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Optisches Lenksystem für sich selbsttätig bewegende Flugkörper Die
Erfindung betrifft ein optisches Lenksystem für die Führung eines sich selbsttätig
bewegenden Flugkörpers auf einer Bahn längs der optischen Achse eines einen Laser
enthaltenden Sendezentrums, dessen modulierbare Strahlung auf eine den Flugkörper
umgebende Raumsane begrenzt ist, wobei der Flugkörper an seinem dem Sendeentrum
zugewandten Heck einen Strahlungsempfänger ur Aufnahme eines der Ablage des Flugkörpers
von der optischen Achse des Sendet
zentrums entsprechenden Signals
trägt, dessen Ausgang über Kopplungsglieder mit einem Lenkorgan zur rückfuhrenden
Beeinflussung der Flugbahn des Flugkörpers verbunden ist.
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Aus der DOS 1-531 499 ist ein derartiges Lenksystem bekannt, bei dem
zwei aufeinander senkrecht stehende lamellenförmige Lichtbündel durch jeweils zwei
Drehkeilprismen die den Flugkörper umgebende Raumzone mit festgelegter Geschindigkeit
überstreichen. Die beiden lamellenförmigen Lichtbündel sind dabei durch j eine,
in dem Sendezentrum angeordnete Festkodiereinrichtung in eine für die beiden lamellenförmigen
Lichtbündel jeweils unterschiedliche Anzahl von Teillichtbündeln aufgeteilt; die
Strahlungsempfänger des Flugkörpers nehmen bei der Schwenkung der Lichtbündel eine
Impulsreihe auf, die durch ein Dekodiergerät in Signale umgesetzt wird, die. der
Höhen und Seitenablage des Flug körpers von der optischen Achse entsprechen. Aufgrund
dieser Ablagesignale wird das. Lenkorgan des Flugkörpers derart betätigt., daß dieser
wieder auf seine definierte Flugbahn zuruckgeführt wird.
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Ein Nacht-eil dieses optischen Lenksystems ist die Verwendung beweglicher
Teile, wie beispielsweise der Drehteilprismen; denn die von dem Strahlungsempfänger
aufgenommene Impulsreihe ist nur dann eindeutig einer Ablage des Flugkörpers zuzuordnen,
wenn Schwingungen. und ein etwaiger ungleichförmiger Antrieb der beweglichen- Teile
vermieden werden. Dies ist aber nur durch aufwendige feinmechanische Konstruktionen
der mechanisch bewegten Teile und deren La-.
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ger möglich, die aber für die Betriebssicherheit ein zusätzliches
Risiko beinhalten. Dieses Risiko wird noch dadurch erhöht-, daß---im-Flugkörper
ein hoher elektronischer Aufwand zur Auswertung der empfangenen Impulareihe notwendig
ist;
so unter anderem ein Entfernungsmesser, ein Zeitwert und mehrere
kompliziert angeordnete Photozellen. Dadurch ernöllen sich selbstverständlich die
Herstellungskosten eines derartiGen r'lugkörpers, ein Nachteil, wenn man bedenkt,
daß aieser lediglich zu einem einzigen Einsatz bestimmt ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung für ein optisches Lenksystem der eingangs
genannten Art die Verwendung mechanisch bewegter Teile zu vermeiden und bei einem
gleichzeitig einfachen Aufbau des Sende zentrums und der in dem Flugkörper vorgesehenen
Einrichtungen die Betriebssicherheit des optischen Lenksystems zu erhöhen.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in dem Sendezentrum
in die Laser strahlung eine Linsenanordnung zur Ausleuchtung der gesamten, den Flugkörper
umgebenden Raumzone und ein lichtdurchlässiger Modulator eingebracht ist, der aus
mehreren, die Laserstrahlung unterschiedlich modulierenden Teilabschnitten besteht,
und daß im- Flugkorper eine mit dem Strahlungsempfänger elektrisch verbundene Demodulatorschaltung
vorgesehen ist, die für das Lenkorgan Ablage signale in Abhangigkeit des unterschiedlich
moàulierlen, vom Strahlungsempfänger aufgenommenen Lichtsignals und eines die Rollage
des Flugkörpers definierenden Referenzsignals bildet.
