NL8902062A - Inrichting voor de commandobesturing van een luchtvaartuig. - Google Patents

Description

Titel: Inrichting voor de commandobesturing van een luchtvaartuig.

De uitvinding heeft betrekking op een commandobestu-ringsinrichting van een luchtvaartuig, dat is voorzien van een antwoordzender, welke een nauwkeurig gedefinieerde tijd na de belichting van het luchtvaartuig door de radar naar de radar een antwoordsignaal op dezelfde radarfrequentie terugstraalt.

Bij de bekende werkwijzen voor de commandobesturing van een luchtvaartuig - onderstaand aangeduid als FK - wordt de plaats van het FK in de ruimte of ook slechts zijn richtings-vektor van de lanceerinrichting gevolgd en gemeten met behulp van een z.g. 'Bearing Marker". Deze - in fig. 1 geschetste -"Bearing Marker" bestaat in de radartechniek gewoonlijk uit een peilzender, waarvan de antenne(s) zijn aangebracht aan het hekdeel van het FK en die de vorming van "differentiële ekar-tometrie" - We - vergemakkelijkt. Zie hiervoor fig. 2.

Gewoonlijk straalt de peilzender een continue sinusgolf (CW-signaal) uit, waarvan de frequentie in de nabijheid van de radarfrequentie ligt, die in het doelkanaal (targetkanaal) -zie fig. 2 - gebruikt wordt voor het doelvolgen met de radar. De frequentie-afstand tussen de radarfrequentie en de peilzen-derfrequentie moet zeker voldoende groot zijn, opdat een onderling storende beïnvloeding, in het bijzonder van het radarkanaal, wordt vermeden.

In plaats van de peilzender kan ook een antwoordzender (responder) worden gebruikt, die een nauwkeurig gedefinieerde tijd na de belichting van het FK door de radar een antwoord-signaal terugstraalt naar de radar. De frequentie van de antwoordzender kan ofwel overeenstemmen met de radarfrequentie of kan, zoals bij de weergegeven peilzender, voorzien zijn van een frequentie-afstand. In elk geval maakt het gebruik van de antwoordzender het mogelijk om niet alleen de richting maar ook de afstand van de FK te meten.

'Met betrekking tot electronische dwaal- en stoormaat-regelen ("ECM = Electronic Counter Measures") vormt het peil- zenderkanaal een zwak punt in het systeem. Wanneer de peil-zenderfrequentie bekend is, kan het systeem zeer gemakkelijk en effectief op deze frequentie worden gestoord. Als stoor-tegenmaatregel ("ECCM = Electronic Counter Counter Measure") is het gebruikelijk om niet alle FK's resp. hun peilzenders op dezelfde frequentie te bedrijven, maar de peilzenderfrequentie op een voor elk FK vaste waarde in te stellen, welke binnen een bepaalde frequentieband kan liggen. Een variant van deze werkwijze is het toelaten van meerdere, bijvoorbeeld drie verschillende peilzenderfrequenties, waarbij pas op het moment van de start van het FK wordt besloten op welke van deze drie frequenties de betreffende peilzender werkt.

Aan de efficiëntie van dergelijke stoortegenmaatregelen zijn alleen nauwe grenzen gesteld omdat de genoemde handelwijze betrekkelijk star is en omdat de peilzenderfrequentie op grond van de benodigde meetnauwkeurigheid niet willekeurig ver van de radarfrequentie verwijderd mag zijn, maar zo dicht mogelijk in de nabijheid daarvan moet liggen.

Wanneer de radar met een vaste frequentie werkt, dan is ook een responderkanaal betrekkelijk gemakkelijk te storen.

Ter verhoging van de storingsvastheid van de radar en voor z.g. "Glintreductie" is in de stand van de techniek voorgesteld om de z.g. "springsfrequentie-werkwijze" toe te passen. Hierbij wordt de radarfrequentie door een impuls binnen een betrekkelijk brede frequentieband willekeurig gevarieerd naar de volgende.De breedte van de springfrequen-tieband wordt bijvoorbeeld begrensd door bandbreedte van de radarantenne en kan ongeveer 5-10% van de draagfrequentie bedragen.

