DE1268986B

DE1268986B - Remote control device for unmanned aerial vehicles

Info

Publication number: DE1268986B
Application number: DEP1268A
Authority: DE
Inventors: Roy Pedlar; Sephen William Tonkin
Original assignee: British Aircraft Corp Ltd
Current assignee: British Aircraft Corp Ltd
Priority date: 1962-03-16
Filing date: 1963-03-15
Publication date: 1968-05-22

Description

Fernsteuereinrichtung für unbemannte Flugkörper Die Erfindung betrifft eine Fernsteuereinrichtung für unbemannte Flugkörper, die in niedriger Flughöhe einsetzbar und nur innerhalb des Start- und Landebereiches radarmäßig erfaßbar sind, mit einer nach dem Inertial-Navigationsprinzip arbeitenden Bordortungsanlage, die für Start und Landung sowie zur Standortkontrolle mit einer Bodensende- und Empfangsstation zusammenwirkt.Remote control device for unmanned missiles The invention relates to a remote control device for unmanned aerial vehicles operating at low altitudes can be used and can only be detected by radar within the take-off and landing area, with an on-board tracking system that works according to the inertial navigation principle, the for take-off and landing as well as for location control with a ground transmitting and receiving station cooperates.

Bei den bekannten Fernsteuereinrichtungen für diesen Einsatzweg dient die nach dem Inertial-Navigationsprinzip arbeitende Bordortungsanlage dazu, die Beschleunigung des Flugkörpers zu ermitteln und daraus die Flugbahn zu berechnen. Andererseits kann die Position eines Flugkörpers auch mittels Radarortung von einer Bodenstation aus ermittelt werden. In the known remote control devices for this route of use is used the on-board tracking system, which works according to the inertial navigation principle, the To determine the acceleration of the missile and to calculate the flight path from it. On the other hand, the position of a missile can also be determined by means of radar location from a Ground station can be determined from.

Es ist eine Fernsteuereinrichtung für eine Rakete bekannt, bei der die Rakete eine Inertial-Navigationsanlage trägt und die Bodenstation mit Radar ausgerüstet ist. Die von der Inertial-Navigationsanlage und der Radaranlage ermittelten Informationswerte werden einem Rechengerät zugeführt, das somit die Position der Rakete sehr genau errechnen kann. Falls jedoch eine Radarortung infolge geringer Flughöhen nicht möglich ist, ist man auf die Daten der Navigationsanlage allein angewiesen, die ein genaues Fernsteuern des Flugkörpers nicht erlauben.There is known a remote control device for a missile in which the missile carries an inertial navigation system and the ground station with radar is equipped. Those determined by the inertial navigation system and the radar system Information values are fed to a computing device, which thus the position of the Rocket can calculate very precisely. However, if a radar location is lower as a result Flight altitudes are not possible, one is solely on the data of the navigation system instructed, which do not allow precise remote control of the missile.

Dieser Nachteil wird durch die Erfindung beseitigt, die gekennzeichnet ist durch eine im Flugkörper angeordnete Programmiereinheit sowie durch ein mit Daten der Programmiereinheit und der Bordortungsanlage gespeistes und die Ruderorgane des Flugkörpers steuerndes Rechengerät und durch eine Kursberichtigungsanlage, die bei einem programmierten Flugmanöver aus von der Bodenstation erfaßten und in Standortimpulse umgewandelten Bereichs signalen Korrektursignale ableitet und an das Rechengerät weitergibt. This disadvantage is eliminated by the invention, which is characterized is by a programming unit arranged in the missile and by a with Data supplied by the programming unit and the on-board tracking system and the rudder organs of the missile controlling computing device and by a course correction system that during a programmed flight maneuver acquired from the ground station and converted into position impulses converted range signals and derives correction signals to the computing device passes on.

