DE2152677C3 - Fernlenksystem zur Führung eines Flugkörpers zu einem Ziel - Google Patents

Description

ausgesendete Infrarotstrahl eine Doppelmodula- bereits ein Fernlenksystem ähnlicher Art bekannt, bei

tion in einem Modulator (11) erfährt, der außer dem jedoch der Flugkörper an der Rückseite Spursätze

den die permanente Moduation erzeugenden trägt, die eine Infrarotstrahlung aussenden, und die

Modulationssignalen d^:e vor. der Steuersignal- Visiereinrichtung ein Objektiv enthält, das in seinem

erzeugerschaltung (26, 38) erzeugten Steuer- 35 Brennpunkt das Bild der Spursätze des Flugkörpers

signale als Modulationssignale empfängt. auf der lichtempfindlichen Fläche eines Photo-

2. Fernlenksystem nach Anspruch 1, dadurch detektors bildet. Ein in der Visiereinrichtung angegekennzeichnet, daß ein vom Flugkörper ge- ordneter Lichtmodulator in Form einer rotierenden tragener Photodetektor (34) einen elektronischen Scheibe weist gleiche Sektoren auf, die abwechselnd Schaltungskanal · speist, der wenigstens einen 40 lichtdurchlässig und lichtundurchlässig sind und Decodierer (35) für die vom Photodetektor emp- deren Mittelpunkt eine Kreisbewegung um die fangenen Modulationssignale des Infrarotstrahls optische Infrarotachse beschreibt, wodurch der von enthält und die Navigationseinrichtungen speist. dem Flugkörper kommende Infrarotstrahl moduliert

3. Fernlenksystem nach Anspruch 1 oder 2, wird. Man erhält dadurch am Ausgang des Photodadurch gekennzeichnet, daß die permanenten 45 detektors einen frequenzmodulierten Wechselstrom, Modulationssignale Intensitätsmodulationssignale dessen Frequenzhub und Phase (definiert als Zeitsind, punkt des Auftretens der maximalen oder minimalen

4. Fernlenksystem nach einem der Ansprüche 1 Frequenz in bezug auf einen Ursprung der Schwinbis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- gungen) von der Ablage der Koordinaten des Bildes signalerzeugerschaltung einen Codierer (38) ent- so der Spursätze in bezug auf die optische Achse der hält, der die von einem Rechengerät (26) in Ortungseinrichtung abhängen. Eine elektronische Analogform abgegebenen Steuersignale in digitale Schaltung bildet Signale, die von den gemessenen Signale umwandelt, die dem Modulator (11) zu- Werten abhängen; diese Signale können elektrisch geführt werden, und daß der Flugkörper einen auf dem Funk- oder Drahtweg zu dem Flugkörper Photodetektor (34) enthält, der einen Decodierer 55 übertragen werden und wirken in diesem auf (35) speist, der die in Digitalform von dem Navigationsorgane ein.

Photodetektor (34) empfangenen Steuersignale in Die Spursätze haben den Zweck, die Reichweite

Analogsignale umwandelt. des Fernlenksystems durch Vergrößerung des Kontrastes zwischen Flugkörper und Umgebung zu er-

60 weitern. Es können jedoch Fälle eintreten, in denen

zahlreiche Punkte großer Helligkeit in dem Gesichtsfeld der Fernlenkeinrichtung erscheinen können. Dies kann eine Blendung der Infraroteinrichtung und damit Fehlschüsse zur Folge haben. Diese

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fernlenksystem 65 Nachteile können zwar dadurch vermindert werden,

zur Führung eines Flugkörpers zu einem Ziel mit daß der von den Spursätzen ausgesendeten Infrarot-

- Hilfe eines Infrarotstrahls, dem eine, permanente strahlung eine besondere Modulation erteilt wird,

Modulation erteilt ist, mit einer an einer Bodenstelle die ihre Identifizierung ermöglicht, doch wird in-

folge des Gewichts der für diese Modulation erforderlichen Einrichtung die Nutzlust des Flugkorpers verringert.

