DE3934363A1 - Vorrichtung zur erzeugung von referenzimpulsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Referenzimpulsen für die Rollageermittlung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs näher spezifiziert ist.

Zur Zielkorrektur von ballistischen Geschossen, insbesonde­ re mit Leitstrahllenkung oder Kommandolenkung, ist die ge­ naue Kenntnis der Rollage in bezug auf die Flugbahn erfor­ derlich. Die Korrektur erfolgt häufig durch ein- oder mehr­ malig gerichtete Impulsübertragung mittels geeigneter Im­ pulsgeber (pyrotechnischer lmpuls, heiß-kalt-Gasgeber etc). Zur genauen Impulskorrektur wird eine Referenzmarke (Referenzimpuls) benötigt, die den aktuellen Winkel zwischen Richtung des Impulsgebers und der Referenzebene festlegt.

Die Referenzmarke kann beispielweise bei nicht ballistisch fliegenden Geschossen (Raketen) durch die Lage/Richtung der Erdbeschleunigung definiert werden und mittels Be­ schleunigungssensoren, Mikropendel etc. experimentell bestimmt werden. Dieses Verfahren ist nicht anwendbar bei Flugkörpern und Geschossen mit ballistischer Bahn, weil diese schwerelos fliegen und in diesem Zustand eine Kraft­ messung zur Ermittlung der Richtung der Erdbeschleunigung nicht möglich ist.

Aus der US 43 47 996 ist bekannt, die Rollage mit Hilfe polarisierter Strahlungen zu messen. Allerdings erlaubt diese bekannte Vorrichtung keine eindeutige Bestimmung der Rollage, denn die alleinige Verwendung des Polarisations­ verfahrens gewährleistet durch die Zweideutigkeit des Aus­ gangssignales nur die Festlegung einer Referenzebene. Das Verfahren ist lediglich geeignet die Rollrate zu messen.

Schließlich ist aus der US 43 28 938 eine Anordnung zur Rollageermittelung bekannt, bei der sowohl ein magneti­ scher Sensor als auch ein elektrostatischer Sensor verwen­ det wird. Nachteilig an dieser Anordnung ist, daß die be­ nötigte Messung des elektrostatischen Erdfeldes außeror­ dentlich schwierig und ungenau ist. Ein derartiges Verfah­ ren ist in der Praxis nicht anwendbar, weil die auftreten­ den Feldstärken u. U. sehr klein sein können. Dieses führt in der Regel zu nicht tolerablen Fehlern in der Bestimmung der Rollage.

Ausgehend von der US 43 47 996 liegt der vorliegenden Er­ findung daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Referenzmarken bzw. Referenzimpulsen für die genaue Rollageermittlung ballistisch fliegender Geschosse anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Die Erfindung basiert also auf der kombinierten Anwendung von polarisierter Strahlung, wie sie für die Leitstrahlfüh­ rung von Geschossen ohnehin erforderlich ist, unter Einbe­ ziehung der Richtung des Erdmagnetfeldes (für die oben/un­ ten Entscheidung). Letzteres wird mittels eines im Geschoß befindlichen Magnetfelddetektors ermittelt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles mit Hilfe von Figuren erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Kampfpanzer mit optischer Leitstrahl­ lenkung eines Geschosses;

Fig. 2 eine Laseranordnung zur Leitstrahllenkung und Rollageermittlung;

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Rollagereferenzsignalen;

Fig. 4a bis 4f ein Fig. 3 zugeordneter Signalablaufplan zur Erläuterung der Erfindung und

Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Kampfpanzer bezeichnet, der eine Laseranordnung 2 aufweist. Die Laseranordnung befindet sich auf einer lagestabilisierten Plattform 3. Mit 4 ist ein Flugkörper bezeichnet, welcher eine Sensoranordnung 5 enthält. Die aufgrund der lagestabilisierten Plattform 3 festliegende Polarisationsebene der vom Laser 2 ausgesand­ ten Wellen, ist mit 6 gekennzeichnet.

In Fig. 2 sind die Baueinheiten der Laseranordnung 2 noch einmal schematisch dargestellt. Im wesentlichen besteht die Laseranordnung 2 aus dem eigentlichen Laser 20, einer Linse 21 zur Strahlaufweitung sowie einem Polarisations­ filter zur Festlegung der Polarisationsebene 6. Die Polari­ sationsebene ist fest und wird durch die stabilisierte Plattform 3 (Fig. 1) gewährleistet.

In Fig. 3 ist die Sensoranordnung 5 sowie ein Magnetfeld­ sensor 10 und eine Schaltung 11 zur Ermittlung der Rolla­ gereferenzsignale dargestellt.

