SE508673C2

SE508673C2 - Detonating missiles or grenades near ferromagnetic objects, e.g. tanks

Info

Publication number: SE508673C2
Application number: SE9500701A
Authority: SE
Inventors: Ragnar Forshufvud; Elisabeth Pettersson
Original assignee: Bofors Ab
Priority date: 1995-02-27
Filing date: 1995-02-27
Publication date: 1998-10-26
Also published as: SE9500701L

Abstract

Passive type magnetic zonal tube is used for detonating a charge on a projectile, e.g. missile or grenade, when it gets near a ferromagnetic object. The zone has three sensors for determining the field strength of the earth`s magnetic field in three different directions and a microprocessor for analysing the sensor signals to see whether projectile is close enough to the object to be detonated. The microprocessor calculates a variable which changes with total field strength intensity (B), according to equation (I) B = (Bx + By + Bz) / 2 (I) (where Bx - Bz = field strengths in 3 orthogonal directions). At least one of the sensors is a flux gate sensor and the microprocessor activates detonation when the variable changes by a selected figure.

Description

508 673 kompensera bort de signaler som orsakas av missilens ivridningsrörelser. 508 673 compensate for the signals caused by the missile's rotational motions.

Lösningen ger goda prestanda men kräver att minst ett gyro ingår.The solution provides good performance but requires that at least one gyro is included.

Genom FR, Al, 2 631 694 är vidare förut känt ett zonrör med tre axiella sensorer. Vid utvärdering av sensorsignalerna beräknas bl annat det totala absolutvärdet. Det slutliga avfyringsavgörandet bestäms emellertid genom att jämföra de två komposanterna som är vinkelräta mot flygriktningen. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett magnetiskt zonrör av passiv typ som är både enklare och lättare i sin konstruktion och därmed mindre kostsamt. men som ändå fungerar tillfredsställande vid montering i laddningsbärare av det slag som uppvisar rotations- rörelser.From FR, A1, 2 631 694 a zone tube with three axial sensors is further known. When evaluating the sensor signals, the total absolute value is calculated, among other things. However, the final firing decision is determined by comparing the two components perpendicular to the direction of flight. The object of the present invention is to provide a magnetic zone tube of the passive type which is both simpler and lighter in its construction and thus less expensive. but which nevertheless works satisfactorily when mounted in charge carriers of the type which exhibit rotational movements.

Uppfinningsändamålet uppnås genom ett magnetiskt zonrör enligt första stycket kännetecknat av att minst en av sensorerna utgörs av en fluxgatesensor och det signalbearbetande organet aktiverar initieringen av laddningsbärarens laddning när den beräknade variabelns värde ändras i viss bestämd grad. Uppfinningen baseras på det faktum att den totala fältstyrkans belopp i ett ostört fält förblir oförändrad trots ändringarna i avkända fältstyrkor orsakade av vridningsrörelser hos laddningsbäraren.The object of the invention is achieved by a magnetic zone tube according to the first paragraph, characterized in that at least one of the sensors consists of a flux gate sensor and the signal processing means activates the initiation of the charge carrier charge when the value of the calculated variable changes to a certain degree. The invention is based on the fact that the amount of the total field strength in an undisturbed field remains unchanged despite the changes in sensed field strengths caused by rotational movements of the charge carrier.

