼ (^{a Sin} U/ t) .S. sin t)

A tensão de indução na antena com a forma de laço (2l) é então igual a ind _ ç dt

- £ (a cú cos cn t).S.cos CS (t) ^x n o ' m

V .

6ο.887

Case: Η.S.A.D 266 d'/ ;’c9 ^V a sin yt t) . S. sin

Nestas expressões, o símbolo é uma constante que depende das antenas com a forma de laço utilizadas (2l) e (22). Como a velocidade de rotação do projéctil d '2 m é mais pequena do que a frequência angular , pode aproximar-se que ind = - (a UJ cos Uj t) u? (t).S.cos cl (t) = ^v r» ^r r\ ' ' ' ΓΠ = (a cos '2 t).cos (A (t) o ~ m

De maneira semelhante, para a antena em for ma de laço (22) é válico

V. , = (A cos cô t) . sin (c) ind ₂ ^v o m^v

Das fórmulas (5) θ (6) conclui-se que

V.

md ind

Assim, (t) pode ser determinada com uma incerteza de l80 graus.Para eliminar a incerteza de l80 graus, pode realizar-se o assim chamado teste de correcção da trajectória. Neste caso, supõe-se que se conhece (t).

A unidade transmissora (M origina um valor g em que se efectua uma correcção da trajectória. Para esta finalidade o valor de 29 é transmitido por meio do transmissor (l4).

, β

Se o projéctil, como resultado, sofrer uma correcção da tra jectória, os meios de detecção da trajectória do alvo (lO, ll) podem ser utilizados para estabelecer se se realiza uma

6θ.88?

Case: H.S.A.D. 266 '7 ou na direcção 7 + ltíO . Subse ' S S , quentemente, podem realizar-se as correcções da trajectória correcção na direcção quen temente, a pro priadas.

No entanto, é também possível eliminar a incerteza de 180 graus sem realizar o ensaio de correcção da trajectória. Para esta finalidade, o transmissor (l4) transmite também uma onda electromagnética E, em que

E(t) = G(t) cos CC t na qual

G(t) = D.(l - jà cú_ot) .

Nesta fórmula, o símbolo D representa uma constante e o símbolo β é a profundidade de modulação, de modo que 0 1. Também, W? b{?_. De acordo com esta forma de realização, a frequência CD é modulada em FM para compreender informação que se refere a L/ . A onda electromagnética é por consequência modulada com cos D/ t e, assim, compreende informações sobre a fase do sinal transmitido pela unidade de antena (4). O conjunto de antena de recepção (l6) é dotada de uma antena (23) para a recepção do sinal (E(t). A antena (23) é Jigada a uma unidade de referência (24) que origina um sinal de referência cebido E(t) com ref do sinal re

U „ = C cos U? t. ref o

Nesta expressão, o símbolo C representa uma constante que depende da forma de realização específica da unidade de referência (24). 0 sinal U „ é alimentado aos ^x ’ ref isturadores (26 ) e (27) por intermédio da linha (25).

sinal ind (t) é também aplicado ao listurador (26) por intermédio da linha (28).

6θ.887

Case: H.S.A.D. 266

Ο sinal de saída do misturador (26) é aplicado ao filtro de passagem inferior (30) por intermédio da linha (29). O sinal de saída U_ (t) do filtro de passagem .χ Lz d 2/ inferior (30) (a componente de frequência 'm ) é igual a dt ^U30^(t) = ^c°s Z _m(t) nal ind (t)

De maneira completamente semelhante, o sié alimentado ao misturador (27) por intermédio da linha (3l). 0 sinal de saída do misturador (27) é alimentado a um filtro de passagem inferior (33) por intermédio da linha (32). 0 sinal de saída passagem inferior (33) é igual a

U-j^(t) do filtro de u₃₃(t) = se ⁿ ^m^(t)

A partir das fórmulas (9) e (lO) e para dados valores de U^^(t) e U^₃(t), é simples determinar (í (t). Para este efeito, os sinais U„ ít) e U„„(t) sâo en m ’ 30 33 — viados a uma unidade trigonométrica (36) por intermédio das linhas (34) e (35). Oomo resposta a estes sinais, a unidade trigonométrica (36) gera (32^( t). A unidade trigonométrica (36) pode, por exemplo, funcionar como uma unidade de observação de tabela. É também possível ter a unidade trigonométrica a funcionar como computador para originar 2í_m(t) por intermédio de um certo algoritmo.