Aus der französischen Patentschrift 1 49 t 229 ist es zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten bekannt, an Stelie der vom Flugkörper getragenen Lichtquellen (Spursätze) eine scharf gebündelte Infrarotstrahlung von einer an der Bodenstelle angeordneten Lichtquelle auf den Flugkörper zu richten und am Flugkörper einen Reflektor anzubringen, beispielsweise einea Rückspiegel oder ein Totalreflexjonsprisma, so daß die Infrarotstrahlung zur Bodenstelle zurückgeworfen wird und dort zur Ortung des Flugkörpers verwendet werden kann. Dabei wird der Infrarotstrahlung zur besseren Identifizierung ebenfalls eine permanente Modulation erteilt, und weil in diesem Fall die Modulationseinrichtung an der Lichtquelle am Boden angebracht sein kann, wird die Nutzlast des Flugkörpers dadurch nicht verringert. Als Lichtquelle wird vorzugsweise ein Infrarot-Laser verwendet.

Auch bei diesem bekannten Fernlenksystem erfolgt aber die Übertragung der Steuersignale von der Bodenstelle zum Flugkörper auf elektrischem Wege, insbesondere über einen Draht.

Bei der Übertragung der am Boden gebildeten Steuersignale zu dem Flugkörper entstehen jedoch Probleme. Wenn diese Übertragung mit Funkwellen erfolgt, wird die gewünschte Diskretion nicht immer eingehalten, und es können wirksame Störungen vom Feind vorgenommen werden. Wenn Leiterdrähte verwendet werden, die am Flugkörper befestigt sind, kann dieser eine gewisse, durch das einwandfreie Abrollen der Drähte vorgeschriebene Grenzgeschwindigkeit nicht überschreiten, so daß dieses Verfahren bei modernen schnellen Flugkörpern nicht anwendbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Fernlenksystems der eingangs angegebenen Art, das bei einfachem und betriebssicherem Aufbau gegen Störungen gut geschützt ist und keinen Einschränkungen hinsichtlich der Fluggeschwindigkeit des Flugkörpers unterworfen ist.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der von dem Infrarotsender ausgesendete Infrarotstrahl eine Doppelmodulation in einem Modulator erfährt, der außer den die permanente Modulation erzeugenden Modulationssignalen die von der Steuersignalerzeugerschaltung erzeugten Steuersignale als Modulationssignale empfängt.

Bei dem Fernlenksystem nach der Erfindung sind die Vorteile der bekannten, mit reflektiertem Infrarotstrahl arbeitenden Systeme in vollem Umfang aufrechterhalten, während die Nachteile der Übertragung der Steuersignale auf dem Funk- oder Drahtweg entfallen, weil die Steuersignale durch Modulation des zur Verfolgung des Flugkörpers vorhandenen Infrarotstrahls übertragen werden. Beabsichtigte Oder unbeabsichtigte Störungen von dritter Seite sind somit weitgehend ausgeschlossen, weil der Flugkörper nur auf den von hinten kommenden Infrarotstrahl anspricht, der außerdem noch durch seine permanente Modulation identifizierbar ist. Die übertragung ist unabhängig von der Geschwindigkeit des Flugkörpers. Ferner ist der Aufwand gering, da die bereits vorhandenen Einrichtungen zur Erzeugung und Modulation des Infrarotstrahls ausgenutzt werden können.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt

F i g, 1 ein geometrisches Schema zur Erläuterung des Fernlenksystems zur Führung eines Flugkörpers zu einem Ziel nach der Erfindung,

F i g. 2 den Lichtmodulator der Verfolgungs- und Ortungseinrichtung;

F ί g. 3 a und 3 b zeigen Diagramme des Verlaufs von Signalen zur Erläuterung der Fig. 2;

ίο F i g. 4 zeigt das Schaltschema der am Boden angeordneten Visier- und Richtanordnung,

F i g. 5 den mechanischen Aufbau der Visier- und Richtanordnung und
F i g. 6 die Navigationsschaltungen des Flugkörpers.