Om BX, By och BZ betecknar komponenterna av magnetiska fältstyrkan i ett kroppsfast ortogonalt koordinatsystem gäller för en rotationsrörelse hos en laddningsbärare att denna alltid ger upphov till ändring i minst tva av de tre komponenterna. I ett ostört fält förblir emellertid kvadrat- summan av de tre komponenterna oförändrad. En ändring av kvadratsumman signalerar alltså närvaro av något ferromagnetiskt föremål. En fortlöpande beräkning av kvadratsumman och dess förändringar medger därför att ferromagnetiska föremål i laddnings- bärarens närhet kan detekteras. Genom uppfinningen kan således gyrofunktionen avvaras, vilket i vissa fall kan vara en fördel. l sammanhanget kan påpekas att i US patentskriften 3 308 760 föreslagits att använda spänningarna från tre ortogonala spolar för att på ett liknande sätt beräkna ett riktningsoberoende värde på fältstyrkan. Förslaget är emellertid ej genomförbart, eftersom spolarna endast ger ett mått på fältstyrkans tidsderivata. För att erhålla ett riktningsoberoende värde på 508 673 fältstyrkan är det nödvändigt att använda sensorer av typ ﬂuxgate, som ger fältstyrkan direkt. Tanken enligt nämnda US-patent att fältstyrkan skulle kunna fås genom integrering av tidsderivatan förutsätter att utgångsvärdet är känt, vilket ej är fallet.If BX, By and BZ denote the components of the magnetic field strength in a body-fixed orthogonal coordinate system, it applies to a rotational movement of a charge carrier that this always gives rise to change in at least two of the three components. In an undisturbed field, however, the sum of the squares of the three components remains unchanged. A change in the sum of the squares thus signals the presence of some ferromagnetic object. A continuous calculation of the sum of the squares and their changes therefore allows ferromagnetic objects in the vicinity of the charge carrier to be detected. Thus, by means of the invention, the gyro function can be dispensed with, which in some cases can be an advantage. In this context, it may be pointed out that in U.S. Pat. No. 3,308,760 it has been proposed to use the voltages of three orthogonal coils to similarly calculate a direction-independent value of the field strength. However, the proposal is not feasible, as the coils only provide a measure of the field strength time derivative. In order to obtain a direction-independent value of 508 673 field strength, it is necessary to use av uxgate type sensors, which provide the field strength directly. The idea according to the said U.S. patent that the field strength could be obtained by integrating the time derivative presupposes that the initial value is known, which is not the case.

Lämpligen utgörs de tre sensorerna av ﬂuxgatesensorer för avkänning av fältstyrkan i de respektive tilldelade riktningarna. l ett alternativt utförande avsett för granater, utgörs två av sensorerna av spolar med axlarna vinkelräta mot granatens rotationsaxel och den tredje sensorn av en ﬂuxgatesensor. Tack vare granatens rotation passerar spänningen i varje spole genom noll två gånger per varv. I detta fall är alltså ett utgångsvärde känt, vilket gör det möjligt att använda integrering.Suitably, the three sensors consist of ﬂ uxgate sensors for sensing the field strength in the respective assigned directions. In an alternative embodiment intended for grenades, two of the sensors consist of coils with the axes perpendicular to the axis of rotation of the grenade and the third sensor of a ﬂ uxgate sensor. Thanks to the rotation of the grenade, the voltage in each coil passes through zero twice per revolution. In this case, then, a starting value is known, which makes it possible to use integration.

Det si gnalbearbetande organet innefattar med fördel en mikroprocessor.The signal processing means advantageously comprises a microprocessor.

Genom en förhållandevis enkel processor låter sig fältstyrkans totala intensitet beräknas och studeras i tiden med avseende på nivåändring.Through a relatively simple processor, the total intensity of the field strength can be calculated and studied over time with respect to level change.

Alternativt kan det signalbearbetande organet innefatta en signalprocessor eller en för ändamålet specialbyggd krets, s k custom design. l det följande beskrivs uppfinningen närmare medelst ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, där figur l schematiskt visar en laddningsbärare som rör sig i det jordmagnetiska fältet, figur 2 schematiskt visar fältlinjerna nära ett ferromagnetiskt föremål, figur 3 visar ett blockschema över huvuddelarna i ett zonrör enligt uppfinningen och figur 4 visar ett alternativt sensorarrangemang ingående i zonröret enligt uppfinningen.Alternatively, the signal processing means may comprise a signal processor or a circuit specially built for the purpose, so-called custom design. In the following the invention is described in more detail by means of an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings, where figure 1 schematically shows a charge carrier moving in the earth magnetic field, figure 2 schematically shows the field lines near a ferromagnetic object, figure 3 shows a block diagram of the main parts of a zone tube according to the invention and figure 4 shows an alternative sensor arrangement included in the zone tube according to the invention.

