DE3123468C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abschatten von Stoerzielen bei Ortungsgeraeten und Nachfuehreinrichtungen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Abschatten von Stoerzielen bei Ortungsgeraeten und NachfuehreinrichtungenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Abschatten von Störzielen in der Bildebene
einer Flugkörper-Lenkvorrichtung mit Hilfe einer
mechanischen Blende, die auf einem hinter der Bildebene
angeordneten Detektor nach dem Start des Flugkörpers
nur die Strahlungsenergie des eigenen Bildbereichs sowie
diejenige seiner unmittelbaren Umgebung zur Abbildung
gelangen läßt, die zuvor in der Bildebene mit konstanter
Frequenz moduliert wurde, wobei eine Ablage des
Flugkörpers von der optischen Achse eine als Frequenzhub
Δf bezeichnete sinusförmige Abweichung von der Mittelfrequenz
bewirkt, die ein Maß für die Ablage r des
Flugkörpers von der optischen Achse darstellt, während
die zeitliche Verschiebung Δt des Nulldurchgangs des
Frequenzhubs ein Maß für die Winkellage R im Polarkoordinatensystem
ist.
Ein solches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung
zu seiner Durchführung ist im wesentlichen aus der
DE-AS 25 55 306 bekannt. Derselben ist ferner zu entnehmen,
daß die minimale Blendengröße von der Genauigkeit
der Ausgangssignale der Meßeinrichtung, der Manövrierfähigkeit
des Flugkörpers und von äußeren Einflüssen
wie z. B. Richtungsbewegungen der Einrichtung
abhängt. Es fehlen dagegen nähere Angaben über die Ausbildung
einer solchen Blende sowie über die Vielfalt
der in Frage kommenden Verwendungsmöglichkeiten. Die
in dieser Druckschrift angesprochene Bestimmung der Ablage
(= Wiinkelabweichung eines Flugkörpers gegenüber
einer Bezugsrichtung) mit Hilfe seiner abgestrahlten
Wärmeenergie wird in der DE-AS 11 91 119 und der
DE-PS 13 03 486 behandelt.
Die Aufgabe der Erfindung wird in der Entwicklung einer
Möglichkeit gesehen, die Blende des gattungsgemäßen
Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung entsprechend
der jeweiligen Lage des Flugkörpers im Bildfeld mit
hoher Genauigkeit und geringem Zeitaufwand nachführen
zu können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß
- a) die Winkellage R des Flugkörpers und der Frequenzhub Δf in gleichgroße Winkelschritte unterteilt werden,
- b) eine Blende in Form von zumindest zwei hintereinander sowie koaxial zum Mittelpunkt der Bildebene angeordneten Schlitzscheiben verwendet wird,
- c) die Scheiben so verdreht werden, daß zumindest ein als Blendenloch verwendbarer Kreuzungsbereich der zugehörigen Schlitze entsteht,
- d) das Blendenloch mit der Abbildung der Strahlungsenergie des Flugkörpers in der Bildebene zur Deckung gebracht wird und
- e) die den Flugkörper steuernden Ablagesignale werden zur Steuerung der Schlitzscheiben verwendet, so daß der Flugkörper durch weiteres Verdrehen der Schlitzscheiben zusammen mit dem Blendenloch in den von der Blende nicht abgeschatteten Mittelpunkt der Bildebene geführt wird.
Eine Blende dieser Art ist einfach sowie relativ preisgünstig
herzustellen und läßt sich in Fahrzeugen und
Fluggeräten aller Art vibrations- und schocksicher einbauen
sowie einem Flugkörper mit hoher Genauigkeit und
geringem Zeitaufwand nachführen.
Durch die Einteilung der Winkellage R und des Frequenzhubes
Δf in gleichgroße Schritte wird es in Weiterbildung
der Erfindung möglich, das Blendenloch im Bildfeld
durch Verdrehen der ersten Schlitzscheibe um die Winkellage
Rn und der zweiten Schlitzscheibe um die Winkellage
Rn minus oder plus den Tiefenwinkel ρn auf jede gewünschte
Stelle im Bildfeld zu verschieben. Zum Erreichen
einer geforderten Blendenstellung ist demnach
lediglich eine Addition oder Subtraktion der primären
Meßwerte R und ρ durchzuführen. In einem elektronischen
Rechner sind dies die schnellsten Rechenoperationen,
und außerdem gewinnt man Laufzeit in der Auswerteelektronik
des Modulationssystems und vermeidet die Ungenauigkeiten
der Umrechnung in karthesische Koordinaten.
Das erfindungsgemäße Prinzip kann z. B. bei einer Nachführvorrichtung
Verwendung finden, indem der von der
Blende nicht abgedeckte Mittelpunkt auf einen festen
Zielstrahler, beispielsweise einen Fixstern, ausgerichtet,
und mit dem Blendenloch unabhängig hiervon die relative
Lage eines Flugkörpers in R- und ρ-Stellung bestimmt
wird, wobei von beiden Zielen zeitlich voneinander
getrennte Ablagesignale gewonnen werden. Der restliche
Sternenhimmel ist in diesem Fall ausgeblendet.
