NO165814B - Anordning for styring av et flyvelegeme. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning for styring av et flyvelegeme, innbefattende: - et apparat for frembringelse av en elektromagnetisk ledestråle, for å styre flyvelegemet langs ledestrålen mot et mål, - et kodingsapparat for koding av ledestrålen, som ble frembragt ved hjelp av nevnte apparat, med de data som er nødvendige for styring av flyvelegemet langs den til målet førende flyvebane,

et apparat for skrittvis avbøyning av ledestrålen over et gitt antall delfelt av et avsøkningsfelt, og en beregner.

Ved en kjent anordning ifølge US-PS 3.398.918 for styring av et flyvelegeme blir ved hjelp av en lyskilde en optisk ledestråle frembragt, med hvilken et flyvelegeme blir styrt fra en utskytningsbase mot et mål. Der foreligger middel for å oppdele i vifteform således at stråletverrsnittet består av innbyrdes kryssende stråler. Dessuten foreligger middel for modulering og avbøyning av de oppdelte lysstråler, idet hver stråle moduleres annerledes. I flyvelegemet er tilstede en mottaker med fotoceller samt styreorganer, for å styre flyvelegemet langs lederstrålen mot målet.

Ved en andre kjente anordning ifølge US-PS 4.174.818, av denne type for styring av et flyvelegeme blir likeledes med hjelp av en lyskilde frembragt en ledestråle, hvilken er rettet på målet og danner en bane, på hvilken flyvelegemet skal bevege seg. Med hjelp av en maske som dreier seg blir ledestråletverrsnittet oppdelt i en sjakkbrettlignende flate, idet hvert felt av den sjakkbrettlignende tverrsnittsflaten har en egen kode, slik at mottakeren i flyvelegemet kan gjenkjenne i hvilket felt av ledestråle tverrsnittsflaten som det befinner seg.

I tysk patent nr.2.951.941 er det beskrevet en optisk styreinnretning for prosjektiler. Denne innretning har en lyskilde (laser). Prosjektilet kan styres med laserstrålen i vertikal og horisontal retning. I tillegg kan to lysstråler moduleres med forskjellig frekvens. Modulasjonen kanskje retningsavhengig. I prosjektilet kan det foreligge to detektorer, som avhengig av bølgelengden styres på den ene eller andre lysstrålen. Strålen kan oppdeles. En dobbeltmodulert lysstråle lar seg oppdele i delstråler. Særlig kan også én stråle anvendes, som avvekslende avbøyes i to retninger.

Det er kjent å modulere den elektromagnetiske strålen fra en anordning for styring av et flyvelegeme. Man skiller dels mellom analog og digital modulasjon og dels mellom amplitude-; fase- og frekvensmodulasjon, idet der på denne måte foreligger seks forskjellige modulasjonstyper.

En digital frekvensmodulasjon av ledestrålen hos en anordning for styring av et flyvelegeme er eksempelvis beskrevet i TJS-PS 4.299.360. Ved denne kjente anordning blir det anvendte to kodingsskiver som kan dreie seg, forsynt med gjennom-gangsåpninger, hvilke lar ledestrålen gå igjennom og derved i henhold til sin anordning på skiven modulerer ledestrålen.

Ved en annen kjent frekvensmodulasjonsteknikk for rommelig koding av ledestråletverrsnittflaten hos en anordning for styring av et flyvelegeme (se US-PS 3.782.667) er ledestrålen oppdelt i fire kvadranter hva angår frekvensen, i hvilke fire strålebølger blir anvendt, av hvilke hver oppviser en forskjellig frekvens. Den modulerte stråling av de fire bølger blir forbundet til en enkelt stråle med den ønskede rommessige modulasjon.

Det har vist seg at de kjente anordninger kan forenkles og forbedres.

Oppgaven som den foreliggende oppfinnelse skal løse, består i fremskaffelsen av en enkel anordning til styring av et flyvelegeme, ved hvilken faren for at flyvelegeme på util-siktet måte forlater ledestrålen og ikke lenger er styrbar, er minst mulig.