Bij een radargolflengte, bijvoorbeeld in de Ku-band, bedraagt dan het frequentie-interval waarbinnen de radar-frequentie heen en weer kan springen, 1 tot bijna 2 GHz. Deze bandbreedte moet worden vergeleken met de bandbreedte van een gepulst radarsignaal met constante draagfrequentie, die bijvoorbeeld 10 MHz kan bedragen. De bandbreedte van de radarstraling wordt door de springfrequentie-werkwijze praktisch met een factor 100 of nog meer vergroot, en dienovereenkomstig wordt natuurlijk ook de stoorbaarheid van de radar verminderd.

Nu bestaat bij veel werkwijzen voor een coherente signaalverwerking en clutteronderdrukking - namelijk coherente MTI (Moving Target Indication) en puls-doppler - het vereiste om de radarfrequentië' van één impuls tot de volgende zeer nauwkeurig te houden. Er is echter ook bij deze werkwijzen de mogelijkheid om gebruik te maken van de voordelen van de genoemde springfrequentie-werkwijze, namelijk in de vorm van het in groepen samennemen van naburige impulsen, waarbij de radarfrequentie bij de impulsen van een bepaalde groep, d.w.z. binnen het z.g. coherente verwerkingsinterval, constant is en van de ene groep naar de volgende willekeurig wordt veranderd. Hierbij wordt gesproken van "frequentie-agiliteit’'' van groep tot groep. Samenvattend moet worden vastgesteld, dat wegens de grote benodigde bandbreedte bij de springfrequentie-werkwijze en het omgekeerde vereiste van een niet te grote frequentie-afstand tussen radar- en peilzenderkanaal, een combinatie van beide werkwijzen niet of nauwelijks veelbelovend mogelijk is.

Betere verhoudingen worden geboden bij het gebruik van een antwoordzender (responder) bij een frequentie-agile doel-volgradar. Bijvoorbeeld heeft de radar voor dopplerfiltering ter bodem- of volumeclutteronderdrukking (bijvoorbeeld regen) telkens 10 steeds op dezelfde frequentie gelegen impulsen nodig. Wordt de eerste van 10 radarimpulsen van het luchtvaartuig ontvangen in het ontvangergedeelte van de antwoordzender, dan wordt dit gebruikt om de antwoordzender af te stemmen op de nieuwe radarfrequentie. Verdere radarimpulsen kunnen door het FK worden afgeteld en na de laatst ontvangen radarimpuls op een bepaalde frequentie straalt de FK-responder naar de lanceerinrichting een antwoordimpuls terug met een gedefinieerde vertraging en precies op dezelfde radarfrequentie. Uit de vertraging van de antwoordimpuls na de laatste radarimpuls op een gegeven frequentie - d.w.z. vóór de volgende frequentiewisseling - verkrijgt men ter plaatse van de besturingsinrichting, wanneer men de in de responder inge bouwde vertragingstijd kent, de looptijd naar het FK en terug en daardoor de afstand tot het luchtvaartuig.

Deze werkwijze vertoont echter ook een nadeel, want een cpmmandobesturingswerkwijze met responder in het FK, dat op de bovenbeschreven wijze werkt, benut weliswaar aan de zijde van de radar volledig de voordelen van springfrequentie of frequentie-agiliteit, maar daarentegen niet aan de zijde van het luchtvaartuig, aangezien deze bij elke frequentieverandering van de radar eerst de nieuwe frequentie moet herkennen en zich daarop moet instellen. Daardoor is echter het gevaar aanwezig, dat de responder door een voldoend sterke stoorzender in de frequentie wordt "rechtgetrokken" en dat zodoende het FK-systeem wordt "gestolen", vergelijkbaar met de wijze waarop een z.g.”range gate stealer" reeds geregistreerde doelen wegmanipuleert.

Aan de onderhavige uitvinding ligt de opgave ten grondslag een commandobesturingsinrichting van het bovengenoemde type te verschaffen die de bovengenoemde nadelen van de stand van de techniek elimineert en zodanig is uitgevoerd, dat daarmee een aanzienlijke verhoging van de ECM-vastheid bereikbaar is, waarbij deze verhoging numeriek overeenkomt met de grootte-orde van de verhouding tussen de bandbreedten met en zonder frequentie-agiliteit.