In vorstehendem Zusammenhang ist es sinnvoll, daß zusammen
mit den beiden Schlitzscheiben eine weitere, die
beiden Strahler abwechselnd hindurchlassende Scheibe
mit einer um die Exzentrizität e versetzten Drehachse
verwendet und diese Exzentrizität in ihrer Winkellage
der Winkellage Rn des Flugkörpers nachgeführt wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Verfahrens
können jeweils zwei Flugkörper gleichzeitig auf getrennte
Ziele gelenkt werden, wenn der von dem Blendenloch
gegen das Umfeld geschützte und in den nicht abgedeckten
Mittelpunkt bzw. in die Visierlinie übergeführte
erste Flugkörper - durch die weitere Scheibe geschützt
- auf sein Ziel gesteuert, parallel hierzu ein
zweiter Flugkörper auf eine vorgegebene seitliche Wartebahn
abgeschossen, durch die wieder freie Blende geschützt,
auf eine zweite Ziellinie geführt, dort bis
zum Erreichen des ersten Ziels durch den ersten Flugkörper
gehalten, dann ein zweites Ziel anvisiert, die
vorgegebene Wartebahn aufgehoben und schließlich der
zweite Flugkörper in die Visierlinie bzw. in das ihm zugedachte
Ziel gelenkt wird, und dann wieder parallel hierzu
ein dritter, vierter usw. Flugkörper abgeschossen wird.
Auch ist es denkbar, daß der Modulator eingeschaltet und
die beiden Schlitzscheiben in eine vorprogrammierte, dem
voraussichtlichen Eintritt des Flugkörpers entsprechende
Erwartungsstellung gedreht werden.
Was nun die konstruktive Ausbildung der Blende der erfindungsgemäßen
Vorrichtung anbetrifft, so ist es von
Vorteil, daß die Scheiben, aus denen sie sich zusammensetzt,
kreisförmig ausgebildet sind und je einen sich
vom gemeinsamen Mittelpunkt auf unterschiedlichen Wegen
bis in den Randbereich erstreckenden Schlitz aufweisen,
von denen der eine kreissektor- und der andere spiralförmig
ausgebildet ist, und beide Scheiben einen gemeinsamen
Mittelpunkt in Form einer im wesentlichen
kreisförmigen Luke besitzen. Durch diese Luke wird der
Zielpunkt des Visiers und dessen unmittelbare Umgebung
auf der Bildebene abgebildet. Bei Ortungsgeräten, die
den Flugkörper automatisch mittels der gewonnenen Ablagespannungen
auf die Visierlinie zurückführen, darf
sich in dieser Luke kein Störstrahler befinden, da sie
das zum Schluß verbleibende Blendenloch nach Rückführung
des Flugkörpers darstellt.
Hinsichtlich der Abmessungen der Spirale ist es von Vorteil,
daß der radiale Zuwachs der Spirale dem Abstand
aus der Bildmitte
und der Winkelzuwachs
der Änderung des Frequenzhubs Δf entspricht. Mitunter
kann es zweckmäßig sein, daß anstelle der Scheibe mit
dem kreissektorförmigen Schlitz eine Scheibe verwendet
wird, die einen zum spiralförmigen Schlitz spiegelbildlich
ausgebildeten Schlitz aufweist.
Bei großer Ablage des Flugkörpers deformiert sich die
Sinusform des Frequenzhubs. Dies hat zur Folge, daß
sich die Messung der Winkellage R vom theoretischen Wert
Rth unterscheidet. Dieser Unterschied δ in der Zeitverschiebung
ist abhängig von der Ablage r und erfordert
bezüglich seiner rechnerischen Korrektur einen vergleichsweise
großen Aufwand, der gemäß der in Rede stehenden
Erfindung in der Kurvenform beider Schlitze so berücksichtigt
wird, daß die Kurvenform in der Bildebene um
einen Korrekturfaktor δ stärker oder schwächer gekrümmt
ausgebildet ist.
Im oben benannten Sonderfall, mit zwei Nutzstrahlern im
Bildfeld, muß die Exzentrizität der Drehachse der weiteren
Scheibe mindestens dem halben Durchmesser des festen
Zielstrahlers entsprechen.
Was den Antrieb der kreisförmigen Schlitzscheiben anbetrifft,
so ist es vorteilhaft, daß dieselben entweder
als über einen Schrittmotor oder über einen kontinuierlichen
Antrieb mit Motor und Tachogenerator antreibbare
Zahnräder oder aber als Reibrad- oder Riemenantrieb ausgebildet
sind. Dabei ist es sinnvoll, daß die Anfangsstellung
mit R=0°C gekennzeichnet ist. In diesem Zusammenhang
ist es sodann zweckmäßig, daß eine definierte
Stelle am Umfang der Schlitzscheibe oder des zugehörigen
Zahnkopfes verspiegelt ausgebildet und eine sich
bei Anfangsstellung schließende und ein Zählwerk auf
Null setzende Lichtschranke mit Lichtquelle und Empfänger
gegenüber aufgestellt ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß in
den Scheiben zu den vergleichsweise großen Schlitzen
ein feinmaschiges Netz von gegenläufig angeordneten und
eine Evolventenform mit konstanten Abständen besitzenden
Gitterschlitzen eingearbeitet ist, deren Breite verglichen
mit ihrem gegenseitigen Abstand nur wenige Prozent
beträgt. Das Netz auf der Schlitzscheibe kann als
ein zu dieser konzentrisch verlaufender Ring angeordnet
sein oder aber im Fall einer schnellen Rückführung
des Flugkörpers ist die Bildfeldmitte die ganze Scheibe
- ausgenommen die Schlitze - bedecken.
