DE1168513B - Verfahren zur Stabilisierung und Lenkung eines Flugkoerpers mit Hilfe hochfrequenter elektrischer Schwingungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Stabilisierung und Lenkung eines Flugkörpers mit Hilfe hochfrequenter elektrischer Schwingungen Das Lenken insbesondere unbemannter Flugkörper erfolgt durch ihnen von einer Kommandostelle aus übermittelte Steuersignale, die auf ihre rechtwinklig aufeinanderstehenden Steuerebenen richtig zu verteilen sind. Hierzu ist es notwendig, die Steuersignale entweder bezugsebenenrichtig dem zu lenkenden Flugkörper zu übermitteln oder aber im Flugkörper eine stabilisierte Bezugsebene zu schaffen, unter deren Vermittlung das Umformen und Verteilen der ankommenden Steuersignale erfolgt. Die im letzteren Falle notwendigen Stabilisierungseinrichtungen arbeiten in der Regel mit Kreiseln, die nicht nur teuer, sondern auch störanfällig sind, insbesondere bei großen Beschleunigungen und tiefen Außentemperaturen.
• Bei Flugzeugen ist es zwar bekannt, eine Lagestabilisierung ohne einen Kreisel dadurch herbeizuführen, daß eine Bezugsebene durch ein von einer Dipolantenne ausgestrahltes elektromagnetisches Feld dargestellt wird. Eine Abweichung des Flugzeuges von dieser Ebene, wahrgenommen von einer zu dieser Ebene orientierten Antenne des Flugzeuges, löst ein rückführendes Kommando aus.
• Es ist ferner bekannt, ein Flugzeug ohne kreiselstabilisierte Bezugsebene allein mit Hilfe eines dynamometrischen Peilverfahrens auf Kurs zu halten. Hierzu ist im Flugzeug eine Peilantenne zur Wahrnehmung seiner Abweichung von der Senderichtung des Leitsenders und eine Hilfsantenne zur Ermittlung des Vorzeichens des auf Grund der Abweichung ausgelösten Korrekturkommandos vorgesehen.
• Bei der selbsttätigen Kurssteuerung eines Flugzeuges ist es außerdem bekannt, an Stelle eines einzigen Senders eine Zwillingsrichtfunkbake vorzusehen, und die Linie gleicher Intensität der von der Bake ausgestrahlten Wellen, welche durch deren Polarisationsfelder erzeugt wird, in der Richtung des gewünschten Kurses des Flugzeuges zu orientieren.
• Alle diese Verfahren eignen sich aber nicht, um willkürliche Lenkkommandos von einer Kommandostelle aus auf die Rudereinrichtung eines zu lenkenden Flugkörpers bezugsebenenrichtig zu übertragen. Sie setzen nämlich voraus, daß das zu steuernde Flugzeug einen geraden, auf ein ortsfestes Ziel gerichteten Kurs einzuhalten hat und darüber hinaus sich nicht um seine Längsachse dreht.
• Ein lenkbarer Flugkörper dagegen muß auch ein ortsbewegliches Ziel schnellstens erreichen, also entlang einer beliebigen Bahnkurve geführt werden können und ist in aller Regel rollage- oder rollgeschwindigkeitsstabilisiert, führt also ständig Rollbewegungen um seine Längsachse aus. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei lenkbaren Flugkörpern bisher zum Zwecke der Definierung einer Bezugsebene innerhalb des Flugkörpers benutzten Kreisel zu ersetzen.
• Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zur Stabilisierung und Lenkung eines Flugkörpers von einer außerhalb des Flugkörpers befindlichen Kommandostelle aus mit Hilfe hochfrequenter elektrischer Schwingungen, die mittels eines aus gekreuzten Antennen bestehenden Antennensystems in zwei zueinander senkrecht stehenden Polarisationsrichtungen von der Kommandostelle abgestrahlt und mittels eines gleichartigen Antennensystems am Flugkörper empfangen werden, erfindungsgemäß die beiden Antennen des Antennensystems an der Kommandostelle durch zwei auf gleicher Frequenz arbeitende Sender gespeist werden, die mit einem mit Lenkkommandos modulierten Hilfsträger moduliert sind, und daß aus den von den beiden Antennen des empfängerseitigen Antennensystems gelieferten Hochfrequenzspannungen durch je eine erste Demodulation die modulierten Hilfsträger gewonnen werden, welche nach je einer zweiten Demodulation mit Hilfe des auf besonderem Wege dem Flugkörper von der Kommandostelle übermittelten Hilfsträgers als Bezugsschwingung die Lenkkommandos als auf die Polarisationsebenen bezogenen Signale liefern.