F i g. 1 zeigt einen Flugkörper E, ein Ziel C, das eine Bahn T beschreibt, und ein Koordinatensystem Oxyz, wobei am Punkt O eine am Boden befindliche Visier-, Schieß- und Steuerstelle ange-

ao ordnet ist. Die ry-Ebene ist willkürlich so gelegt, daß sie die Gerade OC enthält, welche die Visierlinie einer von der Bodenstelle auf das Ziel gerichteten optischen Visiereinrichtung ist. Der Punkt E_x,, ist die Projektion des Flugkörpers £ auf

die xy-Ebene, und der Punkt e ist die Projektion des Flugkörpers E auf die Visierlinie OC.

Der Wert des Winkelsa = EOC ist der Winkelabstand zwischen der Richtung Beobachter—Flugkörper und der Visierlinie. Die Länge der Ge-

raden e-E ist der metrische Abstand zwischen Flugkörper und Visierlinie. Dieset Abstand kann in zwei Komponenten X und Y zerlegt werden, von denen die Komponente X senkrecht zu der Visierlinie OC und die Komponente Y senkrecht zu der xy-Ebene

liegt. Die auf den Flugkörper durch Einwirkung auf dessen Ruderflächen auszuübenden Kräfte sind den Faktoren cos b und sin b proportional, wobei b der in F i g. 1 dargestellte Winkel zwischen den Strecken e-E und e-E_xy ist.

Um den Winkel α zwischen der Visierlinie und der Richtung Beobachter—Flugkörper an der Bodenstelle dauernd messen zu können, sind an der Bodenstelle ein Infrarotsender und ein Infrarotempfänger mit zueinander parallelen optischen Achsen ange-

ordnet, und der Flugkörpei ist mit einem Rückspiegel ausgestattet, der das vom Infrarotsender kommende, scharf gebündelte Infrarotlicht zum Infrarotempfänger zurückwirft. Eine Folgeregeleinrichtung hält die Achse des ausgesendeten Infra

rotstrahls dauernd auf den Flugkörper gerichtet. Der Flugkörper enthält Lenkeinrichtungen, die durch ¹On der Bodenstelle kommende Steuersignale so betätigt werden, daß der Flugkörper zum Ziel gelenkt wird. Wie später noch genauer erläutert wird, wer-

den diese Steuersignale durch Modulation des Infrarotstrahls übertragen. Zu diesem Zweck enthält der Flugkörper außer dem Rückspiegel einen Photodetektor, der einen Teil des vom Infrarotsender kommenden Infrarotlichts empfängt und an den

Decodierer für die in der Modulation enthaltenen Steuersignale angeschlossen ist. Diese Steuersignale werden in der Bodenstelle dutch ein Rechengerät in Abhängigkeit von dem Winkelabstand zwischen der auf das Ziel gerichteten Visierlinie und der Achse

des auf den Flugkörper gerichteten Infrarotstrahls gebildet. Das gleiche Rechengerät bildet auch die Steuersignale für die Stellmotoren der Folgeregeleinrichtung.

Fig. 4 zeigt das Schaltschetna der an der Bodenstelle vorhandenen Visier- und Richtvorrichtung, und F i g. 5 zeigt schematisch den mechanischen Aufbau dieser Vorrichtung. Die in F i g. 4 gezeigte Anordnung enthält einen CO₂-Infrarut-Laser 10, einen Pockelsefiekt-Modulator 11, eine Kollimatoroptik 12 für den Laserstrahl, Umlenkspiegel 13 und 14 sowie einen Schwenkspiegel 15, der durch eine geeignete mechanische Halterung mit zwei Rotations-Freiheitsgraden montiert ist, nämlich einem Freiheitsgrad dem Scitenwinkel nach und einem Freiheitsgrad dem Höhcnwinkcl nach. Derartige Anordnungen, bei denen nur der Sende- und Empfangsspiegel für den Laserstrahl mit zwei Freiheitsgraden drehbar ist, während der eigentliche Laser selbst und der Infrarotlichtcmpfänger feststehend sind, sind in der Technik bekannt und brauchen hier nicht näher beschrieben zu werden. Der Laserstrahl wird von dem Schwenkspiegel 15 zu dem Flugkörper E geschickt. Der von dem Rückspiegel des Flugkörpers zurückgeschickte Strahl wird von dem Schwenkspiegel 15 zu dem parabolischen Reflektorspiegel 16 gerichtet, der den Laserstrahl in seinen Brennpunkt fokussiert. Ein Spiegel 17 schickt den Laserstrahl über das Infrarotfilter 20 zu der Richtungsdetektorzelle 21. Vor dieser befindet sich ein Lichtmodulator 22, der in Verbindung mit F i g. 2 näher beschrieben wird. Dieser Lichtmodulator hat den Zweck, Abweichungen des Flugkörpers von der Achse des Infrarotstrahls nach Größe und Richtung durch Signale anzuzeigen, die einem Rechengerät 26 zugeführt werden, das daraus Steuersignale für die Stellmotoren 31 und 32 des Schwenkspiegels 15 erzeugt, durch welche der Infrarotstrahl dem Flugkörper nachgeregelt wird.