Hinsichtlich einer speziellen Gerätekonzeption kann
es bedeutsam sein, daß die ersten Schlitzscheiben und
die zweiten Schlitzscheiben wenigstens zweier Blenden
durch je eine Übersetzung untereinander und die Schlitzscheiben
der einen Blende jeweils über ein Getriebe
mit dem Schrittmotor in Eingriff stehen, während die
Schlitzscheiben der anderen Blende mit je einer Lichtschranke
zusammenwirken. Die Schlitzscheiben können
unterschiedlich große oder gleichgroße Durchmesser haben
und sind an der Bodenseite von im wesentlichen topfförmig
ausgebildeten sowie über ein Doppelkugellager
miteinander verbundenen und in einem Gehäuse gehalterten
Fassungen befestigt.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert, wobei die in den einzelnen
Figuren einander entsprechenden Teile diesselben
Bezugszahlen aufweisen. Es zeigt
Fig. 1 das herkömmliche Modulationsprinzip für die
Strahlungsenergie eines bewegten Zieles zum
Zweck der Bestimmung seiner Ablage von der
Visierlinie,
Fig. 2 den Zusammenhang einer konstanten Frequenzmodulation
gemäß Fig. 1 mit der bei Ablage
des Zieles entstehenden sinusförmigen Abweichung,
Fig. 3 die herkömmliche Umwandlung der in Polarkoordinaten
vorliegenden Ablagesignale in karthesische
Koordinaten,
Fig. 4a die erste Scheibe einer erfindungsgemäßen Blende
mit radialem Schlitz, wobei hier sowie in
den Fig. 4b, 5, 8, 9, 11 und 12 die großen
Zahlen die jeweilige beispielhafte Winkellage
darstellen,
Fig. 4b die zweite Scheibe einer erfindungsgemäßen
Blende mit spiralförmigem Schlitz,
Fig. 5a das Zusammenwirken der beiden Schlitzscheiben
gemäß Fig. 4a und 4b,
Fig. 5b das Zusammenwirken der spiralförmigen
Schlitzscheibe gemäß Fig. 4b mit einer
ebensolchen, jedoch spiegelbildlich angeordneten
Schlitzscheibe,
Fig. 6 der aus der Deformation der Sinusform bei
großen Ablagewerten resultierende Unterschied
der gemessenen Winkellage R zu
der theoretischen Rth,
Fig. 7 die Abhängigkeit der Zeitschiebung
gemäß Fig. 6 von der Ablage r des Flugkörpers
gegenüber der Visierlinie,
Fig. 8a den entsprechend der Zeitverschiebung
gemäß Fig. 6 und 7 korrigierten Radialschlitz
von Fig. 4a,
Fig. 8b den entsprechend der Zeitverschiebung
gemäß Fig. 6 und 7 korrigierten Spiralschlitz
von Fig. 4b,
Fig. 8c den korrigierten Spiralschlitz von
Fig. 4b in spiegelbildlicher Anordnung,
Fig. 9a das Zusammenwirken der beiden mit
korrigierten Kurven versehenen Schlitzscheiben
gemäß Fig. 8a und 8b,
Fig. 9b das Zusammenwirken der beiden mit
korrigierten Kurven versehenen Schlitzscheiben
gemäß Fig. 8b und 8c,
Fig. 9c das Zusammenwirken der beiden mit korrigierten
Kurven versehenen Schlitzscheiben
gemäß Fig. 8a und 8c,
Fig. 10 eine zusätzliche Scheibe für die aus den
Fig. 5 und 9 ersichtliche zentrale Luke,
Fig. 11a
bis
Fig. 11c die Schlitzscheiben gemäß den Fig. 8a
bis 8c mit je einem feinmaschigen Netz
von Gitterschlitzen,
Fig. 12 eine Scheibenkombination gemäß den Fig.
11b und 11c, deren Schlitze in sog. Erwartungsstellung
stehen,
Fig. 13a
und
Fig. 13b die Zusammenhänge der Ablagen
r, der Schlitz-Korrekturwinkel ρ,
des Vergrößerungsverhältnisses β
zweier Objektive und der Tiefenwinkel ρ
bei Modulationssystemen mit zwei verschiedenen,
aufeinander umschaltbaren
Bildwinkeln,
Fig. 14a den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen
Vorrichtung - im Schnitt ,
Fig. 14b die Vorrichtung gemäß Fig. 14a -
in Draufsicht und ohne Deckplatte sowie
Fig. 15 einen Schnitt in gestreckter Länge
durch die Vorrichtung gemäß Fig. b.
Wenn sich in Fig. 1 im Bildfeld 5 des zeichnerisch
nicht näher dargestellten Visiers mehrere Strahler 6
oder auch Reflektoren befinden, die eine vergleichbare
oder stärkere Strahlungsenergie in Richtung des
Visiers senden, wird die Lage der stärksten Energiequelle
bzw. der Energieschwerpunkt gemessen. Um
solche Störstrahler zu unterdrücken, wird nach Zuordnung
der anfänglichen Lage des Nutzstrahlers im Bildfeld
eine im folgenden noch zu erläuternde Blende auf
diese Stelle ausgerichtet, die das restliche Bildfeld
abdeckt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der
Nutzstrahler ein von einer Rampe abgeschossener Flugkörper.
Die Blende kann vor der Bildebene eingesetzt werden,
so daß die Energie der Störstrahler nicht auf die sich mit
ω₁ und ω₂ um den Radius R bewegende Modulationsscheibe 7 fallen
kann, oder auch hinter der Bildebene. In beiden Fällen
gelangt nur die modulierte Strahlung, die durch die Öffnung
der Blende fällt, auf den zeichnerisch gleichfalls
nicht dargestellten Detektor. Die jetzt unbeeinflußte
Messung der Lage des Nutzstrahlers sowie dessen eventuelle
relative Bewegungen zur Visierlinie 8, die mit
dem Mittelpunkt des Bildfeldes 5 zusammenfällt, können
zur Nachführung der Blende genutzt werden.