Den i figur l visade laddningsbäraren 1 rör sig i ett ostört jordmagnetiskt fält. Fältet antyds genom fältlinjer 2. Laddningsbäraren l kan utgöras av en missil, granat eller dylikt. I laddningsbärarens främre del finns ett zonrör 3, vilket beskrivs närmare under hänvisning till figur 3. Bakom zonröret återfinns en icke närmare visad med streckade linjer antydd laddning 4. 508 673 4 Figur 2 visar schematiskt fältlinjerna 6 i närheten av ett ferromagnetiskt föremål och i detta fall en stridsvagn 5. Såsom framgår av figuren söker sig fältlinjerna till stridsvagnen S. Denna förändring av fältbilden nära ett ferromagnetiskt föremål utnyttjas vid passiva zonrör för att identifiera närheten till ett mål. l figur 3 visas zonrörets 2 huvuddelar närmare. Tre sensorer 7.1, 7.2 och 7.3 grupperade i tre olika ortogonala riktningar mäter den magnetiska fältstyrkan BX, By respektive BZ. Varje sensor 7.1, 7.2 resp 7.3 är via en separat kanal innefattande en förstärkare 8.1, 8.2 resp 8.3 och en A/D- omvandlare 9.1, 9.2 resp 9.3 ansluten till ett signalbearbetande organ i form av en mikroprocessor 10. l mikroprocessorn 10 beräknas fortlöpande fältstyrkans intensitet B eller BZ enligt sambandet B = (BXZ + By?- + B22)Û~5 utgående från de fältstyrkor BX, By och BZ som uppmätts av sensorerna 7.l-7.3, samt identifieras förändringar i fältstyrkans belopp indikerande att ett ferromagnetiskt föremål finns i laddningsbärarens närhet. Vid förändring av beloppet en viss bestämd grad. aktiverar det signalbearbetande organet 10 initieringen av laddningen 4. Graden av förändring kan bl a inställas i beroende av hur nära målet laddningen skall detoneras. vilken typ av ferromagnetiskt föremål som skall bekämpas osv.The charge carrier 1 shown in Figure 1 moves in an undisturbed earth magnetic field. The field is indicated by field lines 2. The charge carrier 1 may be a missile, grenade or the like. In the front part of the charge carrier there is a zone tube 3, which is described in more detail with reference to Figure 3. Behind the zone tube there is a charge 4. Not shown in more detail by dashed lines. Figure 508 673 4 case a tank 5. As can be seen from the figure, the field lines to the tank S are sought. Figure 3 shows the main parts of the zone tube 2 in more detail. Three sensors 7.1, 7.2 and 7.3 grouped in three different orthogonal directions measure the magnetic field strength BX, By and BZ respectively. Each sensor 7.1, 7.2 and 7.3, respectively, is connected via a separate channel comprising an amplifier 8.1, 8.2 and 8.3 and an A / D converter 9.1, 9.2 and 9.3, respectively, to a signal processing means in the form of a microprocessor 10. In the microprocessor 10 the field strength is calculated continuously. intensity B or BZ according to the relationship B = (BXZ + By? - + B22) Û ~ 5 based on the field strengths BX, By and BZ measured by the sensors 7.l-7.3, and changes in the amount of the field strength are identified indicating that a ferromagnetic object located in the vicinity of the charge carrier. When changing the amount to a certain degree. the signal processing means 10 activates the initiation of the charge 4. The degree of change can be set, among other things, depending on how close to the target the charge is to be detonated. the type of ferromagnetic object to be controlled, etc.

