SE430538B - Elektromagnetiskt zonror for projektiler - Google Patents

Description

8202181-7 dividerare avger en signal av dopplerfrekvens,'vars amplitud motsvarar kvoten mellan det rådande värdet på dopplersignalens amplitud och amplituden på den fördröjda versionen av dopplersignalen, vilken signal av dopplerfrekvens matas till tändkretsen via ett filter som åtminstone approximativt har en frekvenska- rakteristik som kan representeras genom uttrycket: 1 f°+f där fo är en systemparameter och f är insignalens frekvens, således lika med dopplersignalens frekvens fd, varvid triggning av tändkretsen sker vid över- skridande av en viss nivå på filtrets utsignal och konstanten fo är så dimen- sionerad i kombination med nämnda triggningsnivå att tändkretsens triggas vid ett givet avstånd från det reflekterande objektet.

Genom att mata in dopplersignalen och den fördröjda versionen av doppler- signalen på två skilda ingångar av en analog dividerare erhålles på enkelt sätt en exakt uppmätning av kvoten mellan det rådande värdet på dopplersignalens amplitud och dess amplitud ett givet tidsintervall tidigare, vilken kvot varie- rar med avståndet till det reflekterande objektet enligt en teoretiskt känd funktion, som innehåller infallshastighet mot objektet, och genom att sedan mata dividerarens utsignal till tändkretsen via ett filter med den angivna fre- kvenskarakteristiken kompenseras effekten av olika infallshastigheter och bri- sad kommer att initieras på ett givet avstånd oberoende av infallshastigheten, om tändkretsens triggas då filtrets utsignal överskrider en given fast trös- kelnivå. g ' e En enkel realisering erhålles om man som filter med den angivna frekvens- karakteristiken väljer en krets, som innefattar en RC-länk av lågpasstyp. Detta ger en mycket god approximation av den önskade filterkarakteristiken inom ett givet frekvensband.

En bättre approximation av den önskade frekvenskarakteristiken erhålles om som filter används ett 2:a ordningens RC-filter. Med lämplig dimensionering kan ett sådant filter ge praktiskt taget exakt överensstämmelse mellan den uppnådda och den teoretiskt korrekta filterkarakteristiken inom ett givet frekvensband.

Den fördröjda versionen av dopplersignalen kan också med fördel alstras med hjälp av ett enkelt linjärt filter av lågpass- eller bandpasstyp föregånget av en enveloppdetektor för dopplersignalen. Fördelen med att använda ett sådant filter i stället för en ren fördröjningsledning är att den erhållna signalen representerar ett utjämnat medelvärde av signalen under ett föregående tidsin- tervall, varigenom momentana störningar i dopplersignalen ej får någon inverkan på den avståndsangivande kvotsignalen från den analoga divideraren. .___.__, _ 8202181-7 Uppfinningen åskådliggöres å bifogade ritningar, där_fig_1 visar ett för- enklat blockschema för den elektriska signalbehandlingskretsen i ett zonrör enligt uppfinning, fig 2a och 2b visar två utföranden av ett filter som ingår i kretsen enligt fig 1, fig 3a och 3b visar frekvenskarakteristiken för filtren enligt fig 2a och 2b tillsammans med den teoretiskt korrekta karakteristiken, fjg_§ visar ett utförande av en analog dividerare som ingår i den i fig 1 visa- de kretsen, och fig 5a och 5b visar två impulssvar för ett fördröjningsnät som ingår i kretsen enligt fig 1.

I fig 1 betecknar 10 en sensorenhet innfattande en HF-oscillator för alst- ring av en HF-signal och 11 är en antenn för utsändning av HF-signalen samt mottagning av en efter reflektion mot ett objekt återkommande signal. I sensor- enheten sätts den utsända och den mottagna HF-signalen saman för alstring av en dopplersignal av dopplerfrekvens fd, vilken utgör sensorenhetens utsignal och används för att utlösa brisad på ett önskat avstånd från det reflekterande objektet.

Enligt uppfinningen leds dopplersignalen från sensorenheten in på ena in- gången av en analog dividerare 12, som på en andra ingång tar emot en fördröjd version av dopplersignalens envelopp alstrad av en enveloppdetektor 13 och ett fördröjningsnät 14. Den analoga divideraren avger en signal som är lika med kvoten mellan signalen på den första ingången och signalen på den andra in- gången. I föreliggande fall erhålles således ut från divideraren 12 en signal av dopplerfrekvens, vars amplitud är lika med den rådande amplituden av dopp- lersignalen U1 dividerat med dess amplitud U2 ett givet tidsintervall tidi- gare. Denna utsignal från divideraren 12 leds genom ett filter 15 med en noga bestämd frekvenskaraktäristik, såsom kommer att förklaras närmare i det efter- följande, till en tröskelkrets 16, vars utsignal får initiera en tändkrets 17.

