DE69318801T2

DE69318801T2 - Magnetischer Annäherungszünder

Info

Publication number: DE69318801T2
Application number: DE69318801T
Authority: DE
Inventors: Ragnar Forshufvud; Elizabeth Pettersson
Original assignee: Bofors AB
Current assignee: Saab AB
Priority date: 1992-11-04
Filing date: 1993-10-20
Publication date: 1998-11-19
Anticipated expiration: 2013-10-21
Also published as: US5423262A; ES2115745T3; SE9203256D0; SE9203256L; DE69318801D1; SE470289B; EP0596845B1; JPH06207800A; JP3373016B2; EP0596845A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetischen Annäherungszünder zum Auslösen der Ladung eines bewegten Ladungsträgers, zum Beispiel eines Lenkflugkörpers, Geschosses, Granate oder dergleichen, wenn dieser in einer bestimmten Entfernung von einem ferromagnetischen Objekt vorbeifliegt. Der Annäherungszünder enthält einen ersten Satz von Sensoren zum Abtasten der Abweichungen in den Flußdichten des magnetischen Erdfeldes, einen zweiten Satz von Sensoren zum Abtasten der Eigenbewegung des Trägers und Auswertemittel, die so angeordnet sind, daß in Verbindung mit einer Abweichung im magnetischen Erdfeld ein aktives Ausgangssignal erzeugt wird.
Es sind zwei Arten von magnetischen Annäherungszündern bekannt, aktive und passive. Bisher wurde der aktive Annäherungszünder am meisten verwendet. Ein Beispiel eines derartigen Annäherungszünders wird in dem schwedischen Patent 77.06158-8 beschrieben. Der Annäherungszünder besitzt eine Sendeeinheit mit einer Generatorspule, die ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das gemäß den bekannten Gesetzen im Raum verteilt ist. Der Annäherungszünder enthält außerdem eine Empfängereinheit in Form einer Sensorspule, die getrennt von der Generatorspule angeordnet ist. Wenn die Sensorspule von einem elektromagnetischen Feld beeinflußt wird, wird in der Spule eine elektromotorische Kraft induziert. Wenn in dem Gebiet der Sendeeinheit ein metallisches Objekt lokalisiert ist, werden in seiner Oberfläche Wirbelströme induziert. Diese Wirbelströme erzeugen ein sekundäres Feld, das von der Empfängereinheit empfangen wird. Das macht es möglich, festzustellen, daß sich ein metallisches Objekt in der Nähe des Annäherungszünders befindet. Die Reichweite ist durch die Ausgangsleistung der Sendeeinheit und die Empfindlichkeit der Empfangseinheit bestimmt. Eine vitypischell Reichweite ist 0,5 bis 1,5 m. Der aktive magnetische Annäherungszünder besitzt eine Abstandsabhängigkeit, die stetig von r&supmin;³ bis r&supmin;&sup6; ansteigt (r = Abstand zwischen dem Annäherungszünder und dem Ziel).
Der passive magnetische Annäherungszünder benutzt den Umstand, daß das magnetische Erdfeld rund um ferromagnetische Objekte, zum Beispiel langen Objekten aus Eisen, wie zum Beispiel militärischen Panzern und Körpern aus Eisenerz, deformiert wird. Der Annäherungszünder enthält ein Abtastsystem in Form von Sensoren für die Flußdichte und einen Signalverarbeitungsabschnitt zum Auswerten der Signale.
Das folgt aus dem Umstand, daß Anderungen, die zum Beispiel durch einen Panzer im magnetischen Erdfeld verursacht werden, mit Signalen vergleichbar sind, die in dem Ladungsträger erhalten werden. Außerdem kann eine längere Reichweite erhalten werden, da die Abstandsabhängigkeit nur mit r&supmin;³ ansteigt. Bei einem Abstand von 3 Metern von dem Eisenobjekt der Größe eines Panzers, liegt der Effekt in einer Größenordnung von 5%, was für die Detektion ausreichend ist.
Zusätzlich dazu spricht der Bedarf nach Systemen, welche sich nicht selbst offenbaren, und nach vergrößertem Störwiderstand für passive Systeme. In ein aktives System ist eine Selbsterkennung eingebaut und ein derartiges System detektiert auch alle gut leitenden Objekte, zum Beispiel Scheinziele aus Aluminiumfolie. Ein passives System offen bart sich nicht selbst und verlangt große ferromagnetische Objekte, um ein Signal zu erzeugen.