Im wesentlichen besteht die Sensoranordnung aus einer Lin­ se 7 zur Fokussierung der Laserstrahlen, einem Polarisa­ tionsfilter 8 und einem Laserlichtdetektor 9. Der Laser­ lichtdetektor 9 ist über einen Verstärker 12 und einen Maximalwertdetektor 13 mit dem Eingang 14 eines UND-Gat­ ters 15 verbunden. Auch der Magnetfeldsensor 10 ist über einen Verstärker 16 sowie über einen Komparator 17 mit ei­ nem Eingang 14′ des UND-Gatters 15 verbunden. Wichtig ist, daß der Magnetfeldsensor im Geschoß 4 derart angeordnet ist, daß die Feldlinien des Erdmagnetfeldes unter einem endlichen Winkel, d. h. nicht parallel zum Feld, geschnit­ ten werden. Weiterhin müssen die feldempfindliche Ebene des Magnetfeldsensors und die Ebene des Polarisationsfil­ ters übereinstimmen.

Im folgenden wird anhand der Fig. 4 näher auf die Wirkungs­ weise der Schaltung gem. Fig. 3 eingegangen:
Da die Polarisationsebene 6 konstant gehalten wird und das Polarisationsfilter 8 mit dem Geschoß rotiert, ergibt sich am Eingang des Laserlichtdetektors ein Lichtintensitätssig­ nal der Form:

I (t) = I_o cos² ϕ (1)

mit ϕ = ω t,

wobei ω die Winkelgeschwindigkeit des Geschosses, t die Zeit und I_o das Maximum des Signales bedeutet, welches sich ergibt, wenn die Ebenen beider Polarisationsfilter 22 (Fig. 2) und 8 Fig. 3) zusammenfallen.

Am Ausgang des Laserlichtdetektors 9 ergibt sich daher ein entsprechendes Spannungssignal 30, welches in Fig. 4a dargestellt ist.

Das am Ausgang des Laserlichtdetektors 9 erhaltene Signal wird mit Hilfe des Verstärkers 12 verstärkt und dem Maximalwertdetektor 13 zugeführt. In Fig. 4b ist das Maximal­ wertsignal 31 (Impulsfolge) wiedergegeben, das sich am Ausgang des Maximalwertdetektors 13 ergibt und das am Eingang 14 des UND-Gatters 15 zugeführt wird.

Fig. 4c gibt den Spannungsverlauf 32 am Ausgang des Magnetfeldsensors 10 zur Bestimmung der Richtung des Erdmagnetfeldes wieder. Aufgrund der Rotation entsteht dabei ein Ausgangssignal der Form:

U (H, t) = U_o cos (ϕ + R (2)

Der Winkel R hängt von der Richtung des Erdmagnetfeldes und der Geschoßrichtung ab. Er bewirkt daher - je nach Geschoßrichtung - einen Phasenterm zwischen Gleichung (1) und Gleichung (2).

Das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors 10 wird über den Verstärker 16 dem Komparator 17 zur Bestimmung des Vor­ zeichens des Magnetfeldes und dann dem Eingang 14′ des UND-Gatters 15 zugeführt.

In Fig. 4d sind die Ausgangssignale 33 des Kompara­ tors 17 bzw. die am Eingang 14′ liegenden Signale darge­ stellt. Der Komparator 17 bildet also Zeitblendenwerte. Hierzu wird an dem einen Eingang des Komparators 17 eine konstante Schwellenwertspannung angelegt. Wird nun dem anderen Eingang des Komparators das Ausgangssignal 32 des Magnetfeldsensors 10 zugeführt, so ergibt sich am Ausgang solange ein konstanter Spannungswert, wie die Schwellen­ wertspannung unterschritten wird.

Am Ausgang 18 entstehen Referenzimpulse, die eine eindeu­ tige Lage des Geschosses (oben oder unten) festlegen. Die­ se Signale sind in Fig. 4e dargestellt. Nicht eingezeich­ net wurde die mögliche Phasenverschiebung R der Ausgangs­ signale beider Sensorkanäle.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das vor­ stehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Bei­ spielsweise kann anstatt einer optischen Meßeinrichtung auch eine Millimeterwellenmeßeinrichtung verwendet werden. Anstatt der Laseranordnung 2 muß in diesem Fall eine Mil­ limeterwellenantenne verwendet werden, die entweder direkt linear polarisierte Wellen aussendet oder mit Hilfe eines zusätzlichen Polarisationsfilters verbunden ist. Entspre­ chend ist auch die Empfangssensoranordnung 5 auszurüsten, wobei anstatt des Laserlichtdetektors ein Millimeterwellen­ sensor verwendet werden muß.

