DE2659408A1

DE2659408A1 - Lenksystem

Info

Publication number: DE2659408A1
Application number: DE19762659408
Authority: DE
Inventors: Stephen John Glenn
Original assignee: Elliott Brothers London Ltd
Current assignee: Allard Way Holdings Ltd
Priority date: 1976-01-29
Filing date: 1976-12-29
Publication date: 1977-08-04
Also published as: IT1082707B; GB1524122A; DE2659408C2; US4174818A; FR2339870B1; FR2339870A1; CH620764A5

Description

PATENTANWÄLTE

2659A08

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

München, den 29.12.76 ?/VSv-E 2100

ELLIOTT BROTHERS (LONDON) LIMITED Marconi House, New Street, Ghelmsford, Essex CM1 1PL, England

Lenksystem

Die Erfindung betrifft Lenk-Anordnungen und -Systeme für

bewegliche Fahrzeuge und insbesondere Lenk-Systeme,bei denen ein Geschoß bzw. ein Flugkörper mittels eines Lichtstrahls auf ein Ziel gelenkt wird.

Es ist bekannt, Geschosse mittels eines auf das Ziel gerichteten Lichtstrahls auf das Ziel zu lenken, wobei von dem Geschoß mitgeführte Einrichtungen vorgesehen sind, um dessen Kurs zu korrigieren, so daß das Geschoß entlang des Pfades des Lichtstrahles wandert. Solche Systeme werden häufig als "Leitstrahl-Systerne" bezeichnet. Der Lichtstrahl bzw. das Lichtbündel muß von ausreichender Breite sein, um sicherzustellen, daß das Geschoß bzw. der Flugkörper nicht durch seine normale Bewegung während des Fluges einfach

DR. G. MANITZ - DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL.-ING. W. GRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE 1 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATT) MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7270

TEL. (0891 22 42 11. TELEX 5-29672 PATMF SEELBERGSTR. 23/25. TEL. (0711)56 72 61 POSTSCHECK: MÖNCHEN 77002 -

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verloren geht. Das GeschO3 kann daher dem Pfad des Lichtbündeis folgen und dennoch innerhalb des Lichtbündels so positioniert sein, daß ein genauer Treffer nicht erzielt wird.

Durch die Erfindung soll ein verbessertes Lenksystem geschaffen werden und insbesondere ein verbessertes Flugkörper-Lenksystem unter Verwendung eines Lichtstrahls,
bei dem der Flugkörper seine Position innerhalb des Lichtstrahls bestimmen kann.

Gemäß der Erfindungunfaßt ein Lenk-System für ein Fahrzeug Einrichtungen zur .Bahnverfolgung eines Strahls von elektromagnetischer Energie in der von dem Fahrzeug einzuschlagenden Richtung und Einrichtungen zur Schaffung einer Folge bzw. Sequenz von verschiedenen Modulationsmustern über den Strahl, wodurch die Position des Fahrzeugs innerhalb des Strahls mittels des von der vom Fahrzeug aufgrund seiner Position empfangenen Senuenz von Mustern erzeugten Codes bestimmt werden kann.

Vorzugsweise ist die elektromagnetische Energie Licht in dem als "nahes Infrarot" bekannten Teil des Spektrums. Der größte Teil des Ausgangssignals einer Xenon-Blitzröhre und des Ausgangssignales eines Nd-YAG-Lasers beispielsweise
liegen in diesem Bereich.

Gewöhnlich ist das Fahrzeug ein Geschoß bzw. Flugkörper.

Dadurch, daß Steuerschaltungen innerhalb des Geschosses vorgesehen werden, kann dieses dazu veranlaßt werden, einer vorbestimmten Bahn innerhalb des Leitstrahles, normalerweise der sogenannten Laufseele, d.h. der zentralen \chse des Leitstrahles zu folgen.

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Vorzugsweise ist die Modulation eine Intensitätsmodulation und vorzugsweise wird der Leitstrahl aus- und eingetastet bei jedem Wechsel des Modulationsmusters.

Jedes Modulationsmuster kann durch eine Intensitätsvariation über den Leitstrahl in einer Dimension geschaffen werden, wobei vorzugsweise eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen der Intensität und dem Winkel in dieser Dimension besteht.

Das letztgenannte Muster kann mittels eines abgestuften Dänrofungs- bzw. Abschwächungsfilters erzeugt werden, der eine Dämpfungscharakteristik aufweist, die in einer Richtung entlang seiner Breite anwächst, wobei die Sequenz von Mustern vorzugsweise durch Einrichtungen zur Drehung des Filters in Stufen, von denen jede einen Teil einer Umdrehung beträgt, erzeugt wird; vorzugsweise weist dabei der Leitstrahl einen kreisförmigen Querschnitt auf. Vorzugsweise wird der Filter zwischen jedem Lichtimouls um 90 einer Umdrehung gedreht.

Bei einem bevorzugten äusführungsbeisrdel der Erfindung wird jedoch der Leitstrahl in eine imaginäre Matrix von einzelnen Zellen unterteilt, von denen jeder ein die Position dieser Zelle innerhalb der Ouerschnittsfläche des Leitstrailes identifizierendes binäres Codewort zugeordnet ist und jedes Modulationsmuster ist ein Muster räumlicher Modulation, das aus Abschnitten besteht, deren Charakteristik entweder einer digitalen "1" oder einer digitalen "O" entspricht, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß das Fahrzeug bei jedem Muster ein Bit des binären Codes empfängt, welcher der einzelnen Zelle zugeordnet ist, in der sich das Fahrzeug zum Zeitpunkt des Empfangs befindet.