Anordningen, ifølge oppfinnelsen, kjennetegnes ved

at kodingsapparatet og avbøyningsapparatet gjensidig er koblet til hverandre ved hjelp av beregneren, for på hvert delfelt av avsøkningsfeltet å frembringe en individuell kode, slik at de på hvert delfelt frembragte data består av en første og en andre digital angivelse, og

at den første angivelsen betegner delfeltet i hvilket flyvelegemet befinner seg, og at den andre angivelsen betegner delfeltet i hvilket flyvelegemet skal komme, og at apparatet for koding av ledestrålen muliggjør den samtidige styring av flere flyvelegemer mot forskjellige mål på forskjellige delfelt av avsøkningsfeltet.

Fortrinnsvis blir, med hjelp av apparatet for avbøyning av ledestrålen, et sjakkbrettlignende avsøkningsfelt frembragt, og hvert delfelt får med hjelp av apparatet for koding av ledestrålen en egen kode, i stedet for det sjakkbrettlignende avsøkningsfeltet kan også et avsøkningsfelt med sirkler eller spiraler eller et vilkårlig annet mønster frembringes.

Ytterligere kjennetegnende trekk ved anordningen, ifølge oppfinnelsen, fremgår av patentkravene, samt av etterfølgende beskrivelse. Fig. 1 viser en skjematisk fremstilling av den totale oppstilling av en anordning for styring av et flyvelegeme fra et utskytningssted til et mål, i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser et blokkskjema over styreanordningen med flere

flyvelegemer.

Fig. 3 viser en skjematisk fremstilling av flyvelegemene.

Anordningen ifølge oppfinnelsen for styring av et flyvelegeme muliggjør, med hjelp av en ledestråle at et eller flere flyvelegemer, eksempelvis raketter eller prosjektiler under deres flukt kan styres, inntil de har nådd sitt mål. Denne nye anordning har relativt de kjente styreanordninger, slik de dessuten ovenfor ble omtalt, følgende fordeler: a) For frembringelse av ledestrålen er en mindre effekt tilstrekkelig. b) Kodingen av ledestrålen kan velges vilkårlig og til enhver tid endres. c) Dataoverføringshastigheten er stor, dvs. pr. tidsenhet kan relativt mange informasjoner formidles fra senderen til

mottakeren i flyvelegemet.

Oppfinnelsen består vesentlig i at en lysstråle, særlig en C02-laserstråle først ved hjelp av et akusto-optisk eller elektro-optisk skal moduleres med en kode, som inneholder den informasjon som skal formidles. Den kodete ledestrålen blir ved hjelp av et egnet apparat, særlig et avbøynings- eller avsøkningsspeil avbøyet på en slik måte at den eksempelvis frembringer et sjakkbrettlignende avsøkningsfelt, med åtte ganger åtte delfelt. Den avbøyde ledestrålen oppholder seg derved så lenge på hvert delfelt inntil den nødvendig informasjon overføres. og springer først så til neste delfelt.

Ifølge fig. 1 skal et flyvelegeme 6 med hjelp av en ledestråle 3 føres mot et mål 4. På bakken 1 befinner det seg en styreanordning 2, hvilken retter styrestrålen 3 på det mål 4 som skal bekjempes. Retningsaksen 5 i midten av ledestrålen 3 skal styre flyvelegemet 6 mot målet 4. Ledestrålen

3 blir eksempelvis med hjelp av en målefølgerapparatur, som her ikke er nærmere beskrevet, vedvarende på målet 4 som beveger seg. I stedet for med målfølgerapparatet kan ledestrålen 3 manuelt føres etter målet 4 inntil flyvelegemet 6 har nådd målet 4.

Ledestrålen 3 må oppvise et tilstrekkelig stort tverrsnitt for å sikre at flyvelegemet 6 ikke kan fly ut av ledestrålen 3, etter at det først befinner seg i ledestrålen 3. Med styreanordningen 2 ifølge oppfinnelsen blir en ledestråle 3 frembragt, hvilken relativt kjente ledestråler krever en mindre effekt for dens frembringelse, dvs. energien til frembringelse av ledestrålen 3 er mindre enn tidligere, ettersom kun et delfelt av avsøkningsstrålen blir belyst. Kodingen skal kunne velges vilkårlig og også vilkårlig kunne endres. Dette er ikke tilfellet ved de kjente styreanordninger. Dessuten skal dataoverføringsytelsen være høy.

