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Dokumentenidentifikation DE4002063A1 27.03.1997
Titel Navigationssystem und Verfahren zur Navigation
Anmelder British Aerospace plc, London, GB
Erfinder Catchesides, Phillip, Filton, Bristol, GB;
Ball, Richard Francis, Filton, Bristol, GB
Vertreter G. Koch und Kollegen, 80339 München
DE-Anmeldedatum 25.01.1990
DE-Aktenzeichen 4002063
Offenlegungstag 27.03.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.03.1997
IPC-Hauptklasse G01S 13/86
IPC-Nebenklasse F41G 7/20   
Zusammenfassung Ein Navigationssystem zur Bestimmung der Relativlage zweier Körper umfaßt einen Projektor, um ein Informationsfeld zu projizieren, das wenigstens teilweise auf beide Körper auftrifft, wobei wenigstens einem der Körper eine Empfängeranordnung zugeordnet ist, um das Informationsfeld zu bestimmen, das auf die beiden Körper auftrifft, und wobei Mittel vorgesehen sind, die auf den Empfänger ansprechen, um die Relativstellung der beiden Körper zu ermitteln.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf Navigationssysteme und Verfahren zur Bestimmung der Relativstellung zweier Körper, und insbesondere, aber nicht ausschließlich auf Systeme und Verfahren, mit denen ein Projektil nach einem Ziel geführt wird.

Bei einem herkömmlichen Projektil-Leitsystem erfolgt eine Nachführung auf das Ziel und es wird ein Informationsfeld um die nominelle Ziellage herum projiziert. Das Informationsfeld ist ein Strahlungsmuster, z. B. von einem Laser oder einem Radargerät, welches von einem Gegenstand in diesem Feld festgestellt werden kann, damit dieser Gegenstand seine Lage relativ zum Zentrum des Feldes festlegen und daraus Kurskorrektursignale ableiten kann, so daß sich das Objekt nach dem Zentrum des Feldes bewegt.

Es ist jedoch nicht möglich, das Zentrum des Feldes exakt auf das Ziel zu legen. Die Gründe hierfür bestehen darin, daß Zielnachführgeräte unvollkommene Vorrichtungen sind, und daß eine präzise Kollimation zwischen dem Nachführgerät und dem Feldprojektor nicht möglich ist. Wegen dieser Unzulänglichkeiten besteht immer ein Fehler zwischen der Mitte des Feldes und dem Ziel, und man muß das Feld zentrieren und nicht das Ziel, auf das das Projektil hin geleitet wird. Der Erfolg besteht darin, daß die Fehldistanz größer wird, so daß ein größerer Gefechtskopf und ein leistungsfähigerer Zünder Anwendung finden müssen.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, ein Navigationssystem zu schaffen, um die relative Lage zweier Köper festzustellen, wobei das System einen Projektor aufweist, um ein Informationsfeld zu projizieren, das wenigstens teilweise auf beide Körper einfällt, wobei wenigstens dem einen Körper ein Empfänger zugeordnet ist, um das Informationsfeld festzustellen, das auf die beiden Körper einfällt und wobei Mittel vorgesehen sind, die auf den Empfänger ansprechen, um die relative Lage der beiden Körper zu bestimmen.

Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung die Schaffung eines Geschoßleitsystems vor, um die Winkelstellungen eines Geschosses und eines Ziels relativ zu einem Bezugspunkt zu bestimmen, wobei ein Projektor ein Informationsfeld auf die nominelle Zielstellung richtet und ein Projektil einen nach hinten schauenden Informationsfeldempfänger aufweist, um das Informationsfeld vom Projektor zu empfangen, während ein nach vorn schauender Informationsfeldempfänger das Informationsfeld empfängt, das vom Ziel reflektiert wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung ein Geschoß mit Mitteln vor, um ein Informationsfeld zu empfangen, aus dem die Lage des Projektils relativ zu einem Bezugspunkt berechnet werden kann, wobei Mittel vorgesehen sind, um ein Informationsfeld zu empfangen, aus dem die Stellung eines Ziels relativ zu dem Bezugspunkt berechnet werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren vor, um die Relativstellungen von zwei Körpern zu bestimmen, und dieses Verfahren besteht darin, ein Informationsfeld zu projizieren, das wenigstens teilweise auf beide Körper auftrifft, wobei das Auftreffen des auf einen der Körper einfallenden Informationsfeldes festgestellt und dadurch die Relativstellung bestimmt wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit während des Fluges bzw. der Abschlußgeschwindigkeit zwischen Geschoß und Ziel fest, wobei dieses Verfahren eine Beleuchtung des Geschosses und des Ziels mit einem Strahl aus einer Quelle vorsieht, die allgemein auf eine Linie ausgerichtet ist, die Geschoß und Ziel verbindet, wonach die Auftreffzeiten der Strahlung am Geschoß, die direkt von der Quelle herrühren und die vom Ziel reflektierte Strahlung gemessen werden, um die Geschwindigkeit zu bestimmen.

Die Erfindung kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden und ein Ausführungsbeispiel hiervon wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 veranschaulicht das Prinzip der Arbeitsweise eines herkömmlichen Informationsfeld-Leitsystems;

Fig. 2 zeigt die Prinzipien der Arbeitsweise eines Projektil- Leitsystems gemäß der Erfindung;

Fig. 3 veranschaulicht den Vorderteil eines Projektils zur Benutzung in dem System nach Fig. 2;

Fig. 4 veranschaulicht ein schematisches Schaltbild der Führungssteuerschleife für das Projektil nach Fig. 3.

Bei einem herkömmlichen System, welches in Fig. 1 dargestellt ist, erfolgt eine Nachführung auf das Ziel (10) durch ein Zielverfolgungsgerät (12), welches den Feldprojektor so bewegt, daß seine Justierlinie nach dem Ziel hin gerichtet ist. Der Feldprojektor (14) projiziert ein Informationsfeld (16), welches bezüglich der Justierlinie zentriert ist und das Projektil (18) anstrahlt, so daß ein nach hinten gerichteter, nicht dargestellter Informationsfeldempfänger im Projektil seine Lage relativ zum Zentrum des Feldes bestimmen kann.

Beispiele typischer Informationsfeld-Leitsysteme sind in den GB-A-21 33 652 und 21 58 316 beschrieben.

Bei der dargestellten Anordnung berechnet das Projektil seine X- und Y-Koordinaten relativ zur Mitte des Feldes und es wird so gesteuert, daß es längs der Justierlinie des Feldprojektors fliegt. Wie jedoch oben erwähnt, trifft die Justierlinie, obgleich sie auf die nominelle Lage des Ziels durch das Zielverfolgungsgerät gerichtet wird, nicht genau das Ziel, so daß auch das Projektil am Ziel vorbeifliegen würde.

Das System gemäß Fig. 2 weist die gleichen Grundbestandteile wie das System nach Fig. 1 auf, aber der Flugkörper erfaßt sowohl das Informationsfeld direkt vom Feldprojektor (14) einerseits und andererseits das vom Ziel reflektierte Feld, wozu ein nach hinten weisender und ein nach vorn weisender Informationsfeldempfänger (20, 22) vorgesehen sind. Der Vorderteil des Projektils ist in Fig. 3 dargestellt. Der nach hinten schauende Empfänger (20) hat ein etwas breiteres Sichtfeld als der nach vorne schauende Empfänger (22), weil letzterer nur während der Endphase des Fluges des Projektils benutzt wird.

Das auf den nach hinten schauenden Empfänger (20) auftreffende Signal wird in herkömmlicher Weise verarbeitet, um die Position zwischen Projektil und Justierlinie zu bestimmen. Der nach vorn schauende Empfänger (22) erfaßt jenen Teil des Informationsfeldes, das vom Ziel reflektiert wird, und dieser Teil enthält eine Information, die repräsentativ ist für die Lage des Ziels relativ zur Justierlinie. Das Signal, das auf den nach vorn schauenden Empfänger (22) auftrifft, wird während der Endphase des Fluges verarbeitet, um die Lage zwischen Ziel und Justierlinie zu bestimmen. Die Projektil-Justierlinien-Stellungs-Daten werden während der Endphase mit den Ziel-Justierlinien- Stellungsdaten kombiniert, um die Lage zwischen Projektil und Ziel anzugeben. So kann das Projektil derart gesteuert werden, daß es das Ziel abfängt und nicht nur auf das Zentrum des Feldes geleitet wird.

