SE515386C2 - Förfarande och anordning för att bestämma rollvinkeln hos en utskjutbar roterande kropp som roterar i sin bana - Google Patents

Description

25 515 386 - . » . . .

Föreliggande uppfinning föreslår en annan lösning som i likhet med utförandet enligt vårt US patent 5 414 430 utnyttjar endast en signal, företrädesvis inom mikrovågsområdet, för rollvinkelbestämningen. Enligt uppfinningen utnyttjas svepande lober. Både sändarantennen och mottagarantennen utformas med en svepande lob. Lobema kommer att möta varandra under längre eller kortare tider beroende på om lobema sveper med varandra eller mot varandra. För varje halvvarv den roterande kroppen roteras, kommer loberna att växla mellan att svepa mot varandra och att svepa med varandra. Rotationsläget bestäms entydigt genom att mäta tiden som lobema möter varandra och signalstyrkan som erhålls under tidpunkterna då loberna möter varandra. Entydighetsproblemet att fastställa om man befinner sig inom en första halva eller andra halva av ett rotationsvarv får en enkel lösning genom att lobema har olika lång mötestid i rotationsvarvets båda halvor. För att bestämma vinkeln inom ett halvvarv studeras signalstyrkorna som uppstår i mottagarantennen när lobema möts.

Uppfinningen löser entydighetsproblemet samtidigt som ett lättplacerat och kompakt antennarrangemang kan anordnas i den roterbara kroppen. Det som väsentligen anses känneteckna förfarandet enligt uppfinningen är att sändarantennen och mottagarantennen utformas med varsin svepande lob riktade väsentligen mot varandra, att sändarantennens lob sveps i ett fixt plan relativt utskjutningsanordningen, att mottagarantennens lob sveps i ett fixt plan relativt den utskjutbara kroppen, att tiden de två lobema möts detekteras och att signalstyrkan under den tid lobema möts registreras för bildande av en fiktiv rotationsenvelopp och att rollvinkeln bestäms baserat på uppmätta tider och bildad fiktiv rotationsenvelopp. Det som väsentligen anses känneteckna anordningen för att bestämma rollvinkeln är att sändarantennen och mottagarantennen är utformade med svepande lob och att mottagaren innefattar organ för bearbetning av mottagen signalinformation under den tid de svepande lobema möts med avseende på tid och signalstyrka.

Enligt ett lämpligt förfarande dimensioneras sändar- och mottagarantennerna att arbeta inom millimetervågsområdet, företrädesvis inom frekvensområdet 35-45 GHz.

Mottagarantennen är med fördel uppbyggd av elektriskt styrbara antennelement i form l5 20 25 30 515 386 av dipolslitsar. En sådan mottagarantenn lämpar sig mycket väl för det ovan föreslagna frekvensområdet och är lätt att inrymma i den roterande kroppens bakdel.

För att säkerställa god samverkan mellan de svepande lobema föreslås enligt ett fördelaktigt forfarande att mottagarantennens svepande lob hålls nollställd under utskjutningsögonblicket och att tidsavståndet mellan sändarantennens lobs möten med den nollställda mottagarantennens lob mäts och att mottagarantennens svep efter nämnda mätning och baserat på mätresultatet startas för att möta sändarens svep vid ca O grader.

Det som i övrigt anses känneteckna uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan i principiell och exemplifierad form under hänvisning till bifogade ritningar, där: Figur 1 visar ett arrangemang med en anordning enligt uppfinningen för att bestämma rollvinkeln for en utskj utbar kropp.

Figur 2a och 2b illustrerar den enligt uppfinningen använda svepprincipen i diagramforrn visande svepvinkel som funktion av tiden.

Figur 3 illustrerar den enligt uppfinningen använda svepprincipen i diagrarnform visande svepvinkel som funktion av tiden vid utskjutningsögonblicket för den utskjutbara kroppen.

Figur 4a schematiskt visar exempel på en i den utskjutbara kroppen mottagen signal.

Figur 4b visar en till den mottagna signalen enligt figur 4a anpassad enveloppkurva som funktion av vinkel.

Figur 5 visar ett schematiskt exempel på en mottagare som kan ingå i den roterbara kroppen. 10 25 30 515 386 Det i figur 1 visade arrangemanget innefattar en utskjutningsanordning 1 schematiskt visad som ett eldrör och kan till exempel utgöras av en kanon. I anslutning till utskj utningsanordningen finns en i anordningen enligt uppfinningen ingående sändare 2 med antenn 3. Sändaren 2 med antennen 3 ingår lämpligen i en vid utskj utningsenheten befintlig radar, exempelvis millimetervågradar. Antenn 3 och utskj utningsanordning 1 är anordnade att på lämpligt känt sätt kunna vridas i höjd- och sidled. Den utskjutbara kroppen har betecknats med 4 och är i sin bakdel försedd med en mottagarantenn 5. Antennen 5 är en s k elektriskt styrbar antenn och är utformad i den utskjutbara kroppens 4 bakände. Med fördel kan antennen utgöras av antennslitsar utfrästa i metall, s k slotantenn, varvid metallen samtidigt kan ingå i den utskj utbara kroppens hölje. Härigenom får den utskjutbara kroppen en hållfast bakände. De elektroniska komponenterna blir små och lätta och därmed resistenta mot G- belastning. Anordningen och framför allt antennema konstrueras företrädesvis för millimetervågsområdet och till exempel för att arbeta inom frekvensområdet 35-45 GHz. Fördelen med detta frekvensområde är att antennen kan göras mycket liten då ingående dipoler endast är någon millimeter långa. Frekvensområdet fungerar väl även vid olika förekommande typer av väder.