A Figura 6 representa uma forma de realizaçáo da unidade de referência (24). 0 sinal da antena E(t) é alimentado a um filtro de passagem de banda (38) por intermédio da linha (37). O filtro de passagem de banda (3θ) só deixa passar sinais com uma frequência de cerca de gt·' .

sinal B(t)-, por consequência, não passa. 0 sinal E(t) é

6θ.tí87

Case: H.S.A.D 26b subsequentemente alimentado a um desmodulador AM (4θ) por intermédio da linha (39) para se obter U na linha (25). A unidade de referência pode ser adicionalmente dotada de um desmodulador de FM (4l) e de um desmodulador de bits (42 Neste caso, o sinal E(t) é também utilizado como canal de informações. As informações são moduladas por FM e transmitidas com o sinal E(t). Isto permite que o ângulo requerido

LP ao qual a correcção do projéctil se deva fazer seja re&

cebido, desmodulado de FM e desmodulado de bits a partir do sinal E(t). Neste caso, o receptor (15) da Figura 1 não é necessário porque a unidade de referência (24) determina ijl por si própria.

A Figura 7 representa uma forma de realização especial da unidade de referência (24). De acordo com esta forma de realização, atarefa da antena (23) é substituída pelas duas antenas (2l) e (22). Para esta finalidade, a unidade de referência (24) é dotada de dois filtros de passagem de banda (38a) e (3θΒ) que têm a mesma função que o filtro de passagem de banda (38) da Figura 6.

O sinal de saída do filtro de passagem de banda (38B) é alimentado a um desviador de fase de 90? (43).

sinal de saída do desviador de fase (43) é alimentado por intermédio da linha (44) á unidade de soma (48). Devido ao desviador de fase de 9θ graus (43), os sinais quando somados complementam-se uns aos outros e obtém-se um sinal de saída que tem amplitude constante. 0 sinal de saída da unidade de soma (46) é igual ao sinal da linha (39), como se descreve na Figura 6. 0 sinal de saída da unidade de soma (46) é processado por meio de um desmodulador de AM (40 ) , um desmodulador de FM (4l) e do desmodulador de bits (42), da mesma maneira que se descreveu para a Figura 6.

Na Figura 2, as antenas direccionais são representadas como duas antenas com forma de laço. No entan to, é também possível usar duas antenas de dipolo, coloca15

6ο.887

Case: Η.S.A.D. 266 ,z*

J-!

-/Màb2S33 das perpendicularmente. Neste caso, mede-se o campo E em vez do campo B do campo electromagnético. Como o campo E é perpendicular à superfície da terra, a posição de rotação anguiar do projéctil é medida directamente em relação â superfície da Terra. Preferivelmente, as antenas de dipolo são posicionadas perpendicularmente â superfície das primei ras antenas com forma de laço (veja-se a Figura 3).

A Figura 3 representa, além do campo B, também o campo E. Neste caso, o campo E em vez do campo B como se representa na Figura 2 funciona agora como referência para a medição da posição angular instantânea ^(t) do projéctil. Para esta finalidade, uma primeira antena de dipolo é posicionada paralelamente ao eixo x, enquanto que uma segunda antena de dipolo é posicionada paralelamente ao eixo x.

O campo E nas antenas de dipolo é descrito por E(r ) (Figura 3). 0 campo E pode decompor-se em duas componentes E(r ) /?

o // gura 8. Sé a componente E (^rQ) de diplo.

θ ^E(ro>l expressa pela equação na qual como se representa na rifornece tensão nas antenas

A componente do campo Ε(τθ) pode ser

E(r ) , = a' cos C-J t e o o

A tensão V’na antena de dipolo paralela ao eixo x e igual a

V' = E(r )i cos ' (t).h

Ο I ^V rn ' ⁷

60.887

Case: H.5.A.D. 2 66

9939, ί ./

PS na qual ο simbolo é o comprimento da antena de dipolo e é o ângulo entre o eixo x e EÍrJ^. Este ângulo é igual ao ângulo entre o eixo x e E(r ). De maneira completamente analoga, a tensão V¹ ao longo do eixo e igual a = E(r_o) na antena de dipolo sen na qual o símbolo h ao longo do eixo y.

e o comprimento da antena de dipolo A combinação das fórmulas (ll), (13) (l4) tem como resultado as seguintes expressões = a' h_x cos ct’_ot.cos = b' h cos kõ t· ^sen (t) ,(t) ângulo (15) e

De maneira completamente análoga â descrita na descrição relativamente às fórmulas (12) e (l3), o

LC ' (t) pode ser determinado a partir das fórmulas l6) por intermédio do sinal de referência (8). Assim, a posição instantânea do projéctil em relação à superfície da Terra é determinada porque o campo E é perpendicu lar à superfície da Terra.