• In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist die Frequenz des Hilfsträgers viele Zehnerpotenzen niedriger als die Frequenz des eigentlichen Trägers gewählt und entspricht etwa dem höchstzulässigen zeitlichen Abstand zweier aufeinanderfolgender Steuerkommandos. Wie bekannt, bleibt bei der Ausbreitung elektrischer Meter- und Dezimeterwellen in Richtung vom Erdboden zum Raum bei genügend großem Erhebungswinkel und Vermeiden von Abstrahlungen in Gegenrichtung mit Reflexionen an der Erdoberfläche, die von der Sendeantenne bestimmte Polarisationsebene im wesentlichen erhalten.
• Wird daher ein Sender, dessen Antenne in der einfachsten Form ein Dipolkreuz ist, auf den abfliegenden Flugkörper gerichtet, so durchsetzen ihn die Polarisationsebenen des Senders und bezeichnen die entsprechenden erdbezogenen Ebenen. Dabei ist die zwangläufige Verlängerung der Ebenen nicht davon abhängig, ob die Polarisationsebenen des Senders irgendwie in bezug auf die Erdoberfläche orientiert sind oder nicht. Dreht man also das Antennensystem am Boden, so drehen sich die Ebenen bis zum Flugkörper und darüber hinaus.
• Sind beispielsweise die senkrecht aufeinanderstehenden Steuerebenen des Flugkörpers zu denen des Senders um den Winkel i, verdreht, so wird ein beliebiges Steuerkommando dann vom Flugkörper richtig ausgeführt, wenn jeder Punkt P im Koordinatensystem des Flugkörpers mit dem entsprechenden Punkt P im Koordinatensystem des Senders übereinstimmt. Ein erdbezogenes zweidimensionales Kommando ist also in ein auf den Flugkörper bezogenes Kommando zu übersetzen in der Weise, daß Richtung und Betrag erhalten bleiben, was mit Hilfe der Koordinatentransformation geschieht.
• Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, auf denen ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mehr oder minder schematisch dargestellt ist. Im einzelnen zeigt F i g. 1 die schematische Darstellung der Polarisationsebenen des Senders, F i g. 2 das um den Winkel c/- gegeneinander verdrehte Koordinatensystem von Sender und Flugkörper, F i g. 3 die schematische Darstellung der im gekreuzten Polarisationsfeld befindlichen Antenne ;, F i g. 4 das Blockschaltbild des Senders zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und F i g. 5 das Blockschaltbild des Empfängers zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Die in F i g. 1 nicht dargestellten Sender erzeugen über eine aus einem rechtwinklig gekreuzten Dipolpaar bestehenden Antenne Sa zwei senkrecht aufeinanderstehende Polarisationsfelder Pv und Ph, die den ebenfalls mit einer aus einem rechtwinklig gekreuzten Dipolpaar bestehenden Antenne Ea versehenen Flugkörper Fk durchsetzen. Wird entgegen der in F i g. 1 dargestellten Zuordnung von Sendeantenne Sa und Empfangsantenne Ea letztere um den Winkel" verdreht (vgl. F i g. 2), so gilt für einen beliebigen Punkt P in dem auf den Flugkörper bezogenen Koordinatensystem #: il, der einen Punkt P in dem erdbezogenen Koordinatensystem xy entsprechen soll, die Gleichung: x-cosri;+y-sinf und -x-sin.i,+y-cosri. Wird ein quasi homogenes Feld zwischen Sender und Empfänger vorausgesetzt. so nimmt das in der Ebene (vgl. F i g. 3) liegende Antennenpaar die Spannung E#z = (Hx - cos (, -+- Hy - sin rP) - cos OJT - t und das andere Antennenpaar die Spannung E,i = (-Hx - sin @i - Hy ' cos 99) - cos (')T - t aus dem Feld auf. Hierbei ist "»T die Frequenz des Trägers. Konstante Faktoren sowie die Phasenlage des Trägers sind unberücksichtigt.
• Da für die Steuerung des Flugkörpers jeweils ein eindeutiges zweidimensionales Signal übertragen werden muß, kann der eine Träger Hx in der einen Ebene nicht einfach mit x und der andere Träger Hy in der anderen Ebene nicht einfach mit y moduliert werden, da dann die Feldkomponenten Hx = x-eos()T-tundHY=y-cose)T-t ein resultierendes Feld der Amplitude 111 x -f- y2 ergeben, das im Flugkörper vorzusehende Empfängerpaar also nur das Kommando und ri 1 liefern würde, was vierdeutig wäre. Um das Vorzeichen des Kommandos zu bestimmen, ist daher die Phasenlage des Trägers zu berücksichtigen. Das geschieht in der Weise, daß ein Hilfsträger eingeführt wird, dessen Frequenz aus Laufzeitgründen viele Zehnerpotenzen niedriger ist als die des eigentlichen Trägers.