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Vorzugsweise entspricht die Zuordnung eines binären Codeworts zu den einzelnen Zellen einer Grey-Skala, wodurch der einer der Zellen zugeordnete binäre Code sich von dem irgendeiner benachbarten Zelle zugeordneten binären Code nur um ein Bit unterscheidet. In diesem letztgenannten Fall und gewöhnlich tatsächlich wird ein ganzer Abschnitt einer Charakteristik in einem räumlichen Muster eine Vielzahl von den einzelnen Zellen umfassen. Normalerweise weist der leitstrahl einen rechteckigen luerschnitt auf.

Vorzugsweise haben die Abschnitte mit einer einer digitalen "1" entsprechenden Charakteristik eine verhältnismäßig hohe Intensität, während Abschnitte mit einer einer digitalen "O" entsprechenden Charakteristik eine verhältnismäßig geringe Intensität aufweisen, wobei zusätzlich zu der Folge bzw. Sequenz von Mustern der räumlichen Modulation ein Impuls übertragen wird, der in allen der einzelnen Zellen eine verhältnismäßig hohe Intensität herbeiführt, wodurch der letztgenannte Impuls als eine Amplituden- und Zeit-Referenz zur Dekodierung der Sequenz von Mustern der räumlichen Modulation verwendet werden kann.

Vorzugsweise werden zusätzlich zu der Sequenz von Mustern räumlicher Modulation wenigstens zwei zusätzliche Impulse übertragen, um das Fahrzeug mit Daten über die Leitstrahlbewegung zu versorgen. Vorzugsweise sind die beiden Impulse positionsmoduliert, und zwar der eine, um Informationen bezüglich der Leitstrahl-Bewegung in der Elevation zu schaffen und der andere, um Informationen bezüglich der Leitstrahl-Bewegung im Azimuth zu liefern.

Vorzugsweise trägt jedes Fahrzeug vier nach hinten gerichtete Licht-Empfangseinrichtungen, von denen jede in einem unterschiedlichen Quadranten angeordnet ist und das Geschoß enthält Einrichtungen zur Verwendung von zwei dieser Licht-Empfangseinrichtungen, um ein Korrektursignal für das Stampfen

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(Neigung um eine Querachse) abzuleiten und zur Nutzung der beiden verbleibenden Licht-Empfangseinrichtungen, um ein Korrektursignal für das Gieren abzuleiten, und wobei die Ausgänge aller der Licht-Empfangseinrichtungen kombiniert und an Einrichtungen zur Dekodierung der Sequenz von Mustern räumlicher Modulation angelegt werden.

Die Quelle des Lichtstrahls ist in einigen Fällen eine Xenon-Blitzröhre, vorzugsweise ist jedoch die Ouelle des Lichtstrahls ein Nd-YAG-Laser, der von einer Xenon-Blitzröhre gemirrrot wird.

Wenigstens dann, wenn das Fahrzeug ein Geschoß bzw. ein Flugkörper ist, können mehrere Geschosse gleichzeitig mit dem Leitstrahl zusammenwirken.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert: es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der allgemeinen Anordnung eines typischen Leitstrahl-Lenksystems gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer analogen Kodierungsanordnung in einem Leitstrahl-Lenksystem gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer digitalen Kodierungsanordnung in einem bevorzugten Leitstrahl-Lenksystem gemäß der Erfindung,

Fig. 4- und 5 erläuternde Darstellungen zu der Anordnung gemäß der Fig. 3,

Fig. 6 eine Darstellung der körperlichen Einzelheiten des Lichtimpuls-Senders 2 der Fig. 3,

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Fig. 7 eine erläuternde Darstellung der Senuenz von Impulsen, die von dem Licht impuls -Sender 2 der Fig. 3 gesendet ν? erden,

Fig. S ein Blockschaltbild des Licht impuls-Senders 2 der Fig. 3,

Fig. 9 und 10 eine Darstellung der Anbringung der Photoenrofanger auf einem Geschoß bei dem bevorzugten Leitstrahl-Lenksystem gemäß der Erfindung, und

Fig.'¹I ein Blockschaltbild der Em^-Ofangs- und Verarbeitungsschaltungen in einem Geschoß des Leitstrahl-Lenksystems gemäß der Erfindung.

In der Fig. 1 ist das Grundürinzip eines Flugkörper-Leitstrahl-Lenksystems gemäß der Erfindung dargestellt. Auf dem Boden 1 ist ein Licht-Sender 2 angeordnet, der ein enges Lichtbündel 3 auf ein Ziel 4 hin sendet. Die "Laufseele" (Längsmittellinie) des Strahls 5 ist durch die gestrichelte Linie 5 angegeben.

Zur Schaffung einer Führung für einen Flugkörper bzw. ein Geschoß 6, wird der Leitstrahl 3 entweder manuell, durch ein Radargerät oder durch andere Mittel wie ein Laser-Zielverfolgungsgerät zur Verfolgung des Zieles 4 nachgeführt. Wenn die Überschneidung des Zieles 4- und der Laufseele 5 aufrechterhalten wird und das Geschoß sich entlang der Laufseele bewegt, sollte ein Kontakt mit dem Ziel erfolgen.

Der Leitstrahl 3 muß genügend weit sein, um sicherzustellen, daß das Geschoß nicht einfach durch seine normale Bewegung während des Fluges verloren geht. Zu diesem Zweck sind Einrichtungen im Geschoß 6 zur Bestimmung seiner Position innerhalb des Leitstrahles vorgesehen, so daß eine Steuereinrichtung innerhalb des Geschosses solche Korrekturen seines Kurses bewirken kann, wie sie erforderlich sind, um seinen Flug

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entlang der Laufseele 5 aufrechtzuerhalten. Um dies zu erreichen, ist dem Leitstrahl 3 eine Sequenz von unterschiedlichen Mustern einer Intensitätsmodulation aufgeprägt und der Leitstrahl 3 wird ein- und ausgetastet bzw. -gepulst, wobei sich das Muster der Intensitätsmodulation bei ,iedem Impuls ändert. Dadurch empfängt ein vom Geschoß 5 getragener und rückwärts gerichteter LichtemOfanger einen üode,

und '

der von der Sequenz von Mustern erzeugt wird,/&er mit der Position des Empfängers innerhalb des Leitstrahls bzw. -bündeis verknüpft ist.