Die Blendengröße hängt von der Genauigkeit der Ausgangssignale
der Meßeinrichtung, der Manövrierfähigkeit des
Flugkörpers und von äußeren Einflüssen wie z. B. Richtungsbewegungen
der Meßeinrichtung ab. Außerdem ist die
Stellgenauigkeit der Blende auf den Sollwert zu berücksichtigen
und die Manövrierfähigkeit relativ zur Nachführgeschwindigkeit
der Blende zu sehen.
In dem an sich bekannten Modulationssystem wird gemäß
Fig. 2 die Strahlungsenergie eines Zieles auf der optischen
Achse durch die Modulationsscheibe 7 (Fig. 1)
mit konstanter Frequenz moduliert. Sobald der Flugkörper
von der Visierlinie 8 (Fig. 1) abweicht, entsteht
eine sinusförmige Abweichung 9 von der Mittelfrequenz 10.
Die Größe des Frequenzhubes Δf ist ein Maß für die Ablage
r von der Visierlinie, während die zeitliche Verschiebung
Δt des Nulldurchganges des Frequenzhubes ein
Maß für die Winkellage R im Polarkoordinatensystem darstellt.
Normalerweise werden, was in Fig. 3 dargestellt ist,
die in Polarkoordinaten vorliegenden Ablagesignale R
und ρ=r Brennweite des Objektivs von einer Auswerteelektronik
in karthesische Koordinaten umgewandelt
und als gerichtete Gleichspannungen zur Lenkung
des Flugkörpers und zur Rückführung desselben auf die
Visierlinie benutzt.
Die Grundform einer erfindungsgemäßen Blende setzt sich
aus den in Fig. 4a und 4b gezeichneten Schlitzscheiben
1 und 2, die z. B. aus Blech herausgestanzt sein können,
zusammen. Sie sind in rotationssymmetrischen Fassungen
27 und 28 (Fig. 14a) durch Kleben, Pressen oder dgl.
befestigt sowie nahe der Bildebene hintereinander und
koaxial zum Mittelpunkt 8 (Fig. 1) angeordnet. Die
Scheibe 1 besitzt einen radialen Schlitz 11, dessen
Öffnung entsprechend dem jeweiligen radialen Abstand auf
die kleinste erforderliche Breite angepaßt ist. Die
Scheibe 2 dagegen hat einen spiralförmigen Schlitz 12,
wobei der radiale Zuwachs der Spirale dem Abstand
vom Mittelpunkt des Bildfeldes und der
Winkelzuwachs der Änderung des Frequenzhubes Δf entspricht.
In der beschriebenen Weise angeordnet, können
die beiden Scheiben so verdreht werden, daß sich ihre
beiden Schlitze etwa gemäß Fig. 5a kreuzen, und das Blendenloch
18 entsteht. Teilt man nun die Winkellage R
und den Frequenzhub Δf in gleich große Winkelschritte n
ein, so kann man das Blendenloch durch Verdrehen der
Scheibe 1 um Rn und der Scheibe 2 um Rn-ρn auf jede
gewünschte Stelle im Bildfeld 5 (Fig. 1) bringen.
Wird, wie in Bild 5b dargestellt, mit der Scheibe 2
die Scheibe 3 kombiniert, in der der spiegelbildlich
geformte Schlitz 13 eingearbeitet ist, so ist die Stellung
Rn+ρn einzustellen.
Ein Modulationssystem, wie oben beschrieben, besitzt
nun die Eigenart, daß sich bei großer Ablage die Sinusform
des Frequenzhubes deformiert. Dies hat zur Folge,
daß sich die Winkelmessung R um den Betrag δ vom theoretischen
Wert Rth unterscheidet. In Fig. 6 stellt die
Kurve 15 den Freqenzverlauf bei kleiner und die Kurve
16 den Freqenzverlauf bei großer Ablage r von der Visierlinie
8 (Fig. 1) dar. Wie in Fig. 7 gezeigt wird,
hat diese Zeitverschiebung folgende feste Abhängigkeit
von r:
Um diese Zeitverschiebung rechnerisch zu korrigieren,
wäre eine zeitraubende Winkelfunktionsberechnung durchzuführen.
Dies kann durch eine entsprechende Korrektur der
Kurvenform schon in den Scheiben berücksichtigt werden.
In Fig. 8a ist die Scheibe 1 mit dem korrigierten
Schlitz 11′ dargestellt. Fig. 8b dagegen zeigt die Scheibe
2 mit der um +ρ-δ korrigierten Kurve von Schlitz
12′ und Fig. 8c die Scheibe 3 mit der um -ρ-δ korrigierten
Kurve von Schlitz 13′. Die Bezugszahlen 11 bis 13
geben Hinweise auf den Verlauf der Schlitz-Mittellinien
bei den Fig. 4a und 5b, die nicht korrigierte
Kurven enthalten. Wie ferner die Fig. 9a und 9b
zeigen, ist mit solcherart Korrekturen die Verstellung immer
noch gemäß den echten Meßwerten mit Rn-ρn und Rn+ρn
durchzuführen. Das Zusammenwirken von Scheibe 1
und Scheibe 3 ist in Fig. 9c zu sehen.
Bei anderen, zeichnerisch nicht dargestellten
Ausführungsbeispielen können - entsprechend den Flugeigenschaften
eines Flugkörpers - auch andere Kombinationen
von Scheiben und zugehörigen Schlitzen gewählt
werden, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung
verlassen würde.