Uma forma de realização especial das antenas de dipolo está representada na Figura 9. 0 projéctil (^7) representado na Figura 9 θ dotado de dois pares de alhetas (48a), (48b), (49a) e (49B) são posicionadas em ân-| gulos opostos, enquanto as alhetas (48a) e (49A), por um lado e (48b) e (49B), por outro lado, são dispostas perpendicularmente. As alhetas (48a) e (48b) em conjunto formam uma primeira antena de diplo (2l) e as alhetas (49a) e (49b) formam uma segunda antena de diplo (22) disposta perpendicularmente à antena de diplo (2l). Neste caso, as alhe

6θ.88?

Case: Η.S.A.D. 266 ?

i

tas	também
do s	dados.
	p 0 d e m
como	se des

funcionam como antena para recepção Os sinais V'₂₁, ^v' ₂₂ , ser determinados por intermédio das creveu acima para a Figura 7· s mais e

dos ^U r ref alhetas,

É evidente que não é necessário dispor perpendicularmente as antenas de dipolo, as antenas com forma de laçada e/ou as alhetas. Além disso, por uma segurança de redundância, podem usar—se mais do que duas antenas. Assim, por exemplo, podem adoptar-se seis alhetas montadas se gundo um ângulo de 6θ graus.

Se se utiliza uma antena de dipolos e uma antena semelhante a laço que não estão colocadas perpendicularmente, a posição instantânea da rotação angular do objecto pode também ser determinada. Se uma antena de dipolo (2l) é paralela a uma antena com forma de laço (22) (paralela ao eixo χ), então verificam-se as seguintes condições:

co s

V. = A cos Ct) t.cos L,p (t) md₂₂ o ^v rn

Como E e B são dispostos perpendicularmente , então _m(t) = 90° - LÇJt)

Substituindo a indicação (l9) na expressão (17) , obtém—se como resultado

V’ _Ί = a' h cos Cl) (t) sin lf (t) x o ^m

É evidente que, com base nas fórmulas (20

60.887

Case: H.S.A.D. 266 z

,/ e (l8), o valor de creveu acima porque (t) pode

- m ^v a' , h e ’ x ser de

A são terminado como se de_sj ι

também conhecidos. !

Um método alternativo para determinar a posição angular de rotação refere-se à transmissão de duas ondas portadoras sobrepostas com fase bloqueada e não polarizadas. Neste caso, a situação do campo magnético é como se representa na Figura 4.

A primeira onda portadora tem uma frequência η θ, e uma segunda onda portadora tem uma frequência (η + l) θ, na qual n = 1, 2, ... .

componente do campo magnético B (r ) pode ser representada pela seguinte expressão

(a sen ⁿ(Z_Q ’ ⁼ b sin (n+1) ca, θ ' . t) e na qual ^B<^ro>i fluxo magnético ^21 através da antena com a forma de laço (2l) pode exprimir-se por meio da expressão é „. = (a sen n CV ' t + b sen(n+l) (aj ¹ t) . 0. co s (t) ^r21 o o -m na qual O é a superfície da antena com a forma de laço (21) .

fluxo magnético ^22 através da antena com a forma de laço (22) é expresso por meio da expressão = (a sen n uj 't + b sen(n+l)cj ’t).0.sen Cf (t ^22' o o vm i

i /

6θ.887

Case: Η . S . Α . D. 266

A tensão de indução na amena com a forma de laço (2l) é agora representada pela expressão ind₂i — /-(anu? ' cos nu ’t + b(n+l)vv '

-- o o o cos cos O (t)

- £ (a sen n n) ' t + b sen (n+1) 16 θ ' t) . 0.

cos Vi ( t) . ~m dc?

'm dt nas quais, o símbolo £ é uma constante que depende das antenas com forma de laço (2l) e (22), utilizadas.

