DE2012293A1

DE2012293A1 - Verfahren zur uebertragung von informationen zwischen einem sich selbsttaetig bewegenden koerper und einer leitstelle und vice versa

Info

Publication number: DE2012293A1
Application number: DE2012293A
Authority: DE
Inventors: Peter Pitterling
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1970-03-14
Filing date: 1970-03-14
Publication date: 1971-09-30
Also published as: DE2012293B2; DE2012293C3

Description

Verfahren zur Übertragung von Informationen zwischen einem sich selbsttätig bewegenden Körper und einer Leitstelle und vice versa Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Informationen zwischen einem sich selbsttätig bewegenden Körper und einer Leitstelle und vice versa.
Die bisher bekannten Verfahren zur Übertragung von Informationen zwischen sich selbsttätig bewegenden Körpern und ihrer Leitstelle benutzten in der Regel elektromagnetische Wellen als Informationsträger.
Wie die Erfahrung gezeigt hat, sind solche Ubertragungsverfahren gegenüber elektronischen Störmaßnahmen eines Gegners überaus anfällig, zumal bei dem hier in Frage stehenden Einsatzgebiet für umfangreiche Sonderschaltungen zur Abwehr solcher Störmaßnahmen kein Raum ist.
Trotz der großen Fortschritte auf dem Gebiete der drahtlosen Nachrichtentechnik kommt daher hier die drahtgebundene Nachrichtenübertragung wieder zum Einsatz. Da sich selbsttätig bewegende Körper, insbesondere wenn es sich um raketengetriebene Flugkörper handelt, erhebliche Marschgeschwindigkeiten, etwa bis 200 m/sec, aufweisen, unterliegen die der Nachrichtenübertragung dienenden Leiter erheblichen mechanischen Beanspruchungen. Sie sind daher in der Regel dünne Stahldrähte, die aufgespult vom Flugkörper mitgeführt und von dort während des Fluges abgespult werden. Eine Ausnahme bildet ein Kabel aus zwei dünnen Kupferleitern, die von einer dichten Umspinnung in einer Zugbeanspruchungen aufnehmenden Leiterkomponente gehalten sind.
Beiden Leiterarten ist aber gemeinsam die relativ geringe Bandbreite, die für eine Nachrichtenübertragung zur Verfügung steht. Es können daher lediglich einfache Signalformen Anwendung finden und der Nachrichteninhalt ist im wesentlichen auf Lenksignale beschränkt.
Hier Abhilfe zu schaffen durch ein neues, für die Verwendung in Verbindung mit sich selbsttätig bewegenden Körpern besonders geeignetes breitbandiges Verfahren zur Übertragung von Informationen zwischen einem solchen Körper und seiner Leitstelle und vice versa ist Aufgabe der Erfindung.
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die zu übertragenden Informationen am Sendeort jeweils in einen optischen Wellenlängenbereich transponiert und anschließend über mindestens eine vom sich bewegenden Körper sich abspulende Lichtleitfaser auf den Empfangsort übertragen und dort in eine elektrische Signalform rücktransponiert werden.
Unter Ausnutzung der relativ hohen Übertragungsbandbreite von Lichtwellen erlaubt das Yerfahren gemäß der Erfindung nunmehr erstmalig eine von gegnerischen elektronischen Störmaßnahmen unbeeinflußbare Nachrichtenübertragung mit sehr hoher Informationsdichte zwischen einem sich bewegenden Körper und seiner Leitstelle. Der von der Leitstelle aus zu lenkende Körper kann daher mit einem Fernsehsuchkopf ausgestattet werden, dessen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Leitstelle übertragene Bildsignale in einem Monitor sichtbar gemacht werden könnenand so einem Lenkschützen die ferngelenkte Kollision mit einem Ziel wesentlich erleichtern.
Die Übertragung der Lenksignàle auf den zu lenkenden Körper erfolgt nach dem gleichen Verfahren, d.h. auch der in der Leitstelle angeordnete Sender weist einen elektrooptischen Wandler auf, der über die Lichtleitfaser mit einem opto-elektronischen Wandler in dem zu lehkenden Körper verbunden ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die vorder Leitstelle zum sich bewegenden Körper und die vom sich bewegenden Körper zur Leitstelle zu übertragenden Informationen über mindestens Je eine gesonderte Lichtleitfaser übertragen.
Vorzugsweise erfolgt Jedoch das Übertragen der Informationen zwi-schen Leitstelle und sich bewegendem Körper und von hier zur Leitstelle mittels Lichtwellen unterschiedlicher -Wellenlänge.
Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch eine Fernsehkamera, deren elektrische Signale über eine Laserdiod-enschaltung in den optischen Wellenbereich transponierbar sind, durch mindestens eine mit ihrer Stirnseite mit der Laserdiodenschaltung verbundene Lichtleitfaser, deren andere Stirnseite mit einer Fotodiodenschaltung verbunden ist, der eine die rücktransponierten elektrischen Signale verarbeitende Anzeigevorrichtung nachgeschaltet ist.
Ein für die Übertragung der Informationen im optischen Wellenbereich geeignetes Kabel ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch ein die Zugkräfte aufnehmendes, zentrisch angeordnetes Zugorgan, um das die Elementarfasern des lichtleitenden Faserbündels symmetrisch angeordnet sind, und durch eine Faserbündel und Zugorgan umgebende dichte Umhüllung.
Da ein solches Kabel in den gleichen Abmessungen herstellbar ist wie die bisher verwendeten Kabel und geeignete Fernsehkameras mit der zugehörigen Elektronik weniger als 2 kg wiegen, können nunmehr auch sog. Boden-Boden-Flugkörper zur Panzerabwehr, also relativ kleine und leichte Flugkörper, mit Fernsehsuchköpfen ausgerüstet und die von diesen gelieferten Informationen störungssicher auf die Leitstelle übertragen werden. Für einen Lenkvorgang ist daher eine direkte Sicht zum Ziel nicht mehr notwendig, so daß sich die Einsatzmöglichkeit solcher Flugkörper erheblich erweitert.
Auch bei freier Sicht auf das von dem Flugkörper zu erreichende Ziel liefert das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere während des Endanfluges, erheblich mehr Informationen über Ziel und Umgebung als es das bewaffnete oder unbewaffnete Auge eines Lenkschützen kann, was sich auf den Lenkvorgang in gUnstigem Sinne auswirkt.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß durch die Informationsübertragung über Lichtleitfasern besondere Antennen, Schutzschaltungen gegen das Wirksamwerden von gegnerischen Störmaßnahmen und größere Leistungsverstärker am Flugkörper überflüssig werden.
Weitere Einzelheiten über die Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf der ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchrührung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines mit seiner Leitstelle verbundenen raketengetriebenen Flugkörpers mehr oder weniger schematisch dargestellt ist.
Im einzelnen zeigen: Figur 1 einen raketengetriebenen Flugkörper, der mit seiner Leitstelle über ein vom Flugkörper sich abspulendes Kabel verbunden ist, Figur 2 einen vergrößertem Maßstab dargestelltes Kabelstück, Figur 5 ein Blockschaltbild eines Übertragungssystems zwischen Flugkörper und seiner Leitstelle gemäß Fig. 1 und Figur 4 einen Impulsplan der Bildimpulse.
Ein raketengetriebener Flugkörper lo ist, wie Fig. 1 zeigt, mit seiner Leitstelle 11 über ein während des Fluges des Flugkörpers von diesem sich abspulenden Kabel 12 verbunden.
Das auf einer Spule 3 aufgespulte Kabel 12 besteht aus einem die Zugkräfte aufnehmenden Zugorgan 14 (Fig. 2)> um das eine Anzahl von Elementarfasern 15 eines Licht durch Totalreflexion leitenden Faserbündels annähernd symmetrisch angeordnet sind.
Eine dichte Umhüllung 16 umgibt Faserbündel und Zugorgan. Die Elementarfasern haben einen Durchmesser von etwa 70 P und sind, wie später noch erläutert werden wird, optiseh parallel geschaltet. Das Kabel weist einen Durchmesser von etwa o,4 mm auf, sein Zugorgan und seine Umhüllung bestehen aus textilen Fasern.
Die dem Flugkörper zugeordneten Stirnseiten der Lichtleitfasern 15 des Kabels sind mit der optisch aktiven Fläche einer Lumineszenz- oder Laserdiode 20 und die der Leitstelle zugeordneten Stirnseiten mit der lichtempfindlichen Fläche einer Fotodiode 21 verbunden, und zwar Jeweils unter Zwischenschaltung eines halbdurchlässigen Spiegels 25 und 26; vgl. Fig. 5.
Die noch näher zu beschreibende Leitstelle 11 weist einen Monitor 30 und einen Lenksignalgeber 51 mit einem Lenkknüppel 32 auf, mit dessen Hilfe Lenksignale erzeugt werden, z.B in Abhängigkeit der auf dem Monitor wahrgenommenen Ablage des Flugkörpers von Am zu erreichenden und auf dem Monitor abgebildeten Ziel 39.