Wie man in den Fig. 5 und 9 erkennen kann, bleibt
in den Blenden außer den Blendenloch 18 auf der Ablage r
auch eine kleine, meist kreisförmige Luke 17 im Zentrum
geöffnet. Durch diese Luke wird der Zielpunkt des
Visiers und dessen unmittelbare Umgebung auf der Bildebene
abgebildet. Bei Ortungsgeräten, die den Flugkörper
automatisch mittels gewonnener Ablagespannungen auf
die Visierlinie zurückführen, darf sich in dieser Luke
kein Störstrahler befinden, da sie die zum Schluß verbleibende
Öffnung nach Rückführung des Flugkörpers auf
die Visierlinie darstellt.
Bei Trackern (= Nachführeinrichtungen) kann diese Luke
zum Halten der vorbestimmten Zielrichtung, z. B. auf einem
Fixstern, benutzt werden, während die unabhängig davon
nachgeführte Blende in R- und ρ-Stellung zum Bestimmen
der relativen Lage eines zweiten Zieles dient,
wobei der restliche Sternenhimmel voll ausgeblendet
wird. Dazu ist es notwendig, daß von den beiden Nutzstrahlern
zeitlich voneinander getrennte Ablagesignale
gewonnen werden. Dies wird damit erreicht, daß laut
Fig. 10 eine weitere Scheibe 4 mit konstanter Geschwindigkeit
ω₃ umläuft und dadurch abwechselnd den Strahler 6
und 6′ durchläßt. Die Scheibe 4 kann ebenso während eines
Umlaufs mehrere Hell-Dunkel-Phasen aufweisen.
Um einen Strahler 6, der sich genau auf der Visierlinie
befindet, auch wirklich voll abzuschatten, muß
die Scheibe 4 eine versetzte Drehachse 8′ mit einer
Exzentrizität e besitzen. Diese Exzentrizität sollte
mindestens dem halben Durchmesser des Strahlers 6 entsprechen.
Die Exzentrizität e kann in ihrer Winkellage
gemäß Rn des Strahlers 6′ nachgeführt werden.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor,
daß bei stehender Ziellinie und ruhigem Flug des ersten
Flugkörpers zusätzlich ein zweiter Flugkörper auf ein getrenntes
Ziel gelenkt wird: Nachdem der erste Flugkörper,
mittels der ρ/R-Blende 1, 2, 3 vor Störstrahlern geschützt,
auf die Visierlinie geführt worden ist und
- durch die Luke 17 geschützt - ruhig auf sein Ziel zufliegt,
wird der zweite Flugkörper auf eine vorgegebene
seitliche Wartebahn abgeschossen und - durch die ρ/R-Blende
seinerseits geschützt - auf eine zweite Visierlinie
geführt sowie auf dieser gehalten. Sobald der erste
Flugkörper sein Ziel erreicht hat, wird das zweite Ziel
anvisiert und die fest vorgegebene Ablage für den zweiten
Flugkörper aufgehoben, so daß nun dieser wieder auf
die Visierlinie und damit ins Ziel gelenkt wird. Nach
Erreichen der Visierlinie ist es möglich, einen dritten
und später einen vierten Flugkörper abzuschießen usw.
Der in den Fig. 14a, 14b und 15 gezeichnete Teil des Gehäuses
25 ist Bestandteil der Goniometer- bzw. Trackeroptik
des Ortungsgerätes. Die mit der Bezugszahl 36 bezeichnete
strichpunktierte Linie stellt die Brennebene der
Optik dar. Der Flugkörper, in diesem Fall eine Rakete,
wird in herkömmlicher Weise dadurch ins Ziel gesteuert,
daß vom Schützen die Visierlinie 8 (Fig. 1) des Tagsichtkanals
eines Ortungsgerätes mit dem zu beschießenden Ziel
zur Deckung gebracht wird und der Rakete in der Folge als
Leitstrahl dient. Ihre Ablage vom Leistrahl wird von dem
Goniometer aufgrund der abgestrahlten Wärmeenergie fortlaufend
berechnet und die Flugbahn per Funk- oder Drahtverbindung
entsprechend korrigiert.
Wenn die Rakete von einer Rampe abgeschossen ist, so besitzt
sie im allgemeinen zunächst eine relativ große
Streuung. Das rampenseitige Ortungsgerät benötigt daher
zum Einfangen der Rakete einen großen Bildwinkel. Sobald
dies erfolgt ist und die (halb)automatische Steuerung
des Flugkörpers einsetzt, ist die Streuung nunmehr gering,
so daß automatisch auf einen kleineren Bildwinkel
umgeschaltet wird. Aus diesem Grund werden hier zwei Blenden
- je eine für jeden Bildwinkel des Wärmebildkanals -
benötigt, von denen sich jede aus den mehrfach beschriebenen
beiden Schlitzscheiben 1 und 2 zusammensetzt. Sie sind
am Boden von topfförmig ausgebildeten Fassungen 27 und 28
(Fig. 14a) befestigt. Am Außenumfang der Fassung 27 ist
das Doppelkugellager 29, 30 aufgezogen, welches in der am
Gehäuse 25 befestigten Platte 35 eingebettet ist. Sozusagen
als Gegenlager hierzu dient die die Blenden, ihre
Lagerung und teilweise auch ihren Antrieb abdeckende Deckplatte
37, die ihrerseits an der Platte 35 befestigt ist.
Der über das innere Kugellager 29 greifende Teil der Fassung
27 ist in seinem äußeren Bereich als Zahnrad 19 ausgebildet.