Daartoe is volgens de uitvinding een commando-besturingsinrichting van het bovengenoemde type zodanig uitgevoerd, dat de electronica van de radarsignaal-opwekeenheid van het luchtvaartuig (FK) bij de start daarvan wordt voorzien van informatie die overeenkomt met een schijnbaar statistisch variabele volgorde van pseudo-toevallig gekozen radarfrequenties en de vormingswet of het algoritme laat herkennen, zodat voor het luchtvaartuig (FK) een deterministische (geen statistische) frequentievolgorde plaatsvindt en een doelgerichte afstemming op bekende frequenties plaatsvindt.

In de onderconclusies zijn uitvoeringsvormen en verdere uitwerkingen gegeven, en in de onderstaande beschrijving worden uitvoeringsvoorbeelden verduidelijkt onder verwijzing naar de tekening, waarin:

Fig. 1 een schema toont voor het principe van de commandobesturing van een luchtvaartuig;

Fig. 2 een schema toont van een principe van plaatsmeting met een vuurleidingsradar, zoals het ook gegeven is bij de stand van de techniek;

Fig. 3 een blokschema toont van een uitvoeringsvoorbeeld van de combinatie van radarzenden en responder met navelstreng en pseudo-toevalsgetallen-generator; en

Fig. 4 een blokschema toont van een verder uitvoeringsvoorbeeld van de combinatie van radarzender en responder met schuifregisteropstelling als geheugenelementen.

De uitvindingsgedachte berust erop, de electronica van het luchtvaartuig op het moment van de start van het luchtvaartuig of kort daarvoor of direct daarna de noodzakelijke informatie mee te geven, om in de schijnbaar statistisch variabele volgorde van pseudo-toevallig gekozen radarzend-frequenties de vormingswet of het algoritme te herkennen, zodat voor het FK geen statistische, maar een deterministische frequentievolgorde plaatsvindt en daardoor het zoeken naar een nieuwe frequentie in de zeer brede springfrequentieband wordt vervangen door een doelbewust afstemmen op a priori bekende frequenties. Deze mogelijkheid en de voordelen daarvan heeft de stand van de techniek tot nog toe niet ingezien.

De uitvinding wordt nader beschreven en verduidelijkt onder verwijzing naar het voorbeeld volgens fig. 3. De frequentie-agile vuurleidingsradar betrekt de radarfrequentie uit een frequentiecentrale 10a in de radar-signaal-schokwekeenheid 10, welke de momentane zendfrequentie naar een schijnbaar toevallige wet resp. in schijnbaar willekeurige volgorde uitkiest uit een spectrum van gegeven draagfrequenties - bijvoorbeeld 100 verschillende frequenties - met een onderlinge afstand van 10 MHz. De frequenties worden bijvoorbeeld aangeduid met fo tot f99. De index n 13a van de volgende draagfrequentie fn 13 wordt verschaft met een pseudo- toevalsgetalgenerator 16, welke uit de digitale rekentechniek bekend is en welke eerst slechts drijvende-kommagetallen 2 in het open interval 0 < z < 1 verschaft. Door vermenigvuldiging met de factor 100 en het weglaten van de rest achter de komma ontstaat de index n: n = geheeltallig gedeelte van (100 · 2) en met deze waarde "n" wordt de volgende frequentie verschaft.

De volgorde van de frequentie is deterministisch voor een waarnemer die naast kennis van de schakeling van de toevalsgetalgenerator 16 ook de aanvankelijke inhoud van het interne register daarvan kent.

Volgens de uitvinding bezit de transponder 30 in FK een tegenhanger 34 van de pseudo-toevalsgetalgenerator 16. Op het genoemde moment van de start of kort daarvoor - eventueel ook direct daarna - wordt aan het FK de numerieke inhoud van het interne register van de toevalsgetalgenerator 16 in de radar resp. de radarsignaalopwekeenheid 10 meegedeeld, en met deze informatie wordt de pseudo-toevalsgetalgenerator 34 in het FK quasi gesynchroniseerd.

Deze informatie-overdracht naar het FK wordt in het getoonde uitvoeringsvoorbeeld voor de start uitgevoerd door middel van een z.g. navelstreng (umbilical cord) van het FK.