Antennens 3 lob betecknad med 6 sveper i det visade utförandet horisontellt med anpassad öppningsvinkel från exempelvis vänster till höger, varvid en pil 7 indikerar retursvepet. Under retursvepet från höger till vänster hålls sändaren/radam avstängd.

E-fåltets polariseringsriktning visas med en pil 8.

Antennen 5 i den utskjutbara kroppen formar en lob 9 som på elektrisk väg sveper från vänster till höger refererat till E-fältets polariseringsriktning 10. En pil 11 indikerar retursvepet och signalen under retursvepet ignoreras.

Samverkan mellan sändar- och mottagarsvepen illustreras i figur 2a och figur 2b. En streckprickad linje 15 markerar svepens centrumlinje, medan heldragna linjer 16, 17 på ömse sidor om den streckprickade linjen visar en specificerad effektgräns, exempelvis -3 dB från centrumlinjen. Under ena halvan av den utskj utbara kroppens rotation ett varv sveper lobema med varandra. Detta illustreras i figur 2a, där beteckningen 12 hänför sig till sändarsvepet och beteckningen 13 hänför sig till mottagarsvepet. Under l0 15 20 25 30 515 586 - « . . x . den andra halvan sveper lobema mot varandra, vilket är visat i figur 2b. Ett prickmarkerat område 14 markerar att sändar- och mottagarlobema möter varandra.

Av diagrammet framgår att lobema möter varandra under längre sammanhängande tid när lobema sveper med varandra än när lobema sveper mot varandra, dvs TO > T1.

Mottagaren kan således detektera signal under längre tid for varje möte loberna gör när den utskj utbara kroppen roterar inom ena halvvarvet än inom det andra. Det låter sig således lätt bestämmas vilken halva av rotationsvarvet som gäller. Av diagrammen i figur 2a och 2b framgår även att vid det illustrerade exemplet har mottagarsvepet tilldelats en kortare sveptid än sändarsvepet.

I utskjutningsögonblicket synkroniseras mottagarens svep med sändarens genom att svepet i mottagaren nollställes. Detta är schematiskt visat i figur 3. Tidsavståndet T; mellan svepens kontakter med varandra mäts och baserat på tidsavståndsinformationen startas svepet i mottagaren for att möta sändarens svep vid ca 0°.

Figur 4a visar exempel på en i den utskjutbara kroppen genom antennen 5 mottagen signal och en därtill anpassad enveloppkurva 18. Signalen består av skurar (”bursts”) 19.1-l9.m, 20.1-20.n separerade av luckor 21 med enbart brus. Enveloppkurvans motsvarigheter i vinkel visas i figur 4b med nollgenomgångar vid multiplar av n. Ett exempel på hur mottagaren schematiskt kan vara uppbyggd kommer att beskrivas närmar längre fram under hänvisning till figur 5. Av figurerna 4a och 4b framgår att den mottagna signalen under ett intervall från 0 till n ökar i styrka upp till 11/2 för att sedan avta mot noll. Toppvärdet motsvarar det fall att mottagarlobens E-fält sammanfaller med riktningen för sändarlobens E-fält. Denna situation är visad i figur 1 och E-fälten är här vertikalriktade. Vid 0 och 1: radianer befinner sig den utskj utbara kroppen i sådant rotationsläge att mottagarlobens E-fält är riktat vinkelrätt mot sändarlobens E-fält och följaktligen fås ingen signal. Under ett andra intervall från 1: till 21: sker en motsvarande ökning och minskning av signalstyrkan. Under det första intervallet, 0 - n radianer, har skurama 19.1 - l9.m en varaktighet Tl medan skurarna 20.1 -20.n under det andra intervallet, n - 21: radianer, har en varaktighet To.

Skillnaden i varaktighet mellan TO och T1 beror på om mottagarsvepet och sändarsvepet sveper med varandra eller mot varandra och har redan diskuterats ovan. 20 25 515 386 @ . . , i - Ett sätt att bestämma rollvinkeln inom ett intervall 0 - n är att registrera enveloppen för den mottagna signalens skurar som funktion av vinkeln. Eftersom punkterna O, n, 21:, 31r osv är kända och den utskjutbara kroppen kan antas rotera med väsentligen jämn rotationshastighet kan enkelt fastställas signalvärden för mellanliggande vinklar.

Signalvärden med tillhörande vinkelvärden kan lagras i en tabell. Rollvinkeln inom ett intervall kan då bestämmas genom att i tabellen avläsa vinkeln för ett aktuellt skurvärde.