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Ein optisches Lenksystem gemäß der Erfindung zeichnet sich also insbesondere
dadurch aus, daß innerhalb des Sendezentrums und des Flugkörpers keine mechanisch
beweglichen Teile verwendet werden. Dadurch wird die Betriebssicherheit im Gegensatz
zu bekannten Lenksystemen erhöht.
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Gleichzeitig wird durch den Aufbau des Sendezentrums und der Empiangseinrï*cxltungen-des
Flugkörpers ein mechanisch und elektronisch einfacher Aufbau erreicht, so daß Sendezentrum
und
Flugkörper sehr robust aufgebaut sein und somit den Bedingungen auf einem Gefechtsfeld
gut angepasst werden können.
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Die Modulation der Laserstrahlung ist dabei vorzugsweise eine Hell-Dunkel-Tastung
mit für die einzelnen Teilbereiche des Modulators unterschiedlichen Frequenzen.
Die wahrgenommene Ablage des Flugkörpers wrd in der mit dem Strahlungsempfänger
elektrisch verbundenen Demodulatorschaltung z.B.
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in Polarkoordinaten an die zur Betätigung des Lenkorgans dienende
Kopplungseinrickfung gegeben; dazu ist der Modulator kreisförmig und aus einzelnen
Kreissegmentenausgeführt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht der Modulator
aus mehreren hintereinander angeordneten Polarisatoren, von denen der dem Laser
zugewandte Polarisator eine feste, die übrigen jeweils in einem Teilbereich eine
elektrisch beeinflußbare Polarisationsrichtung aufweisen.
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Auf diese Weise kann im Flugkörper ein Ablagesignal gebildet werden,
das sich aus einer Folge von Informationen, z.B.
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links, oben, zusammensetzt.
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Die Erfindung ist in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung
näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen: Figur 1 schematisch ein gemäß der Erfindung
ausgebildetes Sendezentrum und einen fernlenkbaren Flugkörper; Figur 2 einen elektrooptischen
Modulator in Aufsicht; Figur 3 eine weitere Ausführungsform des Modulators gemäß
der Figur 2; Figur 4 eine Explosionsdarstellung eines weiteren Modulators gemäß
der Erfindung; +zusammengesetzt
Figur 5 ein Blockschaltbild für
die Bildung von Ablagesignalen innerhalb des Flugkörpers.
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In einem Senuezentrum 1 ist ein Laser 2 vorgesehen, dessen koharente
monochroma-tische Strahlung vorzugsweise im Infrarotbereich liegt. Die Strahlung
des Lasers, von der in der Figur 1 lediglich die um die strichpunktiert gezeichnete
optische Achse 3 symmetrisch liegenden Randstrahlen 4 gezeichnet sind, durchsetzt
eine Zerstreuungslinse 5 und eine Anordnung aus zwei Sammellinsen 6 und 7, zwischen
denen ein paralleler Strahlengang erreicht wird. Ferner ist eine weitere Zerstreuungslinse
8 und eine Sammellinse 9 vorgesehen, deren optische Basis b variierbar ist, so daß
damit der Öffnungswinkel ß der das Sende zentrum 1 verlassenden Laserstrahlung 4
veränderbar ist.
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In dem parallelen Strahlengang zwischen den beiden Sammellinsen 6
und 7 ist ein elektrooptischer, unten näher beschriebener Modulator 11 vorgesehen,
der von einem nicht dargestellten Wechselspannungsgenerator über Anschlußleitungen
12 angesteuert wird.