Het voordeel van deze overdracht voor de start is daarin gezien, dat in vergelijking met een synchronisatie na de start een zo groot mogelijke stoorveiligheid is bereikt.

De richting van de informatiestroom via de navelstreng kan bij een equivalente variant van het beschreven uitvoeringsvoorbeeld ook worden omgekeerd. Hierbij bezit het FK vanaf de vervaardiging een toevallige nulinstelling of aanvangsinstelling van de pseudo-toevalsgetalgenerator 34. Op het moment van de synchronisatie resp. de start nemen de interne registers van de pseudo-toevalsgetalgenerator 16 van de radar de inhoud over van de generator 34 van het FK. Vanaf dit moment verschaffen beide generatoren 16, 34 bij elke frequentiewisseling overeenstemmend dezelfde volgorde.

Beide van de hierboven beschreven mogelijkheden zijn als gelijkwaardig te beschouwen wanneer de radar niet meer dan één FK op elk tijdstip moet leiden. Wanneer echter met meerdere luchtvaartuigen tegelijkertijd doelen moeten worden bestreden, dan is de eerst genoemde oplossing voordeliger.

In een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt nu voorgesteld de volgorde van de frequentiereeks in de radar te bepalen volgens een geheel willekeurige, bijvoorbeeld een echt toevallige wet, deze volgorde te bewaren in een schuifregister 40 dat alle tijdens de vluchtduur van het FK optredende frequenties opslaat, en de momentane frequentie te verschaffen op basis van de waarde aan het eind van de schuifregister-ketting. Het blokschakelschema van een dergelijke uitvoeringsvorm is getoond in fig. 4. In deze configuratie wordt aan het FK volgens de uitvinding de gehele inhoud van het genoemde schuifregister meegedeeld bij de start, en deze meegedeelde informatie is dan voldoende om de tijdens zijn vlucht verschafte pseudo-toevallige frequenties als deterministisch te rangschikken.

Een kenmerk van het geschilderde voorbeeld is, dat slechts het FK dat bij de lancering komt en eventueel via de navelstreng 19 is verbonden met de radar, in het bezit komt van de informatie of de sleutel, waardoor een zoeken naar de volgende frequentie in een zeer brede frequentieband onnodig wordt gemaakt. Hieruit resulteert een informatie-bepaalde verhoging van de ECM-vastheid van de geschilderde responder-werkwijze ten opzichte van alle andere tot nu toe bekende responder- of peilzender-werkwijzen. De verhoging van de ECM-vastheid kan in grootte-orde numeriek worden becijferd met de verhouding van de bandbreedten met en zonder frequentie-agiliteit. Een modificatie wordt verschaft, wanneer het antwoord van de responder niet op de radarfrequentie zelf, maar op een met een bekend bedrag verplaatste frequentie plaatsvindt.

De uitvoeringsvoorbeelden volgens de figuren 3 en 4 zijn aldus in hun wezenlijke kenmerken zodanig beschreven en verduidelijkt, dat een nadere beschrijving overbodig is. In het onderstaande worden daarom slechts de van referentietekens voorziene bouwelementen genoemd. Uit fig. 3 blijkt, dat de radarsignaal-opwekeenheid 10 is voorzien van een synthesizer 10a en een modulator 10b, en dat het signaal met de frequentie fn 13 wordt toegevoerd aan een vermogensversterker 14 en vandaar aan een zend/ontvangstschakelaar 15, die is geassocieerd met de radarantenne 11 resp. de radarontvanger 12. De frequentiecentrale, resp. de synthesizer 10a onvangt de signalen van de index n 13a en van de pseudo-toevalsgetal-generator 16, die zijnerzijds is voorzien van een EN-poort 17, waar een synchronisatiesignaal (strobe-impuls) 18 ingaat. Het signaal van 16, 17 en 18 wordt via een navelstreng 19 ingevoerd in de pseudo-toevalsgetalgenerator 34 van de responder 30 in het FK.

Van daar wordt het toegevoerd aan een frequentiecentrale 35 in het FK, die zijn signaal eenmaal ingeeft in een menger 33, die dat signaal mengt met dat van de FK-responder-ontvangstantenne 21 en de breedbandige fronteind-eenheid 32, en het gemengde signaal afgeeft aan de eenheid 31 van de signaalverwerking, de logicaverwerking en de signaalvertra-ging. Andermaal wordt het signaal van de frequentiecentrale 35 ingevoerd in de bij de FK-responder-zendantenne 20 behorende menger 37 met de vermogensversterker 36, waar het wordt gemengd met het uit 31 komende signaal.