In F i g. 2 .„-ist angenommen, daß der Lichtmodulator unbeweglich ist und daß das Bild des Flugkörpers einen Kreis beschreibt. Die Bezugsrichtung OO' liegt parallel zu der Geraden e-E_x;i von F i g. 1. Der Punkt M ist das Bild des Flugkörpers, von dem angenommen ist, daß es in einer Linie mit der Richtung Beobachter—Flugkörper liegt, und der Punkt M' ist das Bild des Flugkörpers, von dem angenommen ist, daß es außer Fluchtung mit dieser gleichen Richtung gebracht ist. Dem Punkt M entspricht das Signal von Fi g. 3 a, das ein Rechtecksignal mit konstanter Frequenz ist. Dem Punkt. M' entspricht das Signal von F i g. 3 b. das frequenzmoduliert ist Es ist zu erkennen, daß der Frequenzhub ein Maß für den Winkel des Ausrichtfehlers des Flugkörpers ist, d. h. für den Winkel des Kegels, der als Achse die Achse des Infrarotstrahls hat und von dem eine Mantellinie durch den Flugkörper geht; ferner ist zu erkennen, daß das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt tu des Auftretens des Maximums oder des Minimus der Augenblicksfrequcnz und dem Zeitpunkt t„ des Durchgangs des Punktes M' durch die Gerade OO' ein Maß für den Drehwinkel dieser Mantellinie um die Achse ist.
Wenn der Frequenzhub und dieses Zeitintervall gleichzeitig Null sind, ist der Flugkörper auf den Infrarotstrahl ausgerichtet. Wenn ferner die Achse des Infrarotstrahls und die Visierachse parallel gemacht werden, liegt der Flugkörper in einer Linie

ι« mit dem Ziel.

Ein Niederfrequenz-Sinusgenerator 24 ist an den Lasermodulator 11 angeschlossen. Dadurch wird dem Infrarotstrahl eine permanente Modulation erteilt, die seine Identifizierung und Unterscheidung

»5 von Störlicht ermöglicht.

Die lichtempfindliche Fläche der Dctektorzelle 21 ist vorzugsweise aus einer Mischung von Quecksilber- und Kadmiumtelluriden gebildet. Das von dieser Zelle gelieferte Signal wird zu einem Rechen-

ao gerät 26 geschickt. Dieses Rechengerät empfängt außerdem Meßsignale für den Seitenwinkel und den Höhenwinkel des Schwenkspiegels 15 und für entsprechende Winkel der Visierachse des Zielfernrohrs 39 (Fig. 51 von Stellungsfühlern 27, 28, 29. 30, die

as an den beispielsweise kardanisch aufgehängten Seitenwinkel·· und Höhenwinkclachscn montiert sind. Aus diesen Daten berechnet das Rechengerät den Winkel o, den Winkel b, die Komponenten sin b und cos b und die Seitenwinkel- und Höhenwinkel-Abweichungen des Flugkörpers von der Achse des Infrarotstrahls. Diese zuletzt genannten Komponenten werden dem Scitenwinkel-Stellmotor 31 und dem Höhenwinkel-Stellmotor 32 des Schwenkspiegcls 15 zugeführt. Die Komponenten sin b und cos b werden einem Codierer 38 zugeführt, der sie in einen Binärcode umsetzt. Dieser Codierer ist mit dem Modulator 11 verbunden. Die Navigationssteuerdaten werden also durch eine Modulation des Infrarotstrahls, die zusätzlich zu der permanenten Modulation erfolgt.

zu dem Flugkörper übertragen.