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt, wobei der Maximalwertdetektor, der Kom­ parator und das UND-Gatter durch einen Mikroprozessor er­ setzt sind. Die Signale des Empfangssensors 9 werden hier­ bei wiederum in einem Verstärker 12 verstärkt, dann in ei­ nem Analog-/Digitalwandler 40 digitalisiert und dem Mikro­ prozessor 41 zugeführt. Entsprechend werden auch die Signa­ le des Magnetfeldsensors 10 zunächst wiederum im dem Ver­ stärker 16 verstärkt und dann in einem Analog-/Digital­ wandler 42 digitalisiert und ebenfalls dem Mikroprozes­ sor 41 zugeführt. Die eigentliche Maximalwertermittlung, Blendenwertermittlung und UND-Verknüpfung erfolgt dann soft- waremäßig in dem Mikroprozessor 41.

Bezugszeichenliste

 1 Panzer, Abschußvorrichtung
 2 Laseranordnung, Senderanordnung
 3 stabilisierte Plattform
 4 Flugkörper, Geschoß
 5 Empfangssensoranordnung
 6 Polarisationsebene
 7 Linse, Empfangsoptik
 8 Polarisationsfilter
 9 Laserlichtdetektor, Empfangssensor
10 Magnetfeldsensor
11 Schaltung zur Ermittlung der
   Rollagereferenzsignale
12 Verstärker
13 Maximalwertdetektor, Vorrichtung zur
   Ermittlung von Maximalwerten
14 Eingang des UND-Gatters
14′ Eingang des UND-Gatters
15 UND-Gatter
16 Verstärker
17 Komparator, Vorrichtung zur Ermittlung von
   Zeitblendenwerten
18 Ausgang des UND-Gatters
20 Laser, Strahlungsquelle
21 Linse, Vorrichtung zur Strahlaufweitung,
   Sendeoptik
22 Polarisationsfilter, Vorrichtung zur Polarisation
   elektromagnetischer Wellen
30 Sensorsignal
31 Maximalwertsignale
32 Magnetfeldsensorsignal
33 Zeitblendenwerte
34 Referenzimpulse
40 Analog-/Digitalwandler
41 Mikroprozessor
42 Analog-/Digitalwandler

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Referenzimpulsen (34) für die Rollageermittlung eines um seine Längsachse rotie­ renden Flugkörpers (4), wobei von einer mit der Abschuß­ vorrichtung (1) des Flugkörpers (4) verbundenen Sendean­ ordnung (2) linear polarisierte Wellen ausgesandt wer­ den, welche von einer im Flugkörper (4) angeordneten Empfangssensoranordnung (5) empfangen werden, ge­ kennzeichnet durch die Merkmale:

• - der Empfangssensoranordnung (5) ist eine Vorrich­ tung (13; 41) zur Ermittlung der Maximalwerte (31) des Empfangssensorsignales (30) nachgeschaltet;
• - in dem Flugkörper (4) ist ein Magnetfeldsensor (10) eingebaut, mit dem die Richtung des Erdmagnetfeldes bestimmt wird;
• - dem Magnetfeldsensor (10) ist eine Vorrichtung (17; 41) zur Ermittlung von Zeitblendenwerten nachge­ schaltet, wobei als Zeitblendenwerte (33) der zeitli­ che Bereich um den jeweiligen Maximal- oder Minimal­ wert des Ausgangssignales (32) des Magnetfeldsen­ sors (10) verwendet wird;
• - es ist eine Vorrichtung (15, 41) vorgesehen, mit deren Hilfe eine UND-Verknüpfung zwischen den Maxi­ malwertsignalen (31) und den Zeitblendenwerten (33) vorgenommen wird, wobei die Ausgangssignale der Vor­ richtung (15, 41) als Referenzimpulse verwendet wer­ den.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sendeanordnung (2) im wesentlichen aus einem Laser (20) und einem Polarisa­ tionsfilter (22) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorrichtungen (13; 17; 15) zur Ermittlung der Maximalwerte der Zeitblen­ denwerte und der UND-Verknüpfung hardwaremäßige Bau­ steine (Maximalwertdetektor, Komparator, UND-Gatter) sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorrichtungen (13; 17; 15) zur Ermittlung der Maximalwerte, der Zeitblen­ denwerte und der UND-Verknüpfung durch einen Mikropro­ zessor (41) realisiert sind.