Styreanordningen 2 Ifølge oppfinnelsen består av følgende apparater. a) Apparat for frembringelse av den elektromagnetiske ledestrålen, b) apparat for utvidelse av ledestrålen og innstilling av dens divergens, c) modulator til koding av ledestrålen, eksempelvis med et akusto-optisk eller elektro-optisk krystall, d) zoom-optikk for å innstille strålen i vilkårlig avstand fra styreanordningen 2 på den ønskede tverrsnittsflaten, e) apparat for å avbøye den modulerte ledestrålen, eksempelvis med et avbøyningsspei 1 (avsøknings-spel1) eller med et

krystall for frembringelse av et avsøkningsfelt.

Disse apparater er i det etterfølgende beskrevet utførlig.

a) Apparat for frembringelse av den elektromagnetiske ledestrålen : Bølgelengden av en slik ledestråle utgjør eksempelvis 1,06 pm eller 10,6 jjm. Særlig egnet er en C02~laser eller en Neodym-laser med en utgangseffekt av 1-30 watt. b) Apparat for utvidelse av ledestrålen og for innstilling av dens divergens: Til utvidelse av ledestrålen blir det anvendte en "IR-stråle ekspanderer", med hvilken ledestrålen kan utvides flere ganger. Dette apparat egner seg for ledestråler med en bølgelengde av 10,6 jjm, hvilken kan frembringes av en C02-laser. Apparatet muliggjør at divergensen for ledestrålen kan innstilles.

c) Modulator for koding av ledestrålen:

For modulasjon og koding av ledestrålen blir det anvendt

en akusto-optisk eller elektro-optisk modulator. Den for kodingen nødvendige drivelektronikk er bestandel av apparatet. Modulasjonsfrekvensen utgjør eksempelvis 10 MHz.

d) Zoom-Optikk:

Som fokuseringsapparat blir anvendt en zoom-optikk ZP0 (zoom-projection-optic ) med hvilken stråletverrsnittet kan varieres. Dermed oppnås at der i området for det styrte flyvelegemet, stråletverrsnittet alltid oppviser tilnærmet en konstant størrelse, selv om flyvelegemet alltid fjerner seg ytterligere fra utskytningsstedet. e) Apparat for avbøyning av den modulerte ledestrålen: Ledestrålen blir avbøyet med hjelp av et prismespeil, eller med hjelp av et akusto-optisk eller et elektro-optisk krystall. Kommando-syntaksen er oppført i beskriv-elsen, idet den muliggjør at apparatet kan programmeres og styres over en datamaskin. Man skiller mellom forskjellige avsøkningsfremgangsmåter, eksempelvis raster-avsøksfremgangsmåten eller vektor-avsøks-fremgangsmåten. Med raster-avsøks-fremgangsmåten blir et sjakkbrettlignende mønster frembragt. Med vektor-avsøks-fremgangs-måten kan man frembringe vilkårlig mønster, eksempelvis konsentriske sirkler, spiraler, rettkantet mønster i kartesiske koordinater eller polar-koordinater.

Ifølge fig. 2 frembringer den av en strømkilde 10 matede laser 11 en ledestråle 3, hvis divergens blir innstilt av et apparat 12 til utvidelse av ledestrålen. Ved hjelp av en modulator 13 blir ledestrålen deretter kodet. Den kodete ledestrålen blir gjennom en zoom-optikk 14 endret slik, at under styrelegemets 6 flukt blir eksempelvis tverrsnittet av ledestrålen innstilt i avhengighet av avstanden til flyvelegemet. Ved hjelp av et avsøkningsspeil 15 blir den fokuserte og kodete ledestrålen avbøyet og frembringer det sjakkbrett - lignende feltet 16. En koder 18 er tilkoplet modulatoren 13 over en driver 17 og et styreorgan er tilkoplet avsøkningsspeilet 15 over en driver 19. Styreorganet 20 er likeledes tilkoplet zoom-optikken 14 over en driver 21. Både koderen 18 og styreorganet 20 er koplet til en felles beregner 22. I det sjakkbrettlignende avsøknings-feltet av ledestrålen 3 er flyvelegemet 6 antydet i forskjellige delfelt 23.