Tröskelkretsen 16 har en fast tröskel och tändkretsen 17 initieras vid en gi- ven, av den fasta tröskeln i tröskelkretsen bestämd nivå på filtrets 15 utsig- nal. Parametrarna i kretsen och i synnerhet filtrets 15 frekvenskaraktäristik i kombination med den fasta tröskeln i tröskelkretsen 16 är därvid så valda att triggning av tändkretsen sker vid en konstant, önskad brisadhöjd över marken, som i föreliggande fall antas vara det reflekterande objektet.

Uppfinningen bygger på följande teoretiska resonemang: För ett CW-dopplersystem gäller sambandet: U :lá (1) s2o21s1-7 4 där U = amplituden på den detekterade dopplersignalen, H = zonrörets höjd över marken k = en konstant som beror på a) markens reflektionsfaktor- b) högfrekvenssystemets och detektorns känslighet c) zonrörets antennförstärkning.

Detta innebär att den detekterade amplituden U vid en given höjd är bero- ende av såväl markreflektionen som zonrörets egenskaper. För att med CH-dopp- lersystemet uppnå en väl bestämd brisadhöjd måste således konstanten k vara känd. Detta skulle kunna åstadkommas genom att man före skjutning av den pro- jektil, på vilken zonröret är monterat, försöker bestämma k så noggrant som möjligt och sedan i zonröret ställer in en lämplig tröskelnivå för amplituden U. Hänsyn måste då tas till zonrörets känslighet på den aktuella granaten samt till markens reflektionsfaktor i nedslagsområdet.

Ett alternativt sätt att erhålla konstant brisadhöjd är att bestämma kon- stanten k ur signalens dynamiska beteende då zonröret närmar sig marken.

Om U1 betecknar dopplersignalens amplitud på höjden h och U2 betecknar amplituden på höjden (h + x) kan man enligt samband (1) skriva _ k "1 "fi i g (2) "z = íkï? (a) Genom division av (2) med (3) erhålles "1=_"*X - (4) i; T e f Höjddifferensen x i ekvation (3) motsvaras av en tidsfördröjning T enligt' sambandet v . T _ (ST projektilens vertikalhastighet.

Genom insättning av önskad brisadhöjd Ho och lämpligt värde på tids- skillnaden T i sambandet (4) kan man således erhålla följande villkor för triggning av zonrörets tändkrets X där v U1 Ho + VT *i I t I ___::=: U2.-- Ho s2o21sš-7 En förutsättning för att ovanstående samband skall kunna utnyttjas för triggning av tändkretsen är att vertikalhastigheten v är känd, alternativt att man kompenserar för varierande v.

För CH-dopplersystemet gäller att v =.å_ . fd i (7) där ?\ = zonrörsändarens våglängd och fd= detekterad dopplerfrekvens.

Beroendet av vertikalhastigheten v kan därför kompenseras genom att triggvillkoret görs beroende av den i zonröret lätt mätbara storheten fd.

Detta kan ske på följande sätt: Från ekvation (6) och (7) erhålles 1 2 I 9l\ no+ïptfdi :T-åuao-jífifd) (8) 2 s 0 o eller U . _l 1 2: T UZ ° H_ L+ f é 2. H (9) o 'ÄT d ° I sambandet (9) är U1 som tidigare nämnts dopplersignalens amplitud på den rådande höjden h, medan 112 är motsvarande amplitud T sek. tidigare. Kvo- ten U1/U2 varierar med den avtagande höjden h på sådant sätt att den för stora höjder är praktiskt taget lika med 1. Den vänstra termen i sambandet (9) är då mindre än den högra termen och den angivna olikheten är ej uppfylld. Då h minskar mot 0, d.v.s. då projektilen med zonröret närmar sig marken, ökar kvo- ten U1/U2 mycket snabbt och vid ett visst värde på Ul/U2 överskrider den vänstra termen den högra. Detta sker vid det värde på kvoten sun gäller för höjden n = H°.< Sambandet (9) kan således utnyttjas för att utlösa brisad på den önskade höjden Ho om man kontinuerligt mäter upp kvoten UIYDZ och utsätter denna kvot för en signalbehandling som är representerad genom uttrycket 1/(H¿3šï + fd) där fd är dopplerfrekvensen, samt som triggar tändkretsen då den så al strade signalen överskrider ÄT/ZHO. Triggning kommer då att ske på höjden H0.

Enligt uppfinningen realiseras detta medelst den i fig 1 visade kretsen, däredividerarenl2 alstrar en signal av frekvensen fd vilken har en amplitud 820218l-7 som motsvarar* 01/02 om tidsfördröjningen i nätet 14 är lika med T. Filtret 15 avger en signal som motsvarar vänstra delen av sambandet (9) om det ges en frekvenskaraktäristik F, d.v.s. förhållandet mellan utspänning och inspänning som' är lika med F = 1 (10) fo + f där f är insignal ens frekvens, d.v.s i föreliggande fall lika med dopplerfrek- 2 vensen fd, och fo = HOT Initiering av bri sad kommer sedan att ske på höjden h = Ho om tröskeln i tröskel kretsen sätts lika med ñ-T/ZHO och tändkretsen ini ti eras vid tröskel- överskridande i tröskelkretsen. i Filtret 15 skall således ha en akaraktäristik som är approximativt lika med 'I/(f + fo). Ett filter som med god approximation ger en sådanfrekvenskarak- täristik inom ett givet frekvensområde är visat i fi g 2a. Filtret är ett 1:a ordningens RC-filter och består av en enkel RC-länk av lågpasstyp innefattande motståndet R1 och kondensatorn Cluav lågpasstypefterföljd av en dämpare Dl.