Am Flugkörper lo befindet sich eine Fernsehkamera 40 vom Vidicon-Typ, die mit ihrer vorgeschalteten Optik 41 und der zugehörigen, in Fig. 5 näher dargestellten Schaltelektronik 42 in einem am Rumpf des Flugkörpers befestigten Gehäuse 43 angeordnet ist. Die Optik weist einen Sichtwinkel von etwa 200 im Azimut und in der Elevation von etwa 150 aufs das entspricht einer Ablage zwischen Flugkörper und Ziel im Azimut von etwa + 200 m und einer Achsenbewegung des Flugkörpers von etwa + 70 in der Elevation. Unter Berücksichtigung einer minimalen Zielausdehnung von etwa 2,50 m ergibt sich für die Fernsehkamera bei einer Auflösung des Zieles in einer Achse des Monitors von etwa 800 Bildpunkten und einem Bildwinkel von etwa 200 eine erforderliche Auflösung von etwa 400 Zeilen. Um den elektronischen Aufwand zu begrenzen, wird für die Bildabtastung ein Zeilensprungverfahren angewendet mit 25 Bildern/sec.
Die Übertragung der Informationen vom Flugkörper zur Leitstelle und vice versa erfolgt im Zeitmultiplexverfahren. Hierzu ist, wie in Fig. 5 dargestellt, die Fernsehkamera 40 mit einem Taktgeber 46 versehen, der die Sensor-Einheit 47 und die Video-Einheit 48 steuert. Der Ausgang der Video-Einheit geht über ein vom Taktgeber beaufschlagtes UND-Glied 49 und einen Verstärker 50 auf die schon genannte Lumineszenz- oder Laserdiode 20j welche über den halbdurchlässigen Spiegel 25 mit den Lichtleitfasern des Kabels 12 verbunden ist.
Bei der Auswahl von halbdurchlässigen Spiegeln ist darauf zu achten, daß die Dämpfung der Spiegel für den direkt durchgehenden Strahl, also für den Video-Kanal, weitaus kleiner ist als für den reflektierten Strahl, also für den Kommandokanal.
Da die Kommandoübertragung nur während der Abtastpausen erfolgt, kann die Geberdiode mit einer höheren Signalleistung beaufschlagt werden.
Der Verstärker 50 ist mit dem Taktgeber 46 über ein weiteres UND-Glied 51 verbunden, dem bestimmte Informationssignale über den Flugkörper zugeführt werden.
Da in den Austastlücken des Fernsehsignals, nämlich während der Dauer der Zeilenaustastung (lo ms) und der Dauer der in Fig. 4 dargestellten Bildaustastung (1,2 ms), die Übertragungsstrecke der Informationsübertragung in der entgegengesetzten Richtung dient, ist zusätzlich über den halbdurchlässigen Spiegel 25 eine Fotodiode 55 angekoppelt, deren Ausgang über ein ebenfalls vom Taktgeber 46 béaufschlagtes UND-Glied 56 zum nicht dargestellten Lenkregelkreis des Flugkörpers führt. Die Signalformen an den einzelnen Eingängen der UND-Glieder sind mit 1 bis 4 bezeichnet und in Fig. 4 über der Zeitachse aufgetragen dargestellt, und zwar sind beiQdie Zeit der Bildaustastung von 1,2 ms, bei bei 2 die für die Kommandoübertragung insgesamt zur Verfügung stehende Zeit von l,o ms, bei 3 die Zeit für das Kommandosignal und beiÖie Zeit für evtl. erforderliche Synchronisations- oder andere Rückmeldungssignale vom Flugkörper zur Leitstelle dargestellt. 20 ms beträgt -die Periodendauer für ein Halbbild im Zeilensprungverfahren.
Der in der Leitstelle angeordnete Monitor 30 erhält seine Signale über die mittels des halbdurchlässigen Spiegels 26 an die Lichtfasern des Kabels 12 angekoppelte Fotodiode 21, deren Ausgang über ein UND-Glied 60 die Video-Einheit 61 speist. Dieses UND-Glied ist ferner über einen Mono-Flop 62 mit eher Pulseinheit 65 des Monitor verbunden. Die über das Kabel an der Leitstelle ankommenden Signale werden ferner über ein UND-Glied 64 einem nicht dargestellten Regler eines ebenfalls nicht dargestellten dritten Informationskanals zugeführt. In diesem Kanal werden z.B. die für die Synchronisation der Lenksignale in bezug auf den augenblicklichen Drehwinkel des Flugkörpers notwendigen Signale verarbeitet.
Da eine solche Einrichtung nur für um ihre Rollachse drehende Flugkörper erforderlich ist und nicht zur Erfindung gehörte ist sie weder beschrieben noch dargestellt.