Entsprechend ist der am Außenumfang des inneren
Kugellagers 29 befestigte Teil der Fassung 28′ als
Zahnrad 19′ ausgebildet. Diese beiden Zahnräder der in
Blickrichtung linken Blende 1, 2 stehen über das Getriebe
31/32 bzw. 31′/32′ jeweils mit einem Schrittmotor
26 bzw. 26′ in Verbindung. Durch die Übersetzungen
33 bzw. 34 sind sie aber auch mit der in Blickrichtung
rechten Blende bzw. deren Zahnrädern verbunden. Bei einem
anderen, zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
ist auch ein Reibrad- oder Riemenantrieb
oder auch ein kontinuierlicher Antrieb mittels Motor
und Tachogenerator zur Messung der jeweiligen Stellung
denkbar. Bei Antrieb mittels Schrittmotor ist es notwendig
und bei den anderen Antriebsarten wünschenswert,
die Anfangsstellung Rn=0° zu kennzeichnen. Hierfür
wird eine bestimmte Stelle am Umfang der Blendenfassung,
z. B. der in Fig. 14b dargestellte Zahnkopf 19, 19′ verspiegelt
und die Lichtschranke 20 bzw. 20′ samt Lichtquelle
und Empfänger dieser verspiegelten Stelle gegenübergestellt.
Jedesmal, wenn für die Winkelstellung eine
der Bedingungen
Scheibe 1: Rn | |
= 0° oder 360° | |
Scheibe 2: Rn - ρn | = 0° oder 360° |
Scheibe 3: Rn + ρn | = 0° oder 360° |
erfüllt ist, wird die Lichtschranke geschlossen und
ein aus der Zeichnung nicht ersichtliches Zählwerk auf
Null gesetzt. Würde die Lichtschranke durch verlorengegangene
Schritte oder Schlupf früher oder später geschlossen,
so kann dieser Fehler im Zählwerk autommatisch
korrigiert werden.
Bei Sterntrackern ist die Lage der Fixsterne am Himmel
vorher schon bekannt, und die Stellung der ρ/R-Blende
1, 2, 3 kann entsprechend vorgegeben werden. Bei Ortungsgeräten
zur Lenkung von Flugkörpern kann erfahrungsgemäß
davon ausgegangen werden, daß vom Flugkörper
nach dem Start durch seine kurze Entfernung eine unverhältnismäßig
große Leistung auf das Objektiv des Ortungsgerätes
abgegeben wird und seine Strahlerfläche
auch einen realtiv großen Bildwinkel darstellt. Die
Strahlung, welche durch ein feinmaschiges Netz von
Schlitzen 24 der Scheiben auf die Bildebene fällt,
reicht daher zur Identifizierung des Flugkörpers aus
und kann zum Einfangen durch die ρ/R-Blende 1, 2, 3
genutzt werden. In den Fig. 11a bis 11c ist jeweils
auf den Scheiben 1 bis 3 mit den Schlitzen 11′ bis 13′
ein solches feinmaschiges Netz durch eine Anzahl Gitterschlitze
am Rande dieser Scheiben eingearbeitet. Die
Gitterschlitze einer Scheibe verlaufen in bezug auf die
Schlitze 12 bis 13 bzw. 12′ bis 13′ gleich - und in bezug auf die
Gitterschlitze der anderen Scheibe gegenläufig. Die
gegenläufige Anordnung ist am besten der Fig. 12 zu
entnehmen, wo die beiden Scheiben einer Blende übereinanderliegend
dargestellt sind und durch den Schlitz
der oberen Scheibe 2 das Raster der Gitterschlitze 24
der unteren Scheibe 3 zu sehen ist. Die Gitterschlitze
besitzen Evolventenform und haben dadurch einen konstanten
Abstand voneinander. Die Breite der Gitterschlitze
beträgt wenige Prozent ihres gegenseitigen
Abstandes, so daß bei Überlagerung eines gegenläufigen
Schlitzmusters eine Transmission in der Größenordnung
einiger Promille entsteht. Die Breite des Gitterringes
wird so gewählt, daß nach dem Auffassen des Flugkörpers
sein Einfangen durch die ρ/R-Blende 1, 2, 3 gewährleistet
ist, bevor dieser durch die Lenkung zu sehr in
die Mitte 8 (Fig. 1) des Bildfeldes 5 geführt wird.
Verläuft diese Rückführung sehr schnell, so ist das Gitterraster
- die Schlitze ausgenommen - auf der ganzen
Blende aufzubringen.
Um das Einfangen des Flugkörpers zu beschleunigen, kann
die Blende 2, 3 nach Fig. 12 in eine sogenannte Erwartungsstellung
21 gebracht werden. Um diese Stellung zu
erreichen, werden nach Einschalten der Modulationsscheibe
7 (Fig. 1) die beiden Scheiben 2 und 3 solange gedreht,
bis die Lichtschranke 20 bzw. 20′ (Fig. 14b) jeweils
ihren Impuls abgibt und die Zählwerke auf Null gesetzt
werden. Daraufhin werden die beiden Scheiben auf
ihre vorprogrammierte Stelle gefahren, die entsprechend
dem voraussichtlichen Eintritt des Flugkörpers in das
Bildfeld bestimmt wird. In Fig. 12 wird der Flugkörper
beispielsweise von links oben bis oben erwartet, wobei
die Gitterschlitze 24 einen Transmissionsanteil von 5%
aufweisen. Es entsteht eine voll durchlässige Zentrumsluke
17, die - wie oben erwähnt - unschädlich ist. Des
weiteren gibt es einen Kreisring 22, in dem die Transmission
2,5‰ beträgt und, wenn die breiten Schlitze
bis in den Gitterschlitzring hineinragen, zwei in diesem
Kreisring befindliche Flächen 23 mit 5% Durchlässigkeit.