Filtrets frekvenskaraktäristik inom frekvensområdet 10-1000 Hz är visad genom streckad linje i fig 3a, där den ideella karaktäristiken enligt sambandet (10) .är visad med heldragen linje.

Den visade överensstämmelsen mellan frekvenskaraktäristikerna är normalt tillräcklig. Om bättre anpassning önskas kan ett filter enligt fig 2b användas.

Här visas ett 2:a ordningens filter beståendeav en serielänk innehållande mot- ståndet RZ efterföljt av parallellkombinationen R3, C2 och en parallellänk med kondensatorn C3 efterföljd av en dämpare 02. Dess karaktäristik visas genom punktstreckad linje i fig 3b, varvid heldragen linje återigen represente- rar den ideella karaktäri stiken. i Ett enkelt utförande av en anal og dividerare som kan användas i kretsen enligt fig 1 visas i fi g 4. Här betecknar M en analog mul ti plikator, medan 0 är en operationsförstärkare och R är ett i ngångsmotstånd. Kretsen har två ingångs- klämmor X och Y och en utgångsklämma Z. Om signalerna på de olika klämmorna ges samma beteckningar som respektive klämma kan man lätt visa att Z : K Å.

Y _ I föreliggande fall skall således dopplersignalen från sensorenheten ledas till klämman X och den fördröjda dopplersignalen till klämma Y, -z 7 820218l-7 medan signalen på klämma Z leds till filtret 15.

Fördröjningskretsen 14 i fig 1 kan exempelvis vara realiserad som ett ana- logt CCD-skiftregister. Detta ger en idealiserad-fördröjningskrets med ett im- pulssvar som är visat i fig 5a. Mera fördelaktigt är dock att använda ett lin- järt filter med ett impulssvar enligt fig 5b. Detta ger ett svar som utgör ett fördröjt medelvärde av den pâförda signalen. På så sätt erhålls en utjämnande effekt som gör systemet mindre känsligt för tillfälliga störningar i den detek- terade dopplersignalen.

Förutom de visade elementen måste även finnas medel som förhindrar oönskad triggning då signalnivåerna är låga och systemet obestämt. Dessa medel kan lämpligen bestå i att villkor läggs på signalnivâernas absoluta storlek för triggning. '

Claims (4)

8202181-7 Patentkrav.

1. Zonrör för projektiier, robotar e11er ïiknande innefattande organ (10,11) för utsändning av en eiektromagnetisk våg och mottagning av en efter refiektion mot ett objekt återtransmitterad elektromagnetisk våg, som sätts samman med den utsända för aistring av en doppïer-signa), vi1ken matas til) en tändkrets (17) via en signaibehandiingskrets, där doppïer-signaïens dynamiska förïopp bestäm- mes genom att jämföra det rådande värdet på doppïer-signaler med doppïer-signa- iens värde ett givet tidsintervaïï tidigare, k ä n n e t e c k n a t av att signa1behand1ingskretsen innefattar en dividerare (12) som på en ingång tar emot doppiersignaïen (U1) och på en andra ingång tar emot en fördröjd version av doppïer-signaïen (U2) och vi1ken dividerare (12) avger en signa) av dopp- 1er-frekvens, vars ampiitud motsvarar kvoten me11an det rådande värdet på dopp- ïer-signaï ens ampïitud och ampiituden på den fördröjda versionen av doppïer- signaïen, viïken signa) av doppïer-frekvens matas ti11 tändkretsen (17) via ett fiiter (15) som åtminstone approximativt har en frekvenskaraktäristik som kan representeras genom uttrycket: mf + fo) där fo är en systemparameter och f är insigna1ens frekvens såïedes 1ika med doppier-signaïens frekvens f , varvid triggning av tändkretsen (17) sker vid överskridande av en viss nivå på fiïtrets (15) utsigna) och konstanten fo är så dimensionerad i kombination med nämnda triggningsnivå att tändkretsen (17) triggas vid ett givet avstånd från det refïekterande objektet.

2. Zonrör en1igt patentkravet 1, k ä ngn e t e c k n a t av att fiitret (15)som approximerar den angivna frekvenskaraktäristiken är ett 1:a ordningens fi1ter innefattande en RC-ïänk av iâgpasstyp (R1,C1).

3. Zonrör enïigt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att filtret (15) är ett 2:a ordningens RC-filter.

4. Zonrör eniigt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t av att den fördröjda versionen av doppier-signaïen (U2) aïstras med hjälp av ett Tinjärt fiïter av ïågpass- e11er bandpasstyp (14) föregånget av en enveïoppde- tektor (13) för doppïersignaien.