Zusätzlich sind innerhalb des Geschosses Einrichtungen zum Empfang von Signalen bezüglich der Bahnverfolgung des Leitstrahles, um dem Ziel 4· zu folgen, vorgesehen. Solche Signale (die "Leitstrahl-Bewegungs-Daten") können durch eine Funkverbindung auf das Geschoß bzw. den Flugkörper übertragen werden. Wie mit Bezug auf Fig. 6 und folgende beschrieben, werden bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung jedoch diese Leitstrahl-Bewegungsdaten-Signale durch den Leitstrahl selbst übertragen.

In der Fig. 2 ist im einzelnen eine anwendbare Intensitäts-Modulation dargestellt und es ist die Art von Code gezeigt, die von dem Flugkörper 6 empfangen wird.

Der Lichtimpuls-Sender ist wiederum mit dem Bezugszeichen 2 versehen. Der von diesem erzeugte Lichtstrahl 3» der einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wird durch ein abgestuftes Abschwächungsfilter 7 geführt. Die Abstufung des Filters ist mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet: sie ist so gewählt, daß sie eine lineare Beziehung zwischen der Intensität und dem Winkel über den Leitstrahl 3 in einer Dimension bewirkt. Somit weist der Leitstrahl 5 ein Intensitätsmuster mit einer Verteilung auf, wie sie bei 9 angedeutet ist. Dieses Muster hat die Beschaffenheit eines Kreises 10 mit einer minimalen

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Intensität an der Seite I^ des Leitstrahls und mit einer maximalen Intensität an der anderen Seite 12 des Leitstrahl s.

Das Filter 7 ist so angeordnet, daß es in der Richtung des Pfeiles 13 um 90° zwischen jedem Impuls aus dem Impuls-Sender 2 gedreht wird. Dies hat zur Folge, daß eine Sequenz von vier Impulsen geschaffen wird, von denen bei zweien die Intensität in der Azimuth-Richtung, jedoch im entgegengesetzten Sinn abgestuft ist und wobei für die beiden anderen die Intensität in der Elevations-Richtung abgestuft ist. Wenn angenommen wird, daß der Empfänger des Flugkörpers 6 bei R1 auf der Laufseele 5 angeordnet ist, dann wird dieser vier Impulse mit der gleichen Amplitude, xvie sie bei (a) dargestellt sind, empfangen. Wenn jedoch der Empfänger außerhalb der Laufseele bei R2 angeordnet ist, dann werden Impulse empfangen, die sich in der Amplitude unterscheiden, wie sie bei (b) dargestellt sind. Aus dem Verhältnis der Amplituden der Impulse können die Azimuth- und Elevations-Positionen durch die Steueranordnung innerhalb des Flugkörpers abgeleitet werden₉ vorausgesetzt, daß diese Steueranordnung mit dem Impuls-Sender 2 auf dem Boden synchronisiert ist. In der Praxis wird die Synchronisation mittels eines Stations-Oszillators innerhalb der Steueranordnung des Flugkörpers, der über die empfangenen Impulse phasenverriegelt ist, aufrechterhalten. Die anfängliche Phasenverriegelung wird vor dem Start bzw. dem Abschuß des Flugkörpers bzw. des Geschosses geschaffen.

Bei dem in der Fig. 3 dargestellten Fall hat der von dem Impuls-Sender 2 gesendete Leitstrahl 3 einen rechteckigen Querschnitt. Der Leitstrahl wird als in eine Matrix von imaginären einzelnen Zellen 14- unterteilt betrachtet. Es sei angenommen, daß die einzelnen Zellen in m Zeilen und

m Spalten angeordnet sind, so daß sich m~ Zellen ergeben, wobei m gleich 2ⁿ (n ist eine ganze Zahl) ist. Jeder ein-

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zelnen Zelle ist ein binäres Codewort mit der Länge 2n bit zugeordnet, und zwar auf der Basis ihrer x-und y-Koordinaten innerhalb der Matrix. Die ersten η Bits stellen die x-Koordinate dar und die letzten η Bits die y-Koordinate. Es wird ein Grey-Skalen-Code verwendet, so daß zwei benachbarte Zellen Codewörter haben, die sich nur in einem Bit unterscheiden, wie es bei 14· dargestellt ist. Die Zuordnung der verschiedenen Godewörter zu den verschiedenen einzelnen imaginären Zellen ist im einzelnen in der Fig. 4- dargestellt. Die bei ^5 gestrichelte imaginäre Zelle entspricht dem binären Codewort 101111.

Der Impuls-Sender 2 gibt eine Sequenz von 2n + 1 Impulsen ab. Der erste Impuls in der Sequenz ist ein Amplituden-Referenzimpuls, der die volle \mplitude über dem Leitstrahl 3 aufweist, d.h. der die volle implitude in allen der einzelnen imaginären Zellen hat. Die verbleibenden 2n Impulse in der Sequenz sind jeweils der übertragung eines Bits des Codeworts der Zellen zugeordnet. Um dies zu erreichen, ist ein Drehscheiben-Magazin 15 niit sieben räumlichen Filtern 16, 17, 18, 19, 20, 21 und 22 so angebracht, daß jedes räumliche Filter 16 bis 22 nacheinander dem Leitstrahl 3 ausgesetzt wird. Zwischen den Impulsen des Senders 2 wird ein räumliches Filter 16 bis 22 für das vorhergehende Filter 16 bis 22 ausgetauscht.