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Wird ein Flugkörper 13 von einer. nicht gezeigten, parallel zur optischen
Achse 3 des Sendezentrums 1 ausgerichteten Abschußanlage abgeschossen, so wird der
Öffnungswinkel ß der Laserstrahlung 4 durch Verändern der optischen Basis b der
beiden Linsen 8 und 9 so groß eingestellt, daß der Plugkörper 13 nach einer kurzen
Flug strecke von der Laserstrahlung 4 erfasst wird. Zur Aufnahme der Laserstrahlung
4 trägt der Flugkörper 13 an seinem dem Sendezentrum 1 zugewandten Heck einen in
der Figur 5 nur schematisch dargestellten Strahlungsempfänger 14. Ein Ablagesignal
des Flugkörpers 13 von der optischen Achse wird folgendermaßen gebildet: Der kreisförmige
elektrooptische Modulator 11 ist in acht
Segmente 111 bis 118 unterteilt,
die, wie an sich bekannt, jeweils aus einer oder mehreren Schichten eines Halbleitermaterials
bestehen, auf-das auf derVorder- und auf der Rückseite des Modulators 11 mit den
Anschlußleitungen 12 verbundene ohmsche Kontakte 14 aufgebracht sind; vgl. die Figur
2, in der-lediglich zwei dieser Kontakte dargestellt sind. Sind die Zuleitungen
12 nicht mit dem Wechselspannungsgenerator verbunden, so durchsetzt die Laserstrahlung
4 den Modulator 11, wird dabei geringfügig geschwächt und leuchtet die gesamte den
Flugkörper 13 umgebende Raumzone mit dem Öffnungswinkel ß aus. Wird eine der Anschlußleitungen
12- mit dem Wechselspannungsgenerator verbunden, so wird in dem dieser Anschlußleitung
zugeordneten Kreissegment des Modulators 11 die Laserstrahlung 4 im Takte der Wechselspannung
periodisch unterbrochen.
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Dadurch wird in der Raumzone mit dem Öffnungswinkel ß der diesem Kreissegment
zugeordnete Anteil der Laserstrahlung 4 ebenfalls hell-dunkel moduliert. Zur Kennung
der gesamten den Flugkörper 13 umgebenden Raumzone wird die die einzelnen Kreissegmente
des Modulators 11 durchsetzende Laserstrahlung 4 entweder gleichzeitig oder gemäß
einem bestimmten Programm nacheinander mit unterschiedlichen Frequenzen moduliert
Dabei ist es vorteilhaft, daß der Modulator in einem sehr kleinen Bereich um seine
geometrische Mitte diese Laserstrahlung unmoduliert hindurchläßt. Befindet sich
der Flugkörper 13 in diesem kleinen, die optische Achse umgebenden Teilbereich der
Laserstrahlung 4, wird kein Ablagesignal gebildet.
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Fällt die Flugbahn des Flugkörpers 13 nicht mit der optischen Achse
3 des Sendezentrums 1 zusammen, so empfängt der Strahlungsempfänger 14 eine Impulsfolge,
deren Frequenz mit einer einem Kreissegment 111 bis 118 des Modulators 11 zugeordneten
Modulationsfrequenz übereinstimmt. Die einzelnen
Impulse werden
in einer Demodulationsschaltung, bestehend aus einem Verstärker 15 und einer Frequenzdiskriminatorschaltung
16, dem entsprechenden Kreissegment 111 bis 118 des Modulators 11 zugeordnet.
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Um diese Zuordnung.mit einem winkelabhängigen Ablagesignal des Flugkörpers
13 von der optischen Achse zu koordinieren, muß die momentane Rollage des Flugkörpers
um seine mit der Längsachse zusammenfallende Rollachse bekannt sein. Bei einem lagestabilisierten.Flugkörper
ist daher das Ausgangssignal des Frequenzdiskriminators direkt zur Beeinflussung
eines Lenkorgans, z.B. elektromagnetisch betätigbaren Spoilern 17 zu verwenden.