Ein magnetischer Annäherungszünder entsprechend dem Oberbegriff wird in der DE-35 03 919 beschrieben. Entsprechend dem beschriebenen passiven Annäherungszünder sind zwei Sätze von Sensoren in zwei voneinander unabhängigen Kanälen vorgesehen. Wenn die Forderungen zur Aktivierung, wie festgelegt, in den beiden einzelnen Kanälen unabhängig voneinander gleichzeitig erfüllt werden, wird die Zündung aktiviert. Es wird vorgeschlagen, ein AND-Gate zum Detektieren der Gleichzeitigkeit zu verwenden. Ein Problem dieses Annäherungszünders besteht darin, daß die Eigenbewegung des Ladungsträgers das abgetastete magnetische Erdfeld beeinflußt
Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, einen magnetischen Annäherungszünder ohne aktives Teil herzustellen, das heißt einen passiven Annäherungszünder mit einer größeren Reichweite als vorher bekannte aktive und passive Annäherungszünder.
Wie bereits erwähnt, muß der passive Annäherungszünder sehr kleine Änderungen im magnetischen Erdfels erfassen. Des weiteren wird die Eigenbewegung des Ladungsträgers im magnetischen Erdfeld das Signal beeinflussen. Dieses Problem wurde entsprechend der Erfindung durch Einführung einer Kompensation der Änderungen in der Größe der Sensorsignale des ersten Satzes der Sensoren, das durch eine Änderung der Position des Ladungsträgers verursacht wird, gelöst. Der magnetische Annäherungszünder ist dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertemittel einen Signalprozessor umfassen, der so angeordnet ist, daß die Änderungen in der Größe der auf der Position des Ladungsträgers beruhenden Sensorsignale des ersten Satzes von Sensoren, die durch den zweiten Satz von Sensoren erfaßt werden, kompensiert werden, wobei ein aktives Ausgangssignal erzeugt wird, wenn die kompensierten Sensorsignale von Referenzwerten des magnetischen Erdfeldes abweichen, so daß das aktive Ausgangssignal nur bei Abweichungen im magnetischen Erdfeld auftritt, die durch die ferromagnetischen Gegenstände hervorgerufen werden.
Der erste Satz von Sensoren kann aus Magnetfeldsensoren zum Abtasten der Flußdichten oder Spulen zum Erfassen der Ableitung der Flußdichten nach der Zeit bestehen. Entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel besteht der erste Satz von Sensoren aus Hallelementen zum Erfassen der Flußdichten.
Des weiteren kann der zweite Satz von Sensoren Kreisel oder Beschleunigungsmesser zur Messung der Roll- und Gierbewegungen des Ladungsträgers enthalten.
Bei der Verwendung eines Annäherungszünders dieses Typs wird eine größere Reichweite erhalten als mit einem aktiven Annäherungszünder und der Störwiderstand wird verbessert.
In der folgenden Ausführung soll die Erfindung in größeren Einzelheiten in Verbindung mit den anhängenden Zeichnungen, welche als Beispiel eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeigen, beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt schematisch einen bewegten Ladungsträger (Lenkflugkörper), welcher sich im magnetischen Erdfeld bewegt.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Hauptteile des Annäherungszünders, und
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm der Signalauswertung.
Fig. 1 zeigt schematisch einen bewegten Ladungsträger in Form eines Flugkörpers 1, welcher sich im magnetischen Erdfeld B bewegt. Der vordere Teil des Flugkörpers ist mit einen Annäherungszünder 2 ausgerüstet, welcher erfassen soll, wenn ein ferromagnetisches Objekt, wie zum Beispiel ein Panzer 3, in der Nähe des Flugkörpers lokalisiert ist, und der dann ein Ausgangssignal zum Auslösen des effektiven Teils des Flugkörpers ausgibt. Der Annäherungszünder 2 besteht aus einem passiven magnetischen Annäherungszünder mit Sensoren für das magnetische Erdfeld B.
Um die Fortsetzung der Beschreibung zu vereinfachen, wird bezüglich des Flugkörpers festes Koordinatensystem mit XYZ- Achsen entsprechend der Figur eingeführt, das heißt die X- Achse stimmt mit der Längsachse des Flugkörpers überein, die Y-Achse zeigt in einem rechten Winkel zur Seite und die Z-Achse in einem rechten Winkel nach unten. Die Position und die Bewegung des Flugkörpers kann mit Hilfe der Roll-, Nick- und Gierbewegungswinkel Φ, θ und Ψ beschrieben werden, die wie folgt definiert sind:
Der Rollwinkel Φ beschreibt die Bewegung um die X-Achse. Der Winkel ist bei einer X-Y-Drehung positiv, das heißt im Uhrzeigersinn von der Rückseite des Flugkörpers gesehen.
Der Nickwinkel θ beschreibt eine Drehung um die y-Achse. Der Winkel ist bei einer X-Z-Drehung positiv, das heiß die Nase des Flugkörpers geht nach oben.
Der Gierwinkel Ψ beschreibt eine Drehung um die Z-Achse. Der Winkel ist bei einer X-Y-Drehung positiv, das heißt bei einem Gieren nach rechts.
Zur Vereinfachung wird angenommen, daß die Sensoren aus drei orthogonalen Sensoren bestehen, das heißt die Sensoren sind in die X-, Y- und Z-Richtungen ausgerichtet. Die drei Sensoren erfassen dann die Flußdichten Bx, By und Bz ab. Diese Flußdichten werden mit den Bewegungen des Flugkörpers in Übereinstimmung mit den folgenden Gleichungssystem verändert:
Bestimmte Sensoren, zum Beispiel Magnetfeldsensoren, liefern Bx, By und Bz direkt. Andere Sensoren mit Spulen liefern das nach der Zeit abgeleitete B-Feld und Bx, By und Bz müssen dann durch Lösung des Gleichungssystems berechnet werden.
Wie in der Einleitung erwähnt, führt ein ferromagnetisches Objekt zu Abweichungen im magnetischen Erdfeld. Im Prinzip kann die Störgröße des magnetischen Erdfeldes durch das Ziel mit Hilfe eines magnetischen Dipols dargestellt werden. Die Orientierung des Dipols hängt von der Richtung des magnetischen Erdfeldes ab. Wenn das magnetische Erdfeld horizontal verläuft, wird die Achse des Dipols horizontal. Wenn das magnetische Erdfeld vertikal verläuft, wird die Achse des Dipols vertikal und wenn das magnetische Erdfeld dann horizontal ist, wird die Achse des Dipols horizontal. Der Bereich des Dipols (definiert als Abstand, bei welchem der Dipol eine bestimmte Feldstärke liefert) ist in Richtung der Achsen länger als in der Äquatorialebene, die Differenz besitzt jedoch nur Größen des Faktors von 3 2 = 1,26.
Wie ebenfalls in der Einleitung erwähnt, führen die eigenen Drehbewegungen des Flugkörpers im magnetischen Erdfeld zu einem Sensorsignal. Entsprechend der Erfindung enthält der Annäherungszünder einen Signalprozessor 5, der so angeordnet ist, daß die Eigenbewegungen des Flugkörpers im magnetischen Erdfeld kompensiert werden, so daß in Abhängigkeit von diesen Abweichungen im magnetischen Erdfeld nur ein aktives Ausgangssignal auftritt, das von einem ferromagnetischen Objekt (dem Ziel) ausgelöst wird. Der Flugkörper enthält deshalb Positionsabtastelemente 6, zum Beispiel Kreisel, welche die Bewegung des Flugkörpers abtasten und das Ausgangssignal, das Kreiselsignal, wird zur Auswertung an den Signalprozessor angelegt, siehe Fig. 2.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Hauptteile des Annäherungszünders. Drei Sensoren 4 messen die magnetischen Flußdichten Bx, By und Bz. Die Sensorsignale werden zur Auswertung über Verstärker 7 und A/D-Wandler 8 an den Signalprozessor in Form eines Mikroprozessors 9 angelegt. Der Mikroprozessor wird außerdem mit den Kreiselsignalen vom Kreisel 6 versorgt, welcher die Eigenbewegung des Flugkörpers abtastet.
Es ist vorgesehen, daß der Annäherungszünder wie folgt arbeitet:
Beim Starten werden die drei Komponenten im magnetischen Erdfeld B gemessen. Aus diesen Werten wird die Größe und Richtung des magnetischen Erdfeldes berechnet.
Während der Flugzeit des Flugkörpers wird die Größe des magnetischen Feldes Bx, By und Bz kontinuierlich gemessen und mit den Anfangswerten verglichen. Wenn eine Abweichung auftritt, das heißt eine Änderung im magnetischen Feld, welche nicht durch eine Bewegung des Flugkörpers erklärt werden kann, ist bekannt, daß sich in der Nähe ein ferromagnetisches Objekt befindet, das heißt, es wurde auf das Ziel getroffen und der Annäherungszünder gibt ein Ausgangssignal an den Wirkteil ab.
Das Funktionsprinzp wird in Fig. 3 mit Hilfe eines Flußdiagramms erläutert.