• Es werden daher beide Träger Hx und Hy mit einer Hilfsfrequenz (,),i moduliert in der Weise, daß Hx = (1 x ' eos (',H t) - eos roT ' t und Hy = (1 -r y - cos (')lt t) - cos (')T - t wird, wobei unter x und y Größen zu verstehen sind, die zwischen -1 und + 1 schwanken in der Art, daß beispielsweise x = 1 Vollkommando nach rechts bedeutet.
• Werden diese Träger von den im Flugkörper befindlichen Empfängern empfangen, so werden durch einfache nicht phasenempfindliche Demodulationen die modulierten Hilfsträger N t = x * cos (,)H t - cos C + y - cos (, )11 t - sin .t und Nri = -x - cos (,,H t - sin ,i. @-- y - cos o)H t - cos T gewonnen, die nun unter Mitwirkung der auf getrenntem Wege dem Flugkörper übermittelten Hilfsschwingung a),1, deren Phase trotz Laufzeitschwankungen genügend genau ist, phasenrichtig demoduliert werden, so daß nunmehr das endgültige zweidimensionale und eindeutige Kommando t = x-cosrt -#-y-sin@i, und 1i = -x - sin (i - y - cos ('/ erhalten wird, welches in an sich bekannter Weise den Steuerorganen des Flugkörpers zugeführt wird.
• Die in F i g. 4 dargestellte, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Sendeeinrichtung besteht beispielsweise aus dem dm-Wellen erzeugenden Trägeroszillator 1 und dem Hilfsträgeroszillator 2. Der Kommandogeber 3 moduliert über die Modulatoren 4 und 5 den Hilfsträger, der über die Modulatoren 6 und 7 den eigentlichen Träger moduliert. Letzterer wird über die Endstufen 8 und 9 dem Kreuzdipol 10 zugeführt. Der Hilfsträger wird ferner über den Sender 11 urmoduliert ausgestrahlt, um in oben beschriebener Weise der phasenrichtigen Demodulation des modulierten Hilfsträgers zu dienen.
• Der im Flugkörper mitzuführende Empfänger besteht aus der Antenne 12 (vgl. F i g. 5), mittels der die Steuerkommandos in Komponenten zerlegt empfangen werden. Die Demodulatoren 13 und 14 liefern den mit den Steuerkommandos modulierten Hilfsträger. Der urmodulierte Hilfsträger wird von dem Empfänger 15 empfangen und in den Demodulatoren 16 und 17 zur phasenrichtigen Demodulation verwendet.
• In analoger Weise kann die Stabilisierung und Lenkung eines Flugkörpers auch mittels polarisierten Lichts erfolgen.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Stabilisierung und Lenkung eines Flugkörpers von einer außerhalb des Flugkörpers befindlichen Kommandostelle aus mit Hilfe hochfrequenter elektrischer Schwingungen, die mittels eines aus gekreuzten Antennen bestehenden Antennensystems in zwei zueinander senkrecht stehenden Polarisationsrichtungen von der Kommandostelle abgestrahlt und mittels eines gleichartigen Antennensystems am Flugkörper empfangen werden, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die beiden Antennen des Antennensystems an der Kommandostelle durch zwei auf gleicher Frequenz arbeitende Sender gespeist werden, die mit einem mit Lenkkommandos modulierten Hilfsträger moduliert sind, und daß aus den von den beiden Antennen des empfängerseitigen Antennensystems gelieferten Hochfrequenzspannungen durch je eine erste Demodulation die modulierten Hilfsträger gewonnen werden, welche nach je einer zweiten Demodulation mit Hilfe des auf besonderem Wege dem Flugkörper von der Kommandostelle übermittelten Hilfsträgers als Bezugsschwingung die Lenkkommandos als auf die Polarisationsebenen bezogenen Signale liefern.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz c),ff des Hilfsträgers viele Zehnerpotenzen niedriger ist als die Frequenz der eigentlichen Träger Hx und Hy.
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz wH etwa dem höchstzulässigen zeitlichen Abstand zweier aufeinanderfolgender Steuerkommandos entspricht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 489 798, 465 502, 582 007, 617 487, 553 459; USA.-Patentschrift Nr. 2502394.