No entanto, a velocidade de rotação do projéctil é agora muito mais pequena do que a frequência angular g , de modo que pode dizer-se aproximadamente que ind = - (a n op , cos nu) ’t + b(n+l)dJ ' cos(n+l)Ct ' t) ' o ’ o o ^z o , 0 . c o s A (t) m = (A cos n ' t + B cos ( n+1) cug ' t) . co s ( t)

De forma analoga, para a antena com a for ma de laço (22), aplica-se a expressão

V. , = (A cos nu? 't + B co s (n+1) <u? 't). sin lf (t) md₂₂ ^v o ' o m

No sistema de recepção (l9) (Figura 9), são alimentadas as tensões de indução V. e V.

^{y lnd}21 ^lnd?2

6θ.887

Case: H.S.A.D. 266 /3 À3 4 . 0 f\ a unidade de referência (24).

A unidade de referência (24) origina,por e meios dos sinais V.

ind cia V re f que é igual a

V. , , um sinal de referenmd₂₉ *

V _ = C cos n u? ’ t rei o na qual o símbolo C representa uma constante que depende da forma de realização específica da unidade de referência (24). Uma possível forma de realização dessa unidade de re ferência é discutida com referência à Figura 10.

sinal V ref e alimentado aos misturadore s (26) e (27) (Figura 5) por i ntermédio da linha (25). 0 sinal (t) θ também alimentado ao misturador (26) por intermédio da linha (28). 0 sinal de saída do misturador (26) é enviado por intermédio da linha (29) para o filtro da passagem inferior (30). 0 sinal de saída U^_Q(t) do filtro de passagem inferior (30) (a componente com a fred, quencia ) é igual a ^u3oO)

AC cos U (t) ^x m^x

De maneira completamente semelhante , o si. (t) é alimentado ao misturador (27) por intermédio da linha (3l). 0 sinal de saída do misturador (27) é alimentado ao filtro de passagem inferior (33) por intermédio da linha (32). 0 sinal de saída U^^(t) do filtro de passagem inferior (33) θ igual a nal V ind ^u33(t) = j² Sinq _m(t)

Como se mencionou anteriormente, a partir

60.887

Case: H,S.A.D. 266

1/ das fórmulas (27) e (28), com os dados U^^(t) e U^^(t), de termina-se facilmente Ά (t).

^v m

Uma possível forma de realização da unidade de referência (24), que encontra utilização quando se transmitem duas ondas portadoras sobrepostas e de fase bloqueada, está representada na Figura 10. A unidade de referência (24) consiste numa unidade de sub-referência (50) θ uma unidade com a forma de laço de fase bloqueada (51). A unidade de sub-referência (50) origina, a partir de (t) e de V. (t), ^um sinal que corresponde à expressão

1Π Q 2 q ^Uref’

AB

A unidade com forma de laço de fase bloquada (5l) origina, por meio do sinal U ^{0 s}i^nal acima mencionado

U „ = 77— cos n u) 't ref 2 o

A unidade de sub-referência (50) é dotada de duas unidades de levantamento ao quadrado ( 5² ) e (53), que levantam ao quadrado respectivamente os sinais

V.

ind (i) θ V._nd (t).

A unidade de levantamento ao quadrado (52), por consequência, origina o sinal

U„„(t) = V² . (t) = A²sen² LP (t)(¹/² + ¹/'^2cos 2n u) ¹ t) + p2^x ' md₂₁ ^v m o + AB sen² Qj ( t) (¹/2cos uJ_Q ' t + ¹/^2cos ( ^{2n+ 1}) uJ θ' t) + + B²sen² U) _m(t)(¹/2 + ¹/2cos(2n+2) υ)θ'ί)

60.887

Case: H.S.A.D. 266 enquanto a unidade de levantamento ao quadrado (53) origina o sinal

U_~(t) = V². (t) = A²cos²(P (t) (*/2 + ¹/2cos 2 η ώ *t) + md₂₉ m o + AB cos (^ (t)(¹/2cosuj 't + ¹/2co s (2n+1) ’-ν'θ ' t) + + B²sen² L^m(t)(¹/² + ¹/2cos(2n+2) cx?o’t)