Claims

1. Magnetischer Annäherungsschalter zum Auslösen der Ladung eines bewegten Ladungsträgers, z.B. eines Lenk-Flugkörpers, Projektils, Geschosses od. dgl., wenn dieser in einem bestimmten Abstand von einem ferromagnetischen Gegenstand vorbeifliegt, mit einem ersten Satz von Sensoren (4) zum Erfassen von Abweichungen in den Flußdichten des magnetischen Erdfeldes (Bx, By, Bz), einem zweiten Satz von Sensoren (6) zum Erfassen der Eigenbewegung des Trägers und Auswertemitteln (5) zum Erzeugen eines aktiven Ausgangssignals in Zuordnung zu einer Abweichung des magnetischen Erdfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertemittel (6) einen Signalprozessor umfassen, der Änderungen in der Größe der Sensorsignale des ersten Satzes von Sensoren, die durch eine Änderung der Position des Ladungsträgers verursacht werden, kompensiert auf der Grundlage der von dem zweiten Satz von Sensoren erfaßten Position des Ladungsträgers, wobei das aktive Ausgangssignal (Iout) erzeugt wird, wenn die kompensierten Sensorsignale von Referenzwerten des magnetischen Erdfeldes abweichen, so daß das aktive Ausgangssignal nur auftritt in Abhängigkeit von Abweichungen des magnetischen Erdfeldes, die durch die ferromagnetischen Gegenstände (3) bewirkt werden.

2. Annäherungszünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Satz von Sensoren aus Flux-Gate-Sensoren zum Erfassen der Flußdichten besteht.

3. Annäherungszünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Satz von Sensoren aus Wicklungen zum Erfassen der Flußdichten besteht.

4. Annäherungszünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Satz von Sensoren aus Hall-Elementen zum Erfassen der Flußdichten besteht.

5. Annäherungszünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Satz von Sensoren aus Kreiseln (6) zum Messen der Roll- und Gierbewegungen des Ladungsträgers besteht.

6. Annäherungszünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Satz von Sensoren aus Beschleunigungsmessern zum Messen der Roll- und Gierbewegungen des Ladungsträgers besteht.

7. Annäherungszünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalprozessor (5) so eingerichtet ist, daß er während der Bewegung des Ladungsträgers längs seiner Bahn kontinuierlich die kompensierten Sensorsignale mit den beim Abschuß gemessenen Referenzwerten des magnetischen Erdfeldes vergleicht.

8. Annäherungszünder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Signalprozessor (5) einen Mikroprozessor (9) für die Signalverarbeitung aufweist.