Virkemåten av den beskrevne styreanordning er som følger: Det i fig. 2 fremstilte, sjakkbrettlignende avsøkningsfelt 16 oppviser i hver linje og i hver kolonne 8 delfelt 23 og består derved av 8 x 8 = 64 delfelt 23. I hvert delfelt 23 dveler ledestrålen eksempelvis tiden t^ = 1,25 msek. Ledestrålen 3 trenger dermed 8 x 1,25 = 10 msek. for å avsøke en linje og springer så til begynnelse på den neste linjen. For dette trenger ledestrålen 3 tiden t2 = 2,5 msek. For avsøkning av samtlige linjer trenger ledestrålen 3 tiden t3 = 8 x (10+2,5) = 100 msek. Avsøkningsspeilet 16 svinger dermed en frekvens fa = 80 Hz i linjeretningen, dvs. i asimut og med en frekvens fe = 10 Hz i kolonneretning, dvs. elevasjon. I tiden t± = 1,25 msek., under hvilken ledestrålen 3 opptrer i et delfelt 23, må samtlige nødvendige Informasjoner hos ledestrålen 3 overføres til en mottager i flyvelegemet 6. Under denne tid t^ blir flyvelegemet 6 meddelt i hvilket delfelt 23 det befinner seg. Ved 64 delfelt 23 trenger man 3 biter for betegnelse av kolonnen og ytterligere 3 biter for betegnelse av linjen. Dessuten blir flyvelegemet 6 meddelt I hvilket felt det skal komme; derfor er igjen 2x3 = 6 biter nødvendig. For reell og ønsket posisjon er dermed 2x6 = 12 biter nødvendig. I tilfellet også for asimut og elevasjon hver en referansebit må overføres, er det for hvert delfelt 23 nødvendig med 14 biter. Dette betyr at modulatoren 13 i 1,25 msek. må overføre 14 biter, dvs. i 1,25 msek. : 14 = 82 psek. må en bit overføres. Modulatoren 13 må derfor arbeide med en frekvens av ca. 12 kHz. Modulatoren 13 kan imidlertid arbeide med en maksimal frekvens av 10 MHz. For unngåelse av overføringsfeil blir dermed hver informasjon overført ikke bare en gang, men 10 ganger til flyvelegemet 6. Derfor må modulatoren arbeide med 120 kHz i stedet for 12 kHz. På denne måte kan den forstyrrende innflytelse av atmosfæren i stor utstrekning utelukkes. Dessuten er det mulig å overføre ennu ytterligere informasjoner. Særlig vil flyvelegemet 6 kunne styres i midten av et delfelt 23 ved utnyttelse av den naturlige strålefordeler eller ved en tilleggsmodulasjon. Dessuten muliggjør den beskrevne koding av avsøkningsfeltet 16 at flere flyvelegemer 6 samtidig kan styres i forskjellige delfelt 23, uten at kodingen må endres.

Der finnes forskjellige kodingstyper som kan anvendes, særlig den analoge metode: Amplitude, frekvens bg fasemodulasjon samt de digitale metoder: På/av-nøkling, frekvens-nøkling og fase-skift-nøkling. Foretrukket er imidlertid I foreliggende tilfelle den digitale metode, særlig faseskift-nøklingen. Her blir kodingen oppnådd ved et fasesprang relativt et referansesignal.

Hva angår fasespranget 180° fremkommer den logiske innordning "0" eller "L" og hva angår fasespranget 0° fremkommer den logiske innordning "1" eller "H". De åtte linjer blir med hver tre biter betegnet som følger: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 og 111.

Likeledes blir de åtte kolonner betegnet på lignende måte med hver tre biter: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 og 111.

Dermed Innehar delfeltet 23 i den første linjen og den første kolonnen koden "000 000" og delfeltet i den siste linjen og i den siste kolonnen innehar koden "111 111".