Jedes räumliche Filter ist so beschaffen, daß das Bit seinen richtigen Wert (d.h. "1" oder "0") in jeder einzelnen imaginären Zelle annimmt. Dies läßt sich am besten aus der Draufsicht der Magazinscheibe 15 bei (c) in der Fig. und aus der Fig. 5 ersehen, welche die verschiedenen Bereiche der räumlichen Filter 16 bis 22 mit den einzelnen imaginären Zellen des Leitstrahles 3 in Beziehung setzt.

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Immer dann, wenn ein abschwächender Abschnitt (schraffiert dargestellt) eines Filters eine einzelne imaginäre Zelle umschließt, ist das entsprechende Binär-Bit für diese Zelle gleich "0". Wenn demgegenüber ein hochdurchlässiger Abschnitt eines Filters eine imaginäre Zelle umschließt, dann ist das entsprechende binäre Bit für diese Zelle eine logische "1". Zur Darstellung einer binären "0" wird ein Impuls mit verminderter amplitude verwendet und nicht das vollständige Fehlen eines Impulses, so daß der Empfänger zwischen einer binären "0" und der Abwesenheit des Signals aufgrund einer EnergieabfluB-Verdunklung unterscheiden kann. Der SchwellwertOegel zwischen oiner binären "i" und einer binären "0" wird im Verhältnis zu dem am Beginn einer Sequenz übertragenen Referenz-Inrnuls eingestellt, welcher natürlich die volle implitude (eine volle binäre """) in allen einzelnen Zellen aufweist. Der Schwellwert wird auf einen Wert unterhalb dieser vollen ilmnlitude eingestellt.

vm Schluß einer Sequenz von Impulsen hat der Empfänger des Flugkörpers ein vollständiges Godewort abhängig von der bestimmten einzelnen Zelle, in der der Empfänger sich befindet, empfangen. Beispielsweise bei der Dekodierung der bei 15 in der Fig. 3 schraffiert dargestellten Zellen und mit Bezug auf die Fig. 4- ist zix erkennen, daß der erste empfangene Impuls der Amplituden-Referenzinrouls ist, der auch als Zeitreferenz verwendet wird, daß der zweite Impuls (erstes Bit) die volle Amplitude hat, daß der dritte Impuls (zweites Bit) eine verminderte Amplitude hat, daß der vierte Impuls (drittes Bit), der fünfte Impuls (viertes Bit), der sechste Impuls (fünftes Bit) und auch der siebte Impuls (sechstes Bit) die volle Amplitude haben. Wie bereits erwähnt, liefert dieses Godewort dem Flugkörper bzw. dem Geschoß nach der Kodierung dessen Position innerhalb des Leitstrahles in öartesischeft Koordinaten. Dadurch wird die Steuereinrichtung des Geschosses in die lage versetzt, den Kurs des Geschosses näher zur Laufseele einzustellen.

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Da beim Gebrauch eines Grey-Codes sich nur ein Bit des Codewortes ändert, wenn sich das Geschoß von einer Zelle zu einer benachbarten Zelle bewegt, wird auch dann ein sinnvolles Godewort empfangen, wenn sich das Geschoß während einer Impuls-Seauenz von einer Zelle in eine andere bewegt.

Obwohl das mit "Bezug auf die B¹Xf;. 3? 4- und 5 beschriebene digitale Kodxerungssystem dazu neigt, mehr Senderleistung für eine bestimmte Reichweite im Vergleich mit dem bezüglich der Fig. 2 beschriebenen analogen Kodierungssystem zu benötigen, ist dieses System Jedoch nrirnär bevorzugt, da die von ihm geschaffenen Positionsdaten innerhalb von Gren zen unabhängig von einer Amplitudenvariation innerhalb des Leitstrahles sind. Bei dem \nalogsystem der Fig. 2 neigt das Rauschen zu einem \nstieg mit zunehmender Entfernung. Für Oraktische Zwecke ist in dem digitalen System der Fig. 3 bis 5 das einzige bedeutsame Störsignal auf den luantisierungsfehler zurückzuführen, der mit der Entfernung jedoch konstant bleibt, bis an den Punkt, bei dem Empfangsfehler auftreten.

In der Fig. 6 ist ein Impuls-Lichtsender zur Verwendung mit der in Verbindung mit den Fig. 3 bis 5 beschriebenen anordnung dargestellt. Der Sender besteht aus einer Xenon-Blitzlampe 23, die vor einem sphärischen Reflektor 24· angeordnet ist. Die Triggerleitung bzw. die Zündleitung für die Blitzröhre 23 ist mit dem Bezugszeichen 25 versehen. Der erzeugte lichtstrahl wird durch eine Kondensorlinse 26 und eine Objektivlinse 27 geführt. Auf der von der Blitzröhre 23 abgewandten Seite der Kondensorlinse 26 ist die Magazin-Pilterscheibe 15 der Fig. 3 angebracht. Der Drehantrieb für die Scheibe 15 ist durch einen Elektro motor 28 vorgesehen. Im wesentlichen ist die optische Anordnung des Senders grundsätzlich ähnlich zu der eines

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Dia-Projektors, wobei jedoch, eine Xenon-Blitzlampe anstelle einer Wolfram-Lampe und die Magazin-Jilterscheibe 15 anstelle des normalen Diapositivs des Projektors verwendet werden.

Die Blitzröhre 23 ist vom Kurzbogen-Typ, um eine intensive Lichtquelle bereitzustellen.

Die Weite des Bündels ist 60 mrad mit einer 8 χ 8-Anordnung von einzelnen imaginären Zellen. Dies führt zu einem maximalen Winkelfehler aufgrund der Quantisierung von +3,75 mrad.