Enligt det i figur 4 visade alternativa sensorarrangemanget utgörs två av sensorerna av spolar l l .l. l l.2 och den tredje av en ﬂuxgatesensor I 1.3.According to the alternative sensor arrangement shown in Figure 4, two of the sensors consist of coils 11.1. l l.2 and the third of an ﬂ uxgate sensor I 1.3.

Sensorarrangemanget lämpar sig för användning i granater, som alltid är rotationsstabiliserade. Rotationsstabilisering innebär att man ger granaten eller en projektil en stabil riktning genom att den sätts i rotation vid utskjutningen. Spolarna ll.l, ll.2 är placerade med axlarna vinkelrätt mot granatens rotationsaxel på sådant sätt att de ger två sinusfunktioner. inbördes förskjutna 90 grader. Spänningens amplituden är proportionell mot rotationshastigheten och denna kan variera under det att granaten är i luften, men rotationshastigheten erhålls lätt ur sinusfunktionernas frekvens och kan korrigeras för. Korrektionen kan ske genom integrering. Kvadratsumman av de två sinusfunktionerna är ett mått på den fältstyrkekomponent som ligger vinkelrätt mot granatens rotationsaxel. Komponenten i rotationsaxelns riktning mäts upp av 508 673 ﬂuxgatesensorn 11.3. Liksom vid sensorarrangemanget med tre ﬂuxgatesensorer kan B erhållas som kvadratsumman av de tre uppmätta komponenterna.The sensor arrangement is suitable for use in grenades, which are always rotation-stabilized. Rotational stabilization means that the grenade or a projectile is given a stable direction by being set in rotation during launch. The coils l1.l, ll.2 are placed with the axes perpendicular to the axis of rotation of the grenade in such a way that they provide two sine functions. mutually offset 90 degrees. The amplitude of the voltage is proportional to the rotational speed and this can vary while the grenade is in the air, but the rotational speed is easily obtained from the frequency of the sine functions and can be corrected for. The correction can be made through integration. The sum of the squares of the two sine functions is a measure of the field strength component that is perpendicular to the axis of rotation of the grenade. The component in the direction of the axis of rotation is measured by the 508 673 ﬂ uxgate sensor 11.3. As with the sensor arrangement with three atesx gate sensors, B can be obtained as the square sum of the three measured components.

Claims

508,673 Claims

A passive type magnetic zone tube for initiating the charge of a charge carrier, such as, for example, a missile or grenade, as it approaches a ferromagnetic object. which zone tube comprises three sensors for sensing the field strength of the earth magnetic field in three different directions and a signal processing means for signal processing of the sensed field strengths in order to determine if the charge carrier is within a certain distance from the object and in that case activate the charge carrier initiation of charge. . wherein the signal processing means is arranged to calculate from the three sensed field strength components a variable which varies with the intensity of the total field strength and consists of the field strength intensity B calculated according to: B: + + where BX, By and BZ correspond to the three field strengths sensed in three orthogonal directions, characterized in that at least one of the sensors is constituted by a flux gate sensor and the signal processing means activates the initiation of the charge carrier charge when the value of the calculated variable changes to a certain determined degree.

Magnetic zone tube according to Claim 1, characterized in that the three sensors consist of ﬂ ux gate sensors for sensing the field strength in the respective assigned directions.

Magnetic zone tube according to Claim 1, intended for rotation-stabilized charge carriers, for example grenades, characterized in that two of the sensors consist of coils with the axes perpendicular to the axis of rotation of the charge carrier and the third sensor consists of a flux gate sensor.

Magnetic zone tube according to one of the preceding claims, characterized in that the signal processing means comprises a microprocessor. 508 673

Magnetic zone tube according to one of the preceding claims. characterized in that the signal processing means comprises a signal processor.

Magnetic zone tube according to one of the preceding claims, characterized in that the signal processing means comprises a circuit specially built for the purpose, so-called custom design.