Os sinais de saída das unidades de levantamento ao quadrado (5²) e (53) sáo alimentados por intermédio das linhas (5^) θ (5^) respectivamente aos filtros de passagem da banda (56) e (57), respectivamente. Os filtros de passagem de banda (56) e (57) só deixam passar sinais com frequência igual ou substancialmente igual a LA? . 0 filtro de passagem de banda (56), portanto, mostra a saída o sinal

U^gít) = AB sen²(^_m(t). ¹/2cos ούθ'ΐ

Na fórmula (3l), supõe-se também que

De maneira completamente análoga, o filtro de passagem de banda (57) apresenta na saída o sinal (veja-se fórmula 30)

U__(t) = AB cos² Q (t) ,Í2cos cO ’t 57 \ m o

Os sinais U^^(t) e U^^(t) são alimentados por intermédio das linhas (58) e (59) respectivamente a

60.887

Case: H.S.A.D. 266

unidade de soma (6θ) para se obter o sinal resultante da soma para o qual (ver fórmulas (3l) e (32) ref (t) = U₆₍₎(t) = AB = AB 2 cos sinal U „ '(t) é enviado para uma unidade com forma de laço de fase bloqueada (51) por intermédio da linha (6l). 0 sinal de entrada U f'(t) da unidade (5l) é aplicado a um misturador (62) por intermédio da linha (6l) Supondo que o segundo sinal de entrada do misturador (62), o sinal de saída Ug^(t) do filtro de passagem de banda (63) que só deixa passar sinais com frequência igual ou substancialmente igual a éque é alimentado ao misturador (62) por intermédio da linha (64) tem a forma

Ug^(t) = D cos u) t na qual o símbolo D é uma constante aleatória. 0 sinal de saída do misturador (62) tem então a fórmula ^u62(t) = ABD

- cos u) t COS u) ’t << o sinal θ alimentado a um filtro de laço (66) por intermédio da linha (65). O filtro de laço (66) tem um sinal de saída U^g(t) que é igual a u₆₆(t) = e.( ω_θ’ - ω) na qual o símbolo E é uma constante que depende do filtro utilizado.

sinal Ug^(t) é alimentado à unidade VCO (68) por intermédio da linha (67). A unidade VCO (68) origina um sinal de saída para o qual se aplica a relação ιζ ^ugg(t) = ^{κ cos}( + k Ε( _ uJ)_t

60.887

Case:Η.S.Α.D. 266

Nesta fórmula, ud , k e K são constantes, * o ’ sendo sinal Ugg(t) ® alimentado a um divisor de frequência (n) (70/ por intermédio da linha (69). 0 sinal de saída do divisor de frequência pode ser expresso por meio da equação

U__(t) = K cos( u) ' + kE ( có · _ uó ) _tfU O ' o ’ sinal de saída υ^,θ(ί) é alimentado por intermédio da linha (7l) ao filtro da passagem de banda (63) que deixa passar sinais com uma frequência igual ou substancialmente igual a vô θ ' . Se kE (vJ ' -tO) cJ n o ⁰ o sinal de saída do filtro de banda (63) será

H₆^(t) = K cos( uZ + kE

A comparação da fórmula (39) com a fórmula (34), demonstra que D = K; lí) = u) ' . Assim, provou-se que para o sinal de saída da unidade VCO (68) (veja-se a fórmula (37), se verifica a seguinte igualdade:

V „ = U/_a(t) = K cos nu) ’t ref 08' ' o

Por intermédio de V pode calcular-se ref ’ (t) ^em relação à superfície da Terra, como se descreveu a cima.

É evidente que existem muitas possibilida- 25 60.887

Case: H.S.A.D. 266

MíiUScS %

des para determinar a posição angular de rotação do objecto por intermédio de ondas portadoras transmitidas por uma antena de transmissão cuja posição e orientação não são deter minadas. Além disso, não é necessário que as ondas portadoras transmitidas sejam transmitidas por uma antena de transmissão polarizada. A determinação acima descrita da posição de rotação angular para correcção da trajéctoria de um projéctil é, portanto, apenas um exemplo de uma aplicação possível .