Zusätzlich zu den sieben bereits erahnten Impulsen in der Sequenz (der Amplituden- und Zeitreferenzimpuls und die sechs Impulse für die sechs Bits der Godewörter) werden der Sequenz zwei weitere Impulse (beide mit voller Amplitude für alle einzelnen imaginären Zellen) zugesetzt, um an den Flugkörper bzw«, das Geschoß Leitstrahl-Bewegungsdaten zu übertragen, und um die Notwendigkeit einer getrennten Steuerungs-Verbindung zu vermeiden, um sicherzustellen, daß sich der Flugkörper mit dem Leitstrahl bewegt, während dieser das Ziel verfolgt. Die beiden zusätzlichen Impulse sind mit Leitstrahl-Bewegungsdaten impuls-positionsmoduliert, wobei ein Impuls den Azimuth-Daten und der andere den Elevations-Daten zugeordnet ist» Die gesamte Impuls-Sequenz ist in der Fig. 7 für die in der Fig. 3 schraffiert dargestellte einzelne Zelle 15 gezeigt. Die letzten zwei Impulse in der Sequenz sind die Leitstrahl-Bewegungsdaten-Impulse, wobei die Pfeile 29 und 30 ihre Positions -Modulation darstellen. Die ganze Sequenz würde mit 50 Hz wiederholt werden, um ein Positions-Datenausgangssignal mit einer Bandbreite von 25 Hz zu schaffen. Somit ist die gesamte Sender-Impulswiederholfrequenz 4-50 Hz.

Typischerweise beträgt die Impulsenergie-Zahl für eine Kurzbogen-Xenon-Blitzröhre 0,5 Joule, woraus sich ein Leistungsverbrauch von 225 Watt ergibt. Obwohl bei einem Leistungsverbrauch in der Größenordnung von 225 Watt eine

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Wasserkühlung für die Blitzröhre zu bevorzugen ist, ist es möglich, daß eine forcierte Luftkühlung ausreichen kann.

Eine mit 0,5 Joule arbeitende Plitzröhre könnte Impulse mit einer Leistung von ¹7 k¥ und einer Dauer von 2 lasec erzetigen. Es ist ,jedoch wahrscheinlich, daß nur ein verhältnismäßig geringer Bruchteil der insgesamt verfügbaren Leistung in dem gesendeten Leitstrahl konzentriert werden kann, und zwar wegen der dem optischen System anhaftenden "Begrenzungen. Eine typische Spitzenleistung im Leitstrahl wäre daher 2 kW. Bei einer Abwandlung des in der Fig. 6 dargestellten Impuls-Senders wird der Ausgang der Xenon-Blitzröhre anstelle einer direkten Nutzung als Bimplichtquelle für einen Nd-YAG-Laser verwendet, der ein Ausgangssignal liefert, welches als Leitstrahl verwendet wird. Obwohl der V/irkungsgrad eines Hd-YAG-Lasers recht klein ist und tatsächlich die mittlere Ausgangs leistung niedriger v/nre als die des mit Bezug auf die 5¹Xg. 6 erläuterten Impuls-Senders, würde eine derartige Anordnung eine Anzahl von Vorteilen haben, die im folgenden genannt sind:

(a) Die Leistung aus einem Nd-YAG-Laser könnte in kürzere Impulse konzentriert werden.

(b) Die Abstrahlung nimmt die Gestalt eines engen Bündels an, das so geformt werden kann, daß es einen Strahl mit 60 mrad erzeugt, ohne die Sammel-Verluste bei der Kollimierung des Ausgangssignals einer Xenon-Röhre.

(c) Das Ausgangssignal ist monochromatisch und ermöglicht dadurch im Empfänger eine Schmalband-Spektralfilterung, wodurch sich eine Verminderung des vom Hintergrund induzierten Schrot-Rauschens ergibt.

(d) Das Ausgangssignal des Nd-YAG-Lasers hat eine größere Wellenlänge (i,O6yum), und wird daher weniger durch die atmosphärische Dämpfung beeinflußt.

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Di« Fig. O zeigt ein Blockdiagramm der Gesamtanordnung des Impuls-3enders 2 der Fig. 3· Die getastete bzw. genulste Liclrtnuelle (eine Xenon-Blitzröhre allein oder ein von einer Xenon-Blitzröhre gepumpter Nd-YAG-Laser) ist durch den Block 31 dargestellt. Eine Stromversorgung für die gehülste Lichtquelle 31 ist mit dem Bez\igszeichen 32 versehen. Die gepulste Lichtquelle 31 ist von einer Trigger-Treiberschaltung 33 getriggert, welche aus einem Haupt-Impulsgenerator 3'I- über einen Impuls-Addierer 35 ein Steuer-Eingangs signal ableitet. Der Impuls-Addierer 35 leitet ein Eingangssignal aus einem Impulspositions-Modulator 36 ab, der seinerseits aus dem Ilaupt-Impulsgenerator 34 ein Referenz-Eingangssignal ableitet. Am Eingangsanschluß 37 wird ein modulierendes Eingangssignal für den Impulspositions-Modulator 36 angelegt. Dieses modulierende Eingangssignal besteht ans den Azimuth- und Elevations-Leitstrahl-Bewegungsdaten, wobei die gesamte Anordnung so getroffen ist, daß die Positionen der beiden letzten Impulse in der Sequenz von der Azimuth- bzw. Elevationsbewegung des Leitstrahls abhängen. Die Filterscheibe 15 der I¹Xg. 6 ist mit dem Block 15 dargestellt, während die Objektivlinse 27 der Fig. 6 dux^ch den Block 27 dargestellt ist. Der Antriebsmotor 28 der Fig. 6 ist durch den Block 28 dargestellt und als von einer Steuerschaltung 37 gesteuert dargestellt, welche Zeitsteuersignale aus dem Haupt-Impulsgenerator 34· und Signale bezüglich der Position und der Drehgeschwindigkeit des Motors 28 aus "Abnehmern", die durch den Block 38 dargestellt sind, ableitet.