Den i figur 5 visade mottagaren 22 är på ingångssidan ansluten till den elektriskt styrbara antennen 9 i form av en gruppantenn med ett flertal styrbara antennelement 9.1-9.n. På antennen mottagen signal tillförs elektriskt styrbara fasändrare 231-23 .n innan den tillförs en summeringspunkt med enveloppdetektor 24, vilken i sin tur är kopplad till en digital och central processorenhet 25 med en A/D-omvandlare 26 på ingångssidan. I processorenheten 25 sker signalbehandling enligt principerna skissade ovan baserat på inkommande information. Processorenheten 25 innefattar härför bl a mjukvara för amplitudmätning 27 och mjukvara för pulslängdmätning 28 och tillhandahåller digitalformad rollvinkelinformation på sin utgång 29. Ett block 30 betecknar den mjukvara som ingår i processorenheten 25 för styrning av gruppantennens 9 lober via en utgång 31.

Uppfinningen är inte begränsad till beskrivna utföranden, utan inom uppflnningens ram definierade av patentkraven ryms många alternativa utföranden. Detta gäller bl a mottagarens utforrnnning för att fastställa rollvinkeln.

Claims (13)

10 15 20 25 30 515 386 t.. ut Patentkrav

1. l. Förfarande för att bestämma rollvinkeln hos en utskjutbar kropp som roterar i sin bana, såsom en roterande proj ektil, granat, robot e d som är utskjutbar från en utskjutningsanordning, varvid en sändare med antenn anordnade i anslutning till utskj utningsanordningen kommunicerar med en mottagare med antenn anordnade i den utskjutbara kroppen, kännetecknat av att sändarantennen och mottagarantennen utformas med varsin svepande lob riktade väsentligen mot varandra, att sändarantennens lob sveps i ett fixt plan relativt utskjutningsanordningen, att mottagarantennens lob sveps i ett fixt plan relativt den utskj utbara kroppen, att tiden de två lobema möts detekteras och att signalstyrkan under den tid loberna möts registreras för bildande av en fiktiv rotationsenvelopp och att rollvinkeln bestäms baserat på uppmätta tider och bildad fiktiv rotationsenvelopp.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat av att skillnaden i tid som de svepande lobema möts beroende på om loberna sveper med varandra eller mot varandra utnyttjas for att entydigt bestämma rollvinkeln till intervallet 0 - n eller intervallet n - 211.

3. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att rollvinkeln inom ett vinkelintervall 0 - rr bestäms av den mot ett läge på rotationsenveloppen korresponderande vinkeln.

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att tiden mellan två nollgenomgångar hos rotationsenveloppen mäts och att ett specifikt vinkelläge mellan två nollgenomgångar bestäms genom att fastställa tidsandelen fram till det specifika vinkelläget av tiden mellan två nollgenomgångar och proportionera ut motsvarande andel av rt.

5. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att sändar- och mottagarantennema dimensioneras att arbetar inom millimetervågsområdet, företrädesvis inom frekvensområdet 35-45 GHz. . , . . - 1 10 15 20 25 30 515 586 u. .if

6. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att sändarantennens svepande lob sveps i horisontalplanet i en riktning och stängs av från matning under efterföljande retursvep och att mottagarantennen sveps i en riktning och avstängs under retursvepet.

7. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att mottagarantennens svepande lob sveps med en kortare tid än sändarantennens svepande lob.

8. Förfarande enlig något av föregående patentkrav, kännetecknat av att mottagarantennens svepande lob hålls nollställd under utskjutningsögonblicket och att tidsavståndet mellan sändarantennens lobs möten med den nollställda mottagarantennens lob mäts och att mottagarantennens svep efter nämnda mätning och baserat på mätresultatet startas för att möta sändarens svep vid ca 0 grader.

9. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att sändarantennen och mottagarantennen tilldelas svepområden av storleksordningen d: 5°.

10. Anordning för att bestämma rollvinkeln hos en utskjutbar kropp som roterar i sin bana, såsom en roterande proj ektil, granat, robot e d, som är utskjutbar från en utskjutningsanordning, innefattande en i anslutning till utskjutningsanorningen anordnad sändare med antenn och en i den utskj utbara kroppen anordnad mottagare med antenn, kännetecknad av att sändarantennen och mottagarantennen är utformade med svepande lob och att mottagaren innefattar organ för bearbetning av mottagen signalinformation under den tid de svepande lobema möts med avseende på tid och signalstyrka.

11. 1 1. Anordning enligt patentkravet 10, kännetecknad av att en enveloppdetektor är inrättad i mottagaren att bilda en fiktiv rotationsenvelopp utgående från registrerade signalstyrkor under tiden lobema möts. > | = » . u 515 5896

12. Anordning enligt något av patentkraven 10 eller ll, kännetecknad av att mottagaren innefattar en tidmätningskrets.

13. Anordning enligt något av patentkraven 10-12, kännetecknad av att mottagarantennen är uppbyggd av elektriskt styrbara antennelement i form av dípolslitsar. 1:a f.