Rotiert der Flugkörper 13 jedoch um seine Rollachse, so muß etwa durch ein Kreiselgerät
seine momentane Rollage erfasst werden; diese wird in Form eines elektrischen Referenzsignales
18 in eine der Frequenzdiskriminatorschaltung 16 zugeordnete Vergleichsschaltung
eingegeben und mit dem von dem Strahlungsempfänger 14 empfangenen Impulssignal koordiniert,
bevor das Lenkorgan 17 für eine Rückführung des Flugkörpers 13 zur optischen Achse
3 betätigt wird.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform des optischen Lenksystems wird
lediglich die Winkelablage des Flugkörpers 13 von der optischen Achse 3 des Sendezentrums
1 erfasst, nicht jedoch die radiale Ablage. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
werden daher die einzelnen Kreissegmente 111 bis 113 des Modulators 11 zusätzlich
in radialer Richtung aufgeteilt, so daß ein innerer (I) und ein äußerer Bereich
(II) des Modulators 11 entsteht, der jeweils aus 8 Einzelbereichen zusammengesetzt
ist; vgl. die Figur 3. Befindet sich der Flugkörper 13 in einem Bereich der ihn
umgebenden Laserstrahlung, der von einem der inneren Segmente (I) des Modulators
11 moduliert ist, so wird in der Frequenzdiskriminatorschaltung
16
ein Ablagesignal gebildet, dessen Richtung auf die optische Achse hinzeigt und dessen
In-censität lediglich gering, jedoch zu einer Rückführung des Flugkörpers 13 auf
eine Flugbahn längs der optischen Achse ausreichend ist. Ist die Ablage des Flugkörpers
13 von der optischen Achse so groß, daß der Strahlungsempfänger 14 ein von den äußeren
Segmenten (II) des Modulators 11 moduliertes Impulssignal empfängt, so wird in der
Frequenzdiskriminatorschaltung 16 ein Ablagesignal höherer Intensität gebildet,
das den Flugkörper durch die Betätigung des Lenkorgans 17 zur optischen Achse zurückführt.
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Der Modulator 11, der eine Hell-Dunkel-Tastung der Laserstrahlung
bewirkt, kann, wie in Figur 4 gezeigt, auch durch mehrere, im gezeigten Beispiel
fünf hintereinander angeordnete Polarisatoren verwirklicht werden, deren Polarisationsrichtung
in einzelnen Bereichen drehbar ist. Der erste Polarisator 411 besitzt dabei eine
feste Polarisationsrichtung 421, der hinter diesem angeordnete Polarisator 412 ist
in zwei Bereiche aufgeteilt, von denen lediglich einer, in diesem Falle der obere,
optisch aktiv ist und im nichterregten Zustand eine mit der Polarisationsrichtung
421 zusammenfallende Polarisationsrichtung 422 besitzt. Der optisch aktive Bereich
des Polarisators 412 ist mit nicht gezeigten ohmschen Kontakten versehen, die über
Zuleitungen 43 mit einem ebenfalls nicht gezeigten Wechselspannungsgenerator verbunden
sind. Die nachfolgenden Polarisatoren 413, 414, 415 sind ebenso aufgebaut, nur daß
der optisch aktive Bereich mit einer mit der Polarisationsrichtung 421 zusammenfallenden
Polarisationsrichtung 423, 424, 425 jeweils unten, links bzw. rechts liegt. Die
Laserstrahlung 4, die diesen derart zusammengesetzten Modulator 11 durchsetzt, wird,
wenn die einzelnen Polarisatoren 412 bis 415 nicht mit einem Wechselspannungssignal
angesteuert werden, linear polarisiert. Damit der Flugkörper 13 mit seinem Strahlungsempfänger
14
ein räumlich zugeordnetes Ablagesignal erhäl-L, werden die einzelnen Polarisatoren
412 bis L15 nacheinander von dem WechselspannungscJenerator mit unterschiedlicher
Frequenz erregt; dadurch werden die Polarisationsrichtungen 22 bis 25 mit dieser
Frequenz jeweils um einen bestirnmten Winkel, vorzugsweise um 900 gedreht, so daß
durch den gerade erregten optisch aktive Bereich eines Polarisators kein Licht hindurchgelassen
wird. Es erfolgt ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel eine Hell-Dunkel-Tastung
der Laserstrahlung 3. In dem Frequenzdiskriminator IG erfolgt in Abhängigkeit des
momentanen Rollagesignals 18 des Flugkörpers 13 die geome-trische Zuordnung zwischen
der Ablage und der Rollage des Flugkörpers.
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-Patentansprüche-