Wie in der Fig. 9 dargestellt ist, ist der Flugkörper 39 mit vier nach hinten gerichteten Photodetektoren 40, 4-1, 42 und 43 ausgestattet, von denen jeder in einem anderen Quadranten liegt. Jeder Photodetektor ist, wie in der Fig. 1O dargestellt, hinter einer Öffnung bzw. Blende angeordnet; die Fig. 10 ist eine maßstäbliche Zeichnung einer praktischen Ausführungsform. In der Fig. 10 beträgt der Außendurchmesser der äußeren Wand des Flugkörpers bei 44 134 mm und bei 45 145 mm. Der Photodetektor ist mit dem Bezugs-

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zeichen 46 bezeichnet und hat eine Breite W von 0,75 mm. Die öffnung ist durch ein G-lasfenster mit einer Dicke von 0,8 mm und W = 1,52 verschlossen. Bei dieser Ausbildung ist die "ungünstigste" Öffnung Y gleich 4,6 mm.

Jeder der Photodetektoren 40 bis 43 besteht aus einem Zv?eielement-Photodioden-Detektor, der so ausgebildet ist, daß dann, wenn der Flugkörper Licht von einem Punkt genau hinter dem Flugkörper empfängt, ein Element beleuchtet ist, während, wenn das Licht von einem Punkt entsprechend dem maximalen Körper-zu-Leitstrahl-l'/inkel (45° in diesem Fall) herkommt, das andere Element beleuchtet ist. Das Verhältnis der Signale von den beiden Elementen ist daher proportional zu dem Körper-zu-Leitstrahl-Winkel. Zwei diametral gegenüberliegende (41 und 43 z.B.) der vier Photodetektoren messen das Stampfen bzw. eine Neigung um die Ouerachse, wobei jeder die Hälfte des gesamten Bereiches überdeckt, v/ährend die verbleibenden zwei (42 und 44) das Gieren messen.

Alle vier Photodetektoren v/erden kombiniert, um die Position des Flugkörpers innerhalb des LeitstraüLes zu bestimmen.

Ein schematisch.es Blockdiagramm der Steuerschaltung innerhalb des Flugkörpers ist in der Fig. 1<1 dargestellt, auf welche nun Bezug genommen wird.

Die vier Photodetektoren mit ihren beiden Elementen sind wiederum mit den Bezugszeichen 41 bis 44 versehen. Jedes Element der Detektoren 41, 43, 44 und 42 ist jeweils mit einem Vorverstärker 47,48, 49, 50, 51, 52, 53 bzw. 54- verbunden.

Die Summe und die Differenz der Ausgangssignale der Vorverstärker 47 und 48 werden jeweils durch die Summen- bzw. Differenzschaltungen 55 und 56 bestimmt.

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Die Summe und die Differenz der iaisgangssignale der Vorverstärker 49 und 50 werden jeweils durch eine Summen- bzw. Differenzschaltung 57 und 58 ermittelt.

Die Summe und die Differenz der -Vus gangs signale der Vorverstärker 51 und 52 werden jeweils durch Summen- bzw. Differenzschaltungen 59 und 60 bestimmt.

Die Summe und die Differenz der lusgangssignale der Vorverstärker 53 und 54 werden jeweils durch Summen- bzw. Differenzschaltungen 6-1 und 62 ermittelt.

Jede der Summen- und Differenzschaltungen 55» 56, 57» 58, 59, 60, 61 und 62 ist jeweils mit einem Verstärker mit veränderbarer Verstärkung 63» 64, 65, 66, 67, 68, 69 und

70 verbunden.

Jeder der Verstärker mit variabler Verstärkung 63 und 64 ist jeweils mit einem der zwei gepaarten Synchron-Detektoren

71 und 72 verbunden.

Jeder der Verstärker mit variabler Verstärkung 65 und 66 ist jeweils mit einem der zwei gepaarten Synchron-Detektoren 73 und 74 verbunden.

Jeder der Verstärker mit veränderbarer Verstärkung 67 und 68 ist jeweils mit einem von zwei gepaarten Synchron-Detektoren 75 und 7-6- verbunden.

Jeder der Verstärker mit veränderbarer Verstärkung 69 und ist jeweils mit einem von zwei gepaarten Synchron-Detektoren 77 und 78 verbunden.

Die Ausgangssignale der Synchron-Detektoren 71 und 72 sind an eine Rest-Reduzierschaltung 79 angelegt, während das \usgangssignal des Synchron-Detektors 71 auch über eine Servoschaltung 80 mit automatischer Verstärkungsregelung zur Steuerung der Verstärkung der Steuerschaltungen 63 und 64 mit veränderbarer Verstärkung verbunden ist.

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Die Ausgangssignale der Synchron-Detektoren 73 und 7^ sind an eine Rest-Reduzierechaltung 81 angelegt, v/ährend der Ausgang des Synchron-Detektors 7^;ί- auch über eine Servoschaltung 8? für automatische Verstärkungsregelung zur Steuerung der Verstärkung der Steuerschaltungen 65 und 66 mit variabler Verstärkung verbunden ist.

Die Ausgangs signale der Synchron-Detektoren 75 und 76 s5.nd mit einer Rest-Reduzierschaltung 3-j verbunden, während das Ausgangssignal des Synchron-Detektors 75 auch über eine Servoschaltung FA für die automatische Verstärkungsregelung zur Steuerung der Verstärkung der Steuerschaltungen 67 und 68 mit veränderbarer Verstärkung verbunden ist.

Die Ausgangs signale der Synchron-Detektoren 77 und 7^P> sind an eine Rest-Reduzierschaltung 85 gelegt, während das Vusgangssignal des Synchron-Detektors 7^ auch über eine Servoschaltung 26 für die automatische Verstärkungsregelung zur Steuerung der Verstärkung der Steuerschaltungen 69 und 70 mit veränderbarer Verstärkung verbunden ist.