In F i g. 6 ist zu erkennen, daß der Flugkörper an seiner Rückseite einen Rückspiegel 33 und einen Photodetektor 34 trägt. Der Photodetektor ist mit einem Decodierer 35 verbunden, an den zwei Verstärker 36 und 37 angeschlossen sind, die in an sich bekannter Weise auf die Seitenruder bzw. Höhenruder einwirken.

Die vorstehende Beschreibung gibt ein vollständiges Ausführungsbeispiel an, doch sind ver schiedene Abänderungen für den Fachmann ohne weiteres vorstellbar. Beispielsweise kann die Verfolgungs-Regelschleife anstatt eines Fehlersignaldetektors in Form eines einer Detektorzelle zugeordneten Lichtmodulators einen Fehlersignaldetektor in Form einer Bildteilerdetektorze'le enthalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

angeordneten Visiereinrichtung, deren optische Patentansprüche: Visierlinie1 auf das Ziel gerichtet ist, einem lnfrarot- strahissnder und einem Infrarotstrahlempfänger mit

1. Fernlenksystem zur Führung eines Flug- parallelen optischen Achsen, einem vom Flugkörper körpers zu einem Ziel mit Hilfe eines Infrarot- 5 getragenen Rückspiegel, der einen Teil des Lichts Strahls, dem eine permanente Modulation erteilt des ausgesendeten Infrarotstrahls zu dem Infrarotist, mit einer an einer Bodenstelle angeordneten empfänger zurückschickt, in welchem er von einem Visiereinrichtung, deren optische Visierlinie auf Photodetektor empfangen wird, Einrichtungen zur das Ziel gerichtet ist, einem Infrarotstrahlsender Messung des Winkelabstands zwischen der optischen und einem Infrarotstrahlempfänger mit parallelen w Visierlinie und den parallelen optischen Achsen, optischen Achsen, einem vom Flugkörper ge- Einrichtungen zur Messung weiterer Winkelabstände, tragenen Rückspiegel, der einen Teil des Lichts welche die Lage des Flugkörpers in bezug auf die des ausgesendeten Infrarotstrahls zu dem Infra- optische Achse des ausgesendeten Infrarotstrahls rotempfänger zurückschickt, in welchem er von angeben, einer Folgeregelanordnung, die auf Grund einem Pholodetektor empfangen wird, Ein- >s der weiteren Winkeiabstände die gemeinsame Richrichtungen zur Messung des Winkelabstands zwi- tung der parallelen Achsen dem Flugkörper nachsehen der optischen Visierlinie und den parallelen regelt, und mit einer Steuersignalerzeugerschaltung, optischen Achsen, Einrichtungen zur Messung welche aus den Messungen der Gesamtheit der weiterer Winkelabstände, welche die Lage des Winkelabstände Steuersignale ableiten und zu von Flugkörpers in bezug auf die optische Achse des ao dem Flugkörper getragenen Navigationseinrichtunausgesendeicn Infrarotstrahls angeben, einer gen übertragen.

Folgeregelanordnung, die auf Grund der weiteren Der Flugkörper kann beispielsweise bei einem

Winkelabstände die gemeinsame Richtung der Waffensystem mit einer Sprengladung versehen sein

parallelen Achsen dem Flugkörper nachregelt, und zur Abwehr von sich auf dem Gelände be-

und mit einer Steuersignalerzeugerschaltung, as wegenden Panzerkampfwagen unter Führung von

welche aus den Messungen der Gesamtheit der einer Bodenkampfstelle aus bestimmt sein. Die Er-

Winkelabstände Steuersignale ableiten und zu findung eignet sich jedoch auch zur Führung fern-

von dem Flugkörper getragenen Navigations- gelenkter Flugkörper, die der Aufklärung, Forschung

einrichtungen übertragen, dadurch gekenn- oder Beförderung beliebiger Gegenstände dienen,

zeichnet, daß der von dem Infrarotsender 30 Aus der französischen Patentschrift 1 087 838 ist