Het uitvoeringsvoorbeeld volgens figuur 4 onderscheidt zich in opbouw - zoals reeds genoemd - slechts daardoor, dat in plaats van de pseudo-toevalsgetalgeneratoren 16, 34 schuifregisters 40, 41 worden toegepast. Met beide inrichtingen resp. uitvoeringsvormen wordt een typisch met een factor 100 verbeterde ECM-vastheid bereikt.

Claims (10)

1. Commandobesturingsinrichting van een luchtvaartuig, dat is voorzien van een antwoorzender, welke een nauwkeurig gedefinieerde tijd na de belichting van het luchtvaartuig door de radar naar de radar een antwoordsignaal op dezelfde radar-frequentie terugstraalt, met het kenmerk dat de electronica van de radarsignaal-opwekeenheid (10) van het luchtvaartuig (FK) bij de start daarvan wordt voorzien van informatie die overeenkomt met een schijnbaar statistisch variabele volgorde van psuedo-toevallig gekozen radarfrequenties en de vormingswet of het algoritme laat herkennen, zodat voor het luchtvaartuig (FK) een deterministische (geen statistische) frequentievo-lgorde plaatsvindt en een doelgerichte afstemming op bekende frequenties plaatsvindt.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de radarsignaalopwekeenheid (10) is voorzien van een frequen-tiecentrale (synthesizer), die in schijnbaar willekeurige volgorde uit een spectrum van gegeven draagfrequenties de momentane zendfrequentie uitkiest.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de radarsignaalopwekeenheid (10) is voorzien van een toevalsgetalgenerator (16) (pseudo-toevalsgetalgenerator), die de index "n" (13a) van de volgende draagfrequentie "fn" en met deze waarde de volgende frequentie verschaft.

4. Inrichting volgens de conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de antwoordzender (responder) (30) van het luchtvaartuig (FK) eveneens is voorzien van een gelijksoortige pseudo-toevalsgetalgenerator (34) als (16) .

5. Inrichting volgens conclusies 1-4, met het kenmerk dat de informatie-overdracht van de toevalsgetalgenerator (16) van de radarsignaal-opwekeenheid (10) naar de responder (30) van het luchtvaartuig (FK) plaatsvindt voor de start daarvan via een verbindingskabel (19) - een z.g. navelstreng (umbilical cord) - .

6. Inrichting volgens ten minste één der conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk dat de pseudo-toevalsgetalgenerator (34) van de responder (30) vanaf de vervaardiging is voorzien van een toevallige nulinstelling of aanvangsinstelling, en dat de informatiestroom plaatsvindt via de verbindingskabel (19) naar de pseudo-toevalsgetalgenerator (16) van de radaropewekeenheid (10).

7. Inrichting volgens ten minste één der conclusies 1 t/m 6, met het kenmerk, dat de radarfrequentievolgorde wordt bepaald in een schuifregister (40), dat alle tijdens de vluchtduur van het luchtvaartuig (FK) optredende frequenties opslaat en de momentane frequentie aan het eind van de schuifregisterketting verschaft.

8. Inrichting volgens ten minste één der conclusies 1 t/m 7, met het kenmerk, dat de complete inhoud van het schuifregister (40) bij de start wordt ingegeven in het schuifregister (41) van de responder (130) van het luchtvaartuig (FK), en dat de tijdens de vlucht verschafte pseudo-toevallige frequenties als deterministisch worden gerangschikt.

9. Inrichting volgens ten minste één der conclusies 1 t/m 8, met het kenmerk, dat alleen de startklare en eventueel via de verbindingskabel (19) met de radar verbondene luchtvaartuigen (FK) worden voorzien van de informatie of de frequentie-sleutel.

10. Inrichting volgens ten minste een der conclusies 1 t/m 9, met het kenmerk, dat het "antwoord" van de responder (30, 130) plaatsvindt op een frequentie die ten opzichte van de actuele radarfrequentie met een bekend bedrag is verplaatst.