Die Rest-Reduzierschaltungen 79 und 81 sind mit einem Wählschalter 87 verbunden, der den Ausgang der Rest-Reduzierschaltung 79 anwählt, wenn eine Impulsdetektorschaltung 88 an ihrem Eingang einen Impuls entdeckt, und v/elcher Wählschalter 87 den Ausgang der Rest-Reduzierschaltung 81 anwählt, wenn eine Impulsdetektorschaltung 89 einen Impuls an ihrem Eingang entdeckt. Die das Vorliegen eines Impulses feststellende Detektorschaltung 88 leitet ihr Eingangssignal über eine Schwellwertschaltung 90 aus dem Ausgang des Verstärkers 63 mit variabler Verstärkung ab, während die das Vorliegen eines Impulses feststellende Detektorschaltung 89 ihr Eingangssignal über eine Schwellwertschaltung 91 von dem Ausgang des Verstärkers 66 mit variabler Verstärkung ableitet.

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Die Rest-Reduzierschaltungen 85 und 85 sind mit einem Wählschalter 92 verbunden, der den Ausgang der Rest-■Reduzi er schaltung S3 anwählt, wenn eine Impulsdetektorschal tung 93 an ihrem Eingang einen Inrouls entdeckt, und der den Ausgang der Rest-Heduzierschaltung 85 anwählt, wenn eine Imnulsdetektorschaltung 94 an ihrem Eingang einen Impuls entdeckt. Die das Vorliegen eines Impulses feststellende Detektorschaltung 93 leitet ihr Eingangssignal über eine Schwellwertschaltung 96 aus dem Ausgang des Verstärkers 67 mit variabler Verstärkung ab.

Die Ausgänge der Schalter 87 und 92 liefern Steuersignale zur Korrektur der lage des Flugkörpers in bezug auf die Koordinaten-Richtungen, und zwar derart, daB dem Stampfen und Gieren entgegengewirkt wird. Die Einrichtungen zur Erzielung einer derartigen Korrektur sind nicht dargestellt, sie können in bekannter Weise ausgeführt sein.

Die bisher beschriebene Schaltung befaßt sich mit der Korrektur der Lage des Flugkörpers und nicht mit der Korrektur von dessen Position innerhalb des Ieitstrahls, derart, daß der Flugkörper in der Iaufseele bzw. Mittelachse fließt. Die für die letztgenannte Aufgabe bestimmte Schaltungsanordnung wird nun im folgenden beschrieben.

Die Ausgänge der Summier-Schaltungen 55» 57, 59 und 62 sind mit einer Summierschaltung 97 verbunden, so daß die Ausgänge aller Elemente der Photodetektoren 41 bis 44 kombiniert werden. Der Ausgang der Summierschaltung 97 ist mit einem Verstärker 98 mit variabler Verstärkung verbunden, dessen Ausgang parallel mit vier Synchron-Detektoren 991 IOO, 1O1 und ■¹O2 und mit einer "Vorwärtssteuer"-Demodulationsschaltung 103 verbunden ist. Diese letztgenannte Schaltung ist zur Demodulierung der Positions-Modulation der beiden zu der Se-menz von Impulsen zugefügten Impulse vorgesehen, welche Sequenz von dem Lichtimpuls-Sender am Boden dazu übertragen

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wird, die Koordinaten-Steuersignale zur Veränderung des Kurses des Flugkörpers entsprechend der Leitstrahlbewegung, während der Leitstrahl das Ziel verfolgt, zu liefern.

An den Eingängen A., B, C, D bzw. X der Synchron-Detektoren 99 bis 102 und der Demodulationsschaltung 103 sind Referenz-Synchronisationssignale aus einem Neben-Synchronisationsimpulsgenerator 104· angelegt. Dieser letztgenannte Generator ist durch Impulse phasenverriegelt, welche aus den Schwellwertdetektoren 90, 91, 95 und 96 abgeleitet sind. Diese Impulse entstammen natürlich den Licntimpulsen im Leitstrahl und primär dem Amplituden-Referenzimpuls, der stets die volle Amplitude aufweist. Der Generator 104 wird ebenfalls vor dem Abschuß bzw. Abflug mittels der Leitung 105 synchronisiert, wie bereits erwähnt.

Die Synchron-Detektoren 99 bis 102 sind mit einer Summierschaltung IO6 verbunden. Die Synchron-Detektoren 99 und -¹OO sind mit einer Differenzschaltung 1O7 verbunden, während die Synchron-Detektoren 101 und 102 mit einer Differenzschaltung 108 verbunden sind.

Die Summierschaltung IO6 liefert ein Eingangssignal für eine Servoschaltung 111 zur automatischen Verstärkungssteuerung, welche zur Steuerung des Verstärkers 98 mit variabler Verstärkung verschaltet ist.

Die Summen- und Differenzschaltungen IO6 und 1O7 sind mit einer Rest-Reduzierschaltung 109 verbunden, während die Summen- und Differenzschaltungen 106 und 1O8 mit der Rest-Reduzierschaltung 110 verbunden sind. Die Reduzierschaltungen 109 und 110 liefern Koordinaten-Steuersignale, die überdies zur Steuerung der Bahn des Flugkörpers verwendet werden, jedoch in diesem Fall zur Ausrichtung des Flugkörpers entlang der Mittelachse des Leitstrahls.

- Patentansprüche 709831/0891

Claims

Patentansprüche

Lenk-3ystem für ein Fahrzeug mit Einrichtungen zur Nachführung eines Strahls elektromagnetischer Energie in einer von dem Fahrzeug einzuschlagenden Richtung, dadurch gekennz eich net , daß Einrichtungen (7,B) zur Schaffung einer Sequenz von unterschiedlichen Modulationsnmstern über den Strahl (3) vorgesehen sind, wodtirch die Position des Fahrzeugs (6) innerhalb des Strahls (]5) durch den von der Sequenz von Mustern, wie sie aufgrund der Position des Fahrzeugs (3) von dem Fahrzeug enrofangen wird, erzeugten Code bestimmt werden kann.