Claims

-REIVINDICAÇÕES1? - Sistema para a determinação da posição de rotação angular de um objecto que roda em torno de um eixo situado dentro de certos limites nas proximidades da superfície de um corpo celeste, caracterizado pelo facto de o sistema ser dotado de uma unidade transmissora e de uma unidade de antena ligada à unidade transmissora, unidade de antena essa que gera pelo menos uma onda portadora que chega até as proximidades do objecto e até mais e que interfere com a referida superfície , sendo o sistema ainda dotado de meios de antena de recepção direccional montados no objecto e uin sistema de recepção ligado aos meios de antena de recepção, sistema de recepção esse que recebe a onda portadora e determina a posição de rotação angular do objecto em relação à superfície, com base na posição de rotação angular do objecto em relação à direcção de polarição da onda portadora e em que a posição e a orientação da unidade de antena em relação à superfície não é determinada
2? -Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a unidade de antena não ter uma posição nem uma orientação determinadas em relação à superfície.

6ο.887

Case; H.S.A.D. 266 ’s'8 MAI.
3- — Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a unidade de antena ser mecanicamente ligada a um veículo.
4^ - Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de o veículo ser um navio.
5- - Sistema de acordo com as reivindicações 3 ou h, caracterizado pelo facto de a unidade de antena ser montada praticamente de maneira rígida no veículo.
6? - Sistema de acordo com as reivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo facto de a unidade de antena ser dotada de um fio móvel e flexível.
7^? - Sistema de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de a mesma ser dotada de um sistema de comunicações que compreende uma antena de recepção e transmissão de comunicações que também funciona como unidade de antena.
8? - Sistema de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de a unidade de transmissão ser apropriada para transmitir duas ondas portadoras bloqueadas na fase e sobrepostas, tendo uma frequência da onda de suporte diferente.
9- - Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo facto de os meios de antena de recepção serem dotados de uma primeira e de uma segunda antenas direccionais e o sistema de recepção ser dotado de

a) uma unidade de referência para se obter um sinal de referência das ondas portadoras sobrepostas recebidas por meio da primeira e da segunda antenas, sinal de re ferência esse que tem uma frequência que é igual a uma das frequências das mencionadas ondas portadoras;

b) um primeiro e um segundo misturadores para misturar com o citado sinal de referência pelo menos uma corapo- 27

60.887

Case: H.S.A.D. 266 nente da onda portadora das ondas portadoras recebidas por meio da primeira ou da segunda antenas;

c) uma primeira e uma segunda unidades de filtração para filtrar os sinais de saída dos referidos primeiro e segundo misturadores, deixando os mencionados filtros pas sar apenas as componentes de frequência iguais ou substancialmente iguais a zero; e

d) uma unidade trigonométrica controlada pelos sinais de saída do primeiro e do segundo filtros, unidade trigonométrica essa que gera um sinal que representa o ângulo instantâneo entre uma das antenas com forma de laço e a direcção de polarização das ondas portadoras sobrepostas .
10- - Sistema de acordo com qualquer das reivindicações anteriores 1 a 7, caracterizado pelo facto de a unidade de transmissão ser apropriada para transmitir pelo menos uma primeira onda portadora e uma segunda onda portadora tendo uma modulação que compreende uma relação de fases pré-determinada com a fase da frequeência da primeira onda portadora.
11? - Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo facto de a modulação consistir numa modulação em amplitude.
12? - Sistema de acordo com as reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo facto de os meios de antena de recepção serem dotados de uma primeira e de uma segunda antenas direccionais e o sistema de recepção ser dotado de

a) uma unidade de referência para se obter um sinal de referência proveniente da segunda onda portadora recebida por meio dos meios de antena de recepção, tendo a fase do citado sinal de referência uma relação pré28

6θ.887

Case: Η.S.A.D. 266 reivindicações anteriores 1 a l4 , caracterizado pelo facto de os meios de antena de recepção compreenderem pelo menos duas antenas com a forma de laço, tendo orientações diferentes, para determinar a posição angular de rotação do objecto com base na direcção da componente do campo magnético do cam po electromagnético.
17- - Sistema de acordo com qualquer das reivindicações anteriores 1 a l4, caracterizado pelo facto de os meios de antena de recepção compreenderem pelo menos uma antena de dipolo e pelo menos uma antena com a forma de laço que não está disposta perpendicularmente em relação à antena de dipolo, para a determinação da posição angular de rotação do objecto com base na direcção das componentes do subcampo eléctrico e magnético do campo electromagnético.
18? — Sistema de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de pelo menos uma onda portadora ter uma frequência aproximadamente igual a 50 kHz.