Der Kreisring kann entsprechend der Genauigkeit
der Voraussage des Flugkörpereintritts in seinem Öffnungswinkel
eingeschränkt werden, so daß er in Erwartungsstellung
z. B. 180° beträgt, während der Kreisring-
Ausschnitt, in dem sich die beiden Blendenbleche überdecken,
immer kleiner wird, je mehr der Flugkörper zur
Mitte geführt wird.
Bei Modulationssystemen mit zwei verschieden großen
Bildwinkeln bleibt der Winkel Rth gleich, während sich
die Ablage r des Bildes und damit auch der Korrekturwinkel
δ entsprechend dem Vergrößerungsverhältnis β
=f₂/f₁ der Objektive ändern. Somit muß man die neue
Stellung der Blende nach dem Umschalten aus der alten
Stellung berechnen und während dem Umschaltvorgang die
entsprechenden Winkelschritte nachstellen. Die Umschaltung
von ρ₁ zu ρ₂ wird entsprechend Fig. 13a durch die
β-fache Addition oder Subtraktion des Winkels ρ₁ durchgeführt.
Da gemäß Fig. 13b der Korrekturwinkel δn keine
lineare Funktion darstellt, muß ein Faktor δn1 → -n2
=y · ρn1≈δn2 ermittelt werden, so daß bei ganzzahligem
y eine möglichst kleine Abweichung zu δn2 entsteht.
Die in diesen beiden Figuren strichpunktierte Linie entspricht
derjenigen der Fig. 8a bzw. 4b und deutet die
zugehörigen Schlitze 11′ bzw. 12 an. Auf diesen Linien
stellen die Positionen 6 n1 bzw. 6 n2 die Abbildung des
Strahlers 6 - der jeweiligen Brennweite zugeordnet - dar.
Somit kann die neue Stellung der Scheiben nach folgenden
Formeln auf wenige Schritte Genauigkeit berechnet werden:
Scheibe 1: Rn1 → n2 | |
= Rn1 + δn1 → n2 | |
= Rn1 + yρn1 | |
Scheibe 2: Rn1 → n2 - ρn1-n2 | = Rn1 → n2 + δn1 → n2 - βρn1 |
= Rn1 + (y - β) ρn1 | |
Scheibe 3: Rn1 → n2 + ρn1-n2 | = Rn1 → n2 + δn1 → n2 + βρn1 |
= Rn1 + (y - β) ρn1 |
Nach erfolgtem Umschalten wird die Berechnung der Blendennachführung
wieder normal gemäß den neuen Meßwerten
Rn2 und ρn2 fortgesetzt.
Claims (20)
1. Verfahren zum Abschatten von Störzielen in der Bildebene
einer Flugkörper-Lenkvorrichtung mit Hilfe
einer mechanischen Blende, die auf einem hinter der
Bildebene angeordneten Detektor nach dem Start des
Flugkörpers nur die Strahlungsenergie des eigenen
Bildbereichs sowie diejenige seiner unmittelbaren
Umgebung zur Abbildung gelangen läßt, die zuvor
in der Bildebene mit konstanter Frequenz moduliert
wurde, wobei eine Ablage des Flugkörpers von der
optischen Achse eine als Frequenzhub Δf bezeichnete
sinusförmige Abweichung von der Mittelfrequenz
bewirkt, die ein Maß für die Ablage r des
Flugkörpers von der optischen Achse darstellt,
während die zeitliche Verschiebung Δt des Nulldurchgangs
des Frequenzhubs ein Maß für die Winkellage
R im Polarkoordinatensystem ist, dadurch
gekennzeichnet, daß
- a) die Winkellage R des Flugkörpers (6) und der Frequenzhub Δf in gleichgroße Winkelschritte unterteilt werden,
- b) eine Blende in Form von zumindest zwei hintereinander sowie koaxial zum Mittelpunkt (8) der Bildebene angeordneten Schlitzscheiben (1; 2; 3) verwendet wird,
- c) die Scheiben (1; 2; 3) so verdreht werden, daß zumindest ein als Blendenloch (18) verwendbarer Kreuzungsbereich der zugehörigen Schlitze (11 bis 13′) entsteht,
- d) das Blendenloch (18) mit der Abbildung der Strahlungsenergie des Flugkörpers (6) in der Bildebene zur Deckung gebracht wird und
- e) die den Flugkörper (6) steuernden Ablagesignale zur Steuerung der Schlitzscheiben (1; 2; 3) verwendet werden, so daß der Flugkörper durch weiteres Verdrehen der Schlitzscheiben zusammen mit dem Blendenloch (18) in den von der Blende gleichfalls nicht abgeschatteten Mittelpunkt der Bildebene geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Blendenloch (18)
im Bildfeld (5) durch Verdrehen der Schlitzscheiben
(1; 2; 3) um die Winkellage Rn bzw. Rn minus
oder plus den Tiefenwinkel ρn verschoben werden
(Fig. 5a, 5b und 9a bis 9c).