Die Signale an den Empfängern (20 und 22) werden ebenfalls überwacht, um die Zeitdifferenz zwischen der Ankunft des Direkt- Informationsfeldsignals, welches vom nach hinten schauenden Detektor (20) geliefert wird, und der Ankunft des reflektierten Informationsfeldsignales zu bestimmen, das von dem nach vorn schauenden Empfänger (22) empfangen wird. Diese Zeitdifferenz kann verarbeitet werden, um die zu durchlaufende Entfernung und ihre Ableitung die Endgeschwindigkeit für Projektil und Ziel zu bestimmen.

Die Leitsteuerschleife für das Projektil ist in Fig. 4 dargestellt. Die Projektil-Justierlinien-Lage oder der Fehler wird kompensiert durch die Ziel-Justierlinien-Lage, und das resultierende Signal wird einem Leitcomputer (24) zugeführt, der das "Entfernungs"-Signal und relative Geschwindigkeitssignale empfängt und Signale zur Projektilsteuerung liefert. Während der anfänglichen Phase des Projektilfluges wird der Ziel-Justierlinienfehler auf 0 gesetzt, und es werden Berechnungen hinsichtlich Entfernung und Relativgeschwindigkeit angestellt. Für die letzte Anflugphase des Projektils werden die Werte für die Ziel-Justierlinien-Stellung, die tatsächliche Entfernung und die Relativgeschwindigkeit aus den Ausgängen der Informationsfeld-Empfänger abgeleitet.

Eine direkte Messung von Entfernung und Relativgeschwindigkeit ermöglicht eine beträchtliche Verbesserung der Leitgenauigkeit verglichen mit der Information, die durch indirekte Mittel erlangt wird, in Kombination mit der Verbesserung infolge der Bezugnahme auf die Relativlage zwischen Ziel und Projektil wird die Möglichkeit geschaffen, ein sogenanntes "Hittile"- Verhalten zu erlangen, wodurch das Projektil das Ziel direkt trifft.

Die Hardware-Ausbildung für das beschriebene System ist relativ einfach, da nur ein weiterer Informationsfeld-Empfänger/Decoder erforderlich ist und bezüglich der Software geringe Änderungen vorgesehen werden müssen. Ihre Technik ist auch von großem Nutzen da die Möglichkeit geschaffen wird, das Informationsfeld- Leitsystem genügend genau zu machen, so daß ein Laser-Informationsfeld-Leitsystem ersetzt werden kann, was eine Ersparnis an Kosten und Gewicht mit sich bringt.