Die zweite Signalleitung für das UND-Glied 64 rührt über ein Mono-Flop 65 zur Pulseinheit 65. Das Mono-Flop 65 steuert über ein weiteres Mono-Flop 66 ein dem Lenksignalgeber 31 zugeordnetes UND-Glied 67, das iediglich in den Austastlücken eine Lenksignalübertragung zuläßt. Der Ausgang dieses UND-Gliedes führt zu einer Lumineszenz- oder Laserdiode 69, die über den halbdurchlässigen Spiegel 26 die Lichtleitfasern des Kabels 12 speist.
Die von der Video-Einheit 61 ausgelöste Pulseinheit 63 des Monitor steuert ferner die Ablenkeinheit 70 einer Anzeigeeinheit 71.
Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, wird flugkörperseitig die Lumineszenz- oder Laserdiode mit dem Video-Signal der Fernsehkamera moduliert. Das von dieser Diode emittierte Licht gelangt über den direkt durchgehende Strahlen (Video-Signale) minimal dämpfenden Spiegel in die Lichtleitfasern.
Für die Lichtleitung sind Fasern zu wählen, die einen Brechungswinkel d8Grenz < 500 und einen Laufzeitausgleich aufweisen, um eine Ubertragung auf etwa 2ooo Meter sicherzustellen.
Empfangsseitig werden die modulierten Lichtstrahlen nach Austritt aus den Lichtleitfasern und nach Passieren des dort vorhandenen Spiegels in der Fotodiode in entsprechende elektrische Signale umgewandelt. Das so wiedergewonnene Video-Signal steuert in der angegebenen Weise den Monitor So. Die Mono-Flops in Verbindung mit den UND-Gliedern stellen sicher, daß nur in den Auslaßlücken des Fernsehsignals die Übertragungsstrecke für die Übertragung der über den Lenksignalgeber erzeugten Lenksignale freigegeben wird. Die Umwandlung der elektrischen Lenksignale in Lichtsignale und wieder in elektrische Lenksignale erfolgt in der schon beschriebenen Weise.
Anstelle eines Zeitmultiplex-Verfahrens können die von der Leitstelle zum sich bewegenden Körper und die vom sich bewegenden Körper zur Leitstelle zu übertragenden Informationen über mindestens Je eine gesonderte Lichtleitfaser bzw. Lichtleitfaserbündel übertragen werden.
Es kann aber auch die Übertragung der Informationen zwischen Leitstelle und sich bewegendem Körper und von hier zur Leitstelle -mittels Lichtwellen unterschiedlicher Wellenlänge erfolgen. Die halbdurchlässigen Spiegel 25 und 26 sind in diesem Falle durch dichroitische Spiegel zu ersetzen.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Übertragung von Informationen zwischen einem sich selbsttätig bewegenden Körper und einer Leitstelle und vice versa, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daB die zu übertragenden Informationen am Sendeort (lo) jeweils in einen optischen Wellenlängenbereich transponiert und anschließend über mindestens eine vom sich bewegenden Körper (lo) sich abspulende Lichtleitfaser (12) auf den Empfangsort (11) übertragen und dort in eine elektrische Signalform rücktransponiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die von der Leitstelle (11) zum sich bewegenden Körper (lo) und die vom sich bewegenden Körper (lo) zur Leitstelle (11) zu übertragenden Informationen über mindestens Je eine gesonderte Lichtleitfaser (15) übertragen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i ch -n e t , daß das übertragen der Informationen zwischen der Leitstelle (11) und dem sich bewegenden Körper (lo) und von hier zur Leitstelle (11) mittels Lichtwellen unterschiedlicher Wellenlänge erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurei-l g e k e n n z e i c h -n e t , daß das @bertragen der Informatischen im Zeitmultiplex erfolgt.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, g e k e-n n z e i c h n e t durch eine Fernsehkamera (40) deren elektrische Signale über eine Lumineszenz- oder Laserdiodenschaltung (20) in den optischen Wellenbereich transponierbar sind, durch mindestens eine mit ihrer Stirnseite mit der Laserdiodenschaltung (20) in Wirkverbindung stehende Lichtleitfaser (15), deren andere Stirnseite mit einer Fotodiodenschaltung (21) in Wirkverbindung stehet, deren eine die rücktransponierten elektrischen Signale verarbeitende Anzeigevorrichtung (So) nachgeschaltet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daX den Stirnseiten der Lichtleitfasern halbdurchlässige Spiegel (25, 26) zugeordnet sind.
7. Kabel zur Übertragung der Informationen im optischen Wellenbereich gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4> g e k e n n z e i c h n et durch ein die Zugkräfte auSnehmendesw zentrisch angeordnetes Zugorgan (14), um das die Elementarfasern (15) des lichtleitenden Faserbündels symmetrisch angeordnet sind, und durch eine Faserbündel und Zugorgan umgebende dichte Umhüllung (16).