Det er klart at i dette prinsipp kan også frekvens-nøklingen anvendes. En første frekvens A tilsvarer en logisk innordning "0", en andre frekvens B tilsvarer den logiske Innordning "1". Den øvrige koding tilsvarer den nettopp nevnte f ase-skift-nøkling.

For at kodingen i senderen og dekodingen i mottakeren kan skje med lik fase, blir koderen i senderen synkronisert med dekoderen i mottakeren før flyvelegemets start.

Ifølge fig. 3 oppviser flyvelegemet 30 ved sin bakre ende en fotodetektor 31 med forkoplet samlelinse og et smalbånds-filter, hvilken er forbundet med en detektorelektronikk. I denne detektorelektronikken 32 befinner det seg en for-sterker, et filter og en dekoder. For bestemmelse av feltmidtpartiet er en spesiell bedømmelseselektronikk i flyvelegemet nødvendig. Til detektorelektronikken 32 er en beregner 33 tilkoplet. For styring av flyvelegemet 30 er det til stede styreorganer 35, eksempelvis dreibare vinger eller dyser. I den fremre flyvedel av flyvelegemet 30 befinner nyttelasten 36 seg, eksempelvis en sprengladning. For matning av de forskjellige elementer er det tilstede en

strømkilde 34.

Særlig kan det med denne styreanordning samtidig styres flere flyvelegemer og det kan samtidig bekjempes flere mål som befinner seg på forskjellige steder.

Claims (12)

1. Anordning for styring av et flyvelegeme (6), innbefattende: - et apparat (11) for frembringelse av en elektromagnetisk ledestråle (3), for å styre flyvelegemet langs ledestrålen (3) mot et mål (4), - et kodingsapparat (13, 18) for koding av ledestrålen (3), som ble frembragt ved hjelp av nevnte apparat (11), med de data som er nødvendige for styring av flyvelegemet (6) langs den til målet (4) førende flyvebane, - et apparat (15) for skrittvis avbøyning av ledestrålen (3) over et gitt antall delfelt (23) av et avsøkningsfelt, og en beregner (22),karakterisert ved at kodingsapparatet (13, 18) og avbøyningsapparatet (15) gjensidig er koblet til hverandre ved hjelp av beregneren (22) , for på hvert delfelt (23) av avsøkningsf eltet (16) å frembringe en individuell kode, slik at de på hvert delfelt (23) frembragte data består av en første og en andre digital angivelse, og at den første angivelsen betegner delfeltet (23) i hvilket flyvelegemet (6) befinner seg, og at den andre angivelsen betegner delfeltet (23) I hvilket flyvelegemet skal komme, og at apparatet for koding av ledestrålen (3) muliggjør den samtidige styring av flere flyvelegemer (6) mot forskjellige mål (4) på forskjellige delfelt (23) av avsøkningsfeltet (16).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at ledestrålens diameter endres for innstilling av divergensen.

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at ledestrålen (3) er modulert ved hjelp av et akusto-optisk krystall (13).

4. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at ledestrålen er modulert ved hjelp av et elektro-optisk krystall (13).

5 . Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at ledestrålen (3) er innstilt i samsvar med avstanden som flyvelegemet (6) har fra ledestrålens (3) sender (2).

6. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at ledestrålen (3) avbøyes skrittvis ved hjelp av et avsøkningsspeil (15).

7. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at ledestrålen (3) skrittvis avbøyes ved hjelp av et prisme.

8. Anordning som angitt t krav 1, karakterisert ved at ledestrålen (3) avbøyes ved hjelp av et akusto-optisk krystall.

9. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at ledestrålen (3) avbøyes ved hjelp av et elektro-optisk krystall.

10. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at feltsenteret for det enkelte delfelt (23) bestemmes ved hjelp av en tilleggsmodulasjon.

11. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at ledestrålen ved hjelp av optisk middel har den største intensiteten i midten av et delfelt (23).

12. Anordning som angitt i krav 10 og 11, karakterisert ved at mottakeren i flyvelegemet (6) har middel til bestemmelse av midten av et delfelt.