Anspruch[de]
  1. 1. Navigationssystem zur Bestimmung der relativen Lage zweier Körper, dadurch gekennzeichnet, daß ein Projektor vorgesehen ist, um ein Informationsfeld zu projizieren, welches wenigstens teilweise auf beide Körper auftrifft, daß wenigstens einem der Körper ein Empfänger zugeordnet ist, um das Informationsfeld festzustellen, das auf die beiden Körper einfällt, und daß Mittel vorgesehen sind, die auf den Empfänger ansprechen, um die relative Stellung der Körper zu bestimmen.
  2. 2. Navigationssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Körper in Längsrichtung bezüglich des Projektors im Abstand liegen und der Empfänger demjenigen Körper zugeordnet ist, der dem Projektor näher liegt und einen nach hinten schauenden Informationsempfänger aufweist, um das darauf auffallende Informationsfeld zu empfangen, wobei ein weiterer nach vorn schauender Informationsempfänger vorgesehen ist, um das Informationsfeld zu empfangen, welches von dem anderen Körper reflektiert wurde.
  3. 3. Navigationssystem nach Anspruch 1 oder 2, welches einen Entfernungsmesser aufweist, der auf die relativen Ankunftszeiten des Informationsfeldes auf die Körper anspricht und dadurch ihre relative Entfernung bestimmt.
  4. 4. Projektilleitsystem zur Bestimmung der Winkellage eines Projektils und eines Ziels relativ zu einem Bezugspunkt, bei welchem ein Projektor ein Informationsfeld nach der nominellen Zielstellung hin richtet und das Projektil einen nach hinten schauenden Informationsfeld-Empfänger aufweist, um das Informationsfeld vom Projektor zu empfangen, und wobei ein weiterer, nach vorn schauender Informationsfeld-Empfänger am Projektil das vom Ziel reflektierte Informationsfeld empfängt.
  5. 5. Projektilleitsystem nach Anspruch 4, welches einen Entfernungsmesser aufweist, der auf die Ausgänge der nach hinten und nach vorn schauenden Informationsfeld-Empfänger anspricht, um die Entfernung zu bestimmen, die zwischen Projektil und Ziel zu durchlaufen ist, oder um die Endgeschwindigkeit zu bestimmen.
  6. 6. Projektilleitsystem nach den Ansprüchen 4 oder 5, welches eine Kurskorrektur-Verarbeitungsstufe aufweist, um die Ausgänge des nach hinten und nach vorn schauenden Empfängers und des Entfernungsmessers (wenn vorhanden) zu verarbeiten, um Kurskorrektursignale abzuleiten, mit denen das Projektil so geleitet wird, daß es das Ziel abfängt.
  7. 7. Projektilleitsystem nach Anspruch 6, bei welchem während eines anfänglichen Teils des Projektil-Trajektors Kurskorrektur- Befehle auf der Basis des Fehlers zwischen der Projektilachse berechnet werden und für den Endteil des Trajektors Kurskorrekturbefehle auf der Basis des Projektil-Ziel-Fehlers berechnet werden.
  8. 8. Projektil mit Mitteln zum Empfangen eines Informationsfeldes, aus dem die Lage des Projektils relativ zu einem Bezugspunkt berechnet werden kann und mit Mitteln zum Empfangen eines Informationsfeldes aus dem die Lage eines Ziels relativ zu dem Bezugspunkt berechnet werden kann.
  9. 9. Projektil nach Anspruch 8, bei welchem die Empfängermittel einen nach hinten schauenden Informationsfeld-Empfänger und einen nach vorn schauenden Informationsfeld-Empfänger aufweisen.
  10. 10. Projektil nach den Ansprüchen 8 oder 9, welches außerdem eine Kurskorrektur-Verarbeitungsstufe aufweist, um Kurskorrektur-Signale vom Ausgang der Empfänger abzuleiten.
  11. 11. Projektil nach Anspruch 10, bei welchem die Verarbeitungsstufe an Bord des Projektils angeordnet ist.
  12. 12. Verfahren zur Bestimmung der Relativstellung zweier Körper, bei welchem ein Informationsfeld projiziert wird, welches wenigstens teilweise auf die beiden Körper auftrifft und bei welchem das auf die Körper einfallende Informationsfeld festgestellt und daraus die Relativlage abgeleitet wird.
  13. 13. Verfahren zur Bestimmung der Fluggeschwindigkeit oder der Endgeschwindigkeit zwischen zwei Körpern, bei welchem die Körper mit einem Strahl aus einer Quelle beleuchtet werden, die allgemein auf die Körper ausgerichtet ist, wobei die Ankunftszeiten am Körper, der näher der Strahlungsquelle ist, und die Strahlung direkt von der Quelle empfängt, und der Echostrahlen von dem anderen Körper gemessen werden, um die Relativgeschwindigkeit zu bestimmen.
  14. 14. Verfahren nach den Ansprüchen 11 oder 12, bei welchem die Bestimmung der Zeitpunkte an Bord eines der Körper durchgeführt wird.






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