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet
durch die Verwendung bei einer
Nachführvorrichtung.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der von der Blende
nicht abgedeckte Mittelpunkt auf einen festen Zielstrahler
(6) ausgerichtet, mit dem Blendenloch (18)
unabhängig hiervon die relative Lage eines Flugkörpers
(6′) in R- und ρ-Stellung bestimmt wird und
von beiden ZIelen zeitlich voneinander getrennte Ablagesignale
gewonnen werden (Fig. 10).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch
gekennzeichnet, daß als
fester Zielstrahler ein Fixstern benutzt und der
restliche Sternenhimmel voll ausgeblendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß zusammen
mit den beiden Schlitzscheiben (1; 2; 3)
eine weitere, die beiden Strahler abwechselnd
hindurchlassende Scheibe (4) mit einer um die
Exzentrizität e versetzten Drehachse (B′) verwendet
und diese Exzentrizität in ihrer Winkellage der
Winkellage Rn des Flugkörpers (6′) nachgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der von dem Blendenloch (18) gegen das
Umfeld geschützte und in den nicht abgedeckten
Mittelpunkt bzw. in die Visierlinie übergeführte
erste Flugkörper - durch die weitere
Scheibe (4) geschützt - auf sein Ziel gesteuert,
parallel hierzu ein zweiter Flugkörper (6′) auf
eine vorgegebene seitliche Wartebahn abgeschossen,
durch die wieder freie Blende (1; 2; 3) geschützt,
auf eine zweite Ziellinie geführt, dort bis zum Erreichen
des ersten Ziels durch den ersten Flugkörper
gehalten, dann ein zweites Ziel anvisiert, die
vorgegebene Wartebahn aufgehoben, und schließlich
der zweite Flugkörper in die Visierlinie bzw. in das
ihm zugedachte Ziel gelenkt wird, und dann wieder
parallel hierzu ein dritter, anschließend vierter
usw. Flugkörper abgeschossen wird.
8. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Modulator (7) eingeschaltet und die beiden
Schlitzscheiben (2; 3) in eine vorprogrammierte,
dem voraussichtlichen Eintritt des Flugkörpers entsprechende
Erwartungsstellung (21) gedreht werden
(Fig. 12).
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch
gekennzeichnet, daß die Scheiben
(1; 2; 3) kreisförmig ausgebildet sind und je einen
sich vom gemeinsamen Mittelpunkt (8) auf unterschiedlichen
Wegen bis in den Randbereich erstreckenden
Schlitz (11 bis 13′) aufweisen, von denen der eine
kreissektor- und der andere spiralförmig ausgebildet
ist und beide Scheiben einen gemeinsamen Mittelpunkt
in Form einer im wesentlichen kreisförmigen
Luke (17) besitzen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der radiale Zuwachs
der Spirale dem Abstand aus der Bildmitte
und der Winkelzuwachs der Änderung des
Frequenzhubs Δf entspricht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Scheibe (1) mit dem kreissektorförmigen Schlitz
(11 bzw. 11′) durch eine Scheibe (3) ersetzt ist,
die einen zum spiralförmigen Schlitz (12 bzw. 12′)
spiegelbildlich ausgebildeten Schlitz (13 bzw. 13′)
aufweist (Fig. 5b und 9b).
12. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kurvenform beider Schlitze in der Bildebene um
einen Korrekturfaktor δ stärker oder schwächer gekrümmt
ausgebildet ist (Fig. 8a bis 8c).
13. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Exzentrizität e mindestens dem halben
Durchmesser des festen Zielstrahlers entspricht.
14. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die kreisförmigen Schlitzscheiben entweder
als über einen Schrittmotor (26 bzw. 26′)
oder über einen kontinuierlichen Antrieb mit Motor
und Tachogenerator antreibbare Zahnräder (19; 19′)
oder aber als Reibrad- oder Riemenantrieb ausgebildet
sind (Fig. 14a, 14b, 15).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anfangsstellung
mit R=0° gekennzeichnet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, daß eine definierte
Stelle am Umfang der Schlitzscheibe oder des zugehörigen
Zahnkopfes (19 bzw. 19′) verspiegelt ausgebildet
und eine sich bei Anfangsstellung schließende
und ein Zählwerk auf Null setzende Lichtschranke
(20 bzw. 20′) mit Lichtquelle und Empfänger
gegenüber aufgestellt ist (Fig. 14b).
17. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
in den Scheiben (1; 2; 3) zu den vergleichsweise großen
Schlitzen (11 bis 13′) ein feinmaschiges Netz von
gegenläufig angeordneten und eine Evolventenform mit
konstanten Abständen besitzenden Gitterschlitzen
(24) eingearbeitet ist, deren Breite verglichen mit
ihrem gegenseitigen Abstand wenig Prozent beträgt
(Fig. 11a bis 11c).
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß das Netz von Gitterschlitzen
(24) auf der Schlitzscheibe (1; 2; 3) als
ein zu dieser konzentrisch verlaufender Ring angeordnet
ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ersten Schlitzscheiben (1) und
die zweiten Schlitzscheiben (2) wenigstens zweier
Blenden (1, 2) durch je eine Übersetzung (33 bzw.
34) untereinander und die Schlitzscheiben der einen
Blende jeweils über ein Getriebe (31/32 bzw.
31′/32′) mit dem Schrittmotor (26 bzw. 26′) in
Eingriff stehen, während die Schlitzscheiben der
anderen Blende mit je einer Lichtschranke (20 bzw.
20′) zusammenwirken (Fig. 14b).
20. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder einem der vorausgehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schlitzscheiben (1; 2; 3)
unterschiedliche oder gleichgroße Durchmesser aufweisen,
und an der Bodenseite von im wesentlichen
topfförmig ausgebildeten sowie über ein Doppelkugellager
(29, 30) miteinander verbundenen und in einem
Gehäuse (25) gehalterten Fassungen (27; 28) befestigt
sind.
Priority Applications (4)
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DE2655306B2 (de) * | 1976-12-07 | 1980-11-27 | Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh, 8000 Muenchen | Verfahren und Vorrichtung zur Ausblendung von Störstrahlern in einer Einrichtung zur optischen Lenkung von Flugkörpern |
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