2. Lenk-System nach Inspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Energie Licht in demjenigen Teil des Spektrums ist, der als "nahes Infrarot" bekannt ist.

3. Lenk-System nach Anspruch ί oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug ein Flugkörper ist.

4-. Lenk-System nach \nspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die 3teuerschaltungen innerhalb des Flugkörpers vorgesehen sind, wodurch der Flugkörper dazu veranlaßt werden kann, einer Bahn innerhalb des Strahls zu folgen, die dessen Mittelachse entspricht.

5. Lenk-System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Modulation eine Intensitätsmodulation ist.

6. Lenk-System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl bei jedem Wechsel des Modulationsmusters ein- und ausgetastet wird.

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ORIGINAL INSPECTED

7. lenksystem nach einem der vorangehenden 'nsOrv.che, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Modulationsmus ter durch eine Intensitätsvariation über dem strahl in eine¹¹ Dimension vorgesehen ist.

8. Lenk-System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, da 3 eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen der Intensität und dem winkel in dieser Dimension vorgesehen ist.

9. Lenk-System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, da'i das letztgenannte Muster mittels eines abgestuf ten Ibschwüchinigsfilters erzeugt ϊ/ird, dessen "--bschT-r'chungacharakteristik in einer Richtung über seine Breite anir'chst.

10. Lenk-System nach Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet, da3 die Sequenz- von Mustern durch Einrichtungen zur Drehung des Filters in Stufen von jeweils einem Teil einer Umdrehung erzeugt wird.

11. Lenk-ßystem nach Anspruch "¹O, dadurch gekennzeich net, daS der Strahl einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

12. Lenlc-System nach einem derlnsprnche 9. bis H, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter zwischen ,jedem Lichtimpuls um 90° gedreht wird.

13« Lenk-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl in eine imaginäre Matrix von einzelnen Zellen unterteilt ist, von denen jeder ein binäres Oodewort zugeordnet ist, welches die Position dieser Zelle innerhalb der luerschnittsfläche des Strahles identifiziert, und daß jedes Modulationsmuster ein Muster räumlicher Modulation ist und aus Abschnitten mit einer Charakteristik besteht, die entweder einer digitalen "1"

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oder einer digitalen "O" entspricht, wobei die Anordnung so getroffen ist, da'?> das Fahrzeug bei jedem Muster ein Bit des binären Codes empfängt, der dieser einzelnen Zelle, in der sich das Fahrzeug zum Zeitpunkt des Empfangs befindet, zugeordnet ist.

14. Lenk-8.7s tem nach AnsOruch 13, dadurch ge kennzeich net, daß die Zuordnung von binären Codewörtern zu den einzelnen Zellen einer Grey-Skala entspricht, wodurch der einer Zelle zugeordnete binäre Code sich von dem einer benachbarten Zelle zugeordneten binären Code nur um ein Bit unterscheidet.

15· Lenk-S^rstem nach einem der Ansprüche 13 oder 14-, dadurch gekennzeichnet, daß ein ganzer Abschnitt einer Charakteristik in einem räumlichen Muster eine Vielzahl von den einzelnen Zellen einschließt.

16. Lenk-System nach einem der Ansprüche 13 "bis I5i dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl im Querschnitt rechteckig ist.

17· Lenk-System nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte der Charakteristik, welche einer digitalen "1" entsprechen, eine verhältnismäßig hohe Intensität aufweisen, während die Abschnitte der Charakteristik, die einer digitalen ^ri0" entsprechen, eine verhältnismäßig niedrige Intensität aufweisen, daß zusätzlich zu der Sequenz von Mustern räumlicher Modulation ein Impuls übertragen wird, der die verhältnismäßig hohe Intensität in allen der einzelnen Zellen hervorruft, wodurch der letzterwähnte Impuls als Amplituden- und Zeit-Referenz für die Dekodierung der Sequenz von Mustern räumlicher Modulation verwendet werden kann.

7Otrsi/ot«i

13. Lenk-System nach einem der Ansprüche Io bis ¹7i dadurch g e k e η η ζ eichnet , daß zusätzlich zu der .Sequenz von Mustern räumlicher Modulation wenigstens zwei zusätzliche Impulse übertragen werden, um das Fahrzeug mit Leitstrahl-Bewegungsdaten zu versorgen.

19« lenk-System nach lnspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Impulse positionsmoduliert sind, xi/obei der eine zur "Bereitstellung von Informationen bezüglich der LeitStrahlbewegung in der Elevation und der andere zur Bereitstellung von Infirmationen bezüglich der Leitstrahlbewegung im \zimuth vorgesehen ist.

20. Lenk-System nach einem der Ansprüche Ί? bis ''9, dadiirch gekennzeichnet, daß o'edes Fahrzeug vier nach hinten gerichtete Lichtempfangseinrichtungen trägt, von denen jede in einem anderen Quadranten angeordnet ist, daß der Flugkörper Einrichtungen zur Ausnutzung zweier der Licht-Empfangseinrichtungen enthält, um ein Korrektursignal für die Neigung um die Querachse abzuleiten und zur Nutzung der beiden verbleibenden Licht-Empfangseinrichtungen, um ein Korrektursignal für das Gieren abzuleiten, und daß die Ausgangssignale aller Lichtempfangseinrichtungen kombiniert und an Einrichtungen zur Dekodierung der Sequenz von Mustern räumlicher Modulation angelegt sind.

21.Lenk-System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dal die elektromagnetische Energie Licht ist und da3 die Lichtquelle eine Xenon-Ulitzröhre ist.

22. Lenk-System nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Energie Licht ist und daß die Quelle des Lichtstrahles ein ITd-iAG-Laser ist, der von einer Xenon-Blitzröhre gepunrot

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23. Lenk-Sjrstem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug ein Flugkörper ist und daß mehr als ein Flugkörper gleichzeitig mit dem Leitstrahl zusammenwirkt.

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