Mittels der Programmiereinheit ist es möglich, den Flugkörper verschiedene Manöver ausführen zu lassen. Für Aufklärungszwecke ist es z. B. erwünscht, daß der Flugkörper zunächst auf eine bestimmte Höhe aufsteigt, um die gewünschten Aufklärungsdaten zu erhalten, worauf der Flugkörper noch weiter aufsteigt und die gesammelten Daten zu einem früheren Zeitpunkt an die Bodenstation übermittelt, als es sonst möglich wäre. Die Kurssteuerwerte werden allein von der im Flugkörper angeordneten Bordortungsanlage abgeleitet. Die von der Bodenstation gesendeten Standortimpulse dienen dazu, Ungenauigkeiten der Bordortungsanlage auszugleichen; hierbei kann jedoch voller Gebrauch von der im Flugkörper ohnehin vorhandenen Kurssteuereinrichtung gemacht werden. Auf diese Weise läßt sich eine hohe Genauigkeit des Kurses erzielen, da die von der Bordortungsanlage abgeleiteten Signale und die über die Bodenstation empfangenen Korrektursignale, die den wirklichen Standort des Flugkörpers angeben, eine dauernde Kursberichtigung bewirken. Je näher der Flugkörper sich dem Landebereich nähert, um so geringer wird die Abweichung vom programmierten Kurs, bis sie im Landebereich vernachlässigbar ist. By means of the programming unit it is possible to set the missile different To perform maneuvers. For educational purposes it is z. B. desired that the Missile first ascends to a certain altitude in order to obtain the desired reconnaissance data to get what the missile soars even further and the collected data transmitted to the ground station at an earlier point in time than would otherwise be possible were. The course control values are only provided by the on-board tracking system arranged in the missile derived. The location impulses sent by the ground station serve to avoid inaccuracies balance the on-board tracking system; however, full use of the in the missile already existing course control device can be made. To this Way can be achieved a high accuracy of the course, since that of the on-board tracking system derived signals and the correction signals received via the ground station, which indicate the real location of the missile, a permanent course correction cause. The closer the missile approaches the landing area, the smaller it gets the deviation from the programmed course until it is negligible in the landing area is.

Vorzugsweise werden die Bereichssignale von einer mit der Kursberichtigungs anlage verbundenen Empfangs-Sende-Vorrichtung aufgenommen und an die Bodenstation zurückgestrahlt, von wo sie nach Umwandlung in Standortimpulse an die Kursberichtigungsanlage gesendet werden. Preferably, the range signals are from one with the course correction System-connected receiving-transmitting device received and sent to the ground station reflected back, from where, after conversion into location impulses, they are sent to the course correction system be sent.

Ein Ausführungsbeispiel der Fernsteuereinrichtung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 ein Blockdiagramm einer Fernsteuereinrichtung und F i g. 2 ein Diagramm zur Darstellung der abwechselnden Sendung von Bereichssignalen und Standortimpulsen über den gleichen Kanal. An embodiment of the remote control device is shown in the drawing shown. It shows F i g. 1 is a block diagram of a remote control device and F i g. 2 is a diagram showing the alternating transmission of area signals and location pulses over the same channel.

Der Flugkörper besitzt außer einer Einrichtung zum senkrechten Starten und Landen einen geeigneten Vortrieb und Ruderorgane zur Höhen- und Geschwindigkeitsregelung. Er besitzt außerdem einen Flugregler 10 und eine Programmiereinheitl2, die den Flug des Flugkörpers mittels des Rechengeräts 14 über einen weiten Bereich steuern. Zu dem Flugregler gehört eine nach dem Inertial-Navigationsprinzip arbeitende Bordortungsanlage, von der der Flugbewegung entsprechende elektrische Signale in das Rechengerät eingespeist werden. Das in das Rechengerät eingegebene Programm dient dazu, den Flugkörper von seiner Startstelle in das Aufklärungsgebiet zu lenken und von da wieder zurück zum Landebereich, der aus einem Start- und Landefahrzeug bestehen kann, zu führen. In addition to a device for vertical launch, the missile has and landing a suitable propulsion and rudder organs for height and speed control. It also has a flight controller 10 and a programming unit 12 that controls the flight control the missile by means of the computing device 14 over a wide range. to to the Flight controller is one based on the inertial navigation principle working on-board tracking system, from the electrical one corresponding to the flight movement Signals are fed into the computing device. The one entered into the computing device The program is used to move the missile from its launch site into the reconnaissance area to steer and from there back to the landing area, which consists of a take-off and landing vehicle can exist to lead.

Eine derartige im Flugzeug angeordnete Kurssteueranlage würde jedoch nicht genügen, den Flugkörper mit der gewünschten Genauigkeit in den Landebereich zurückzubringen. Such a course control system arranged in the aircraft would, however not enough to get the missile into the landing area with the desired accuracy bring back.

Im Flugkörper befindet sich ein Datensammler 16, in dem beim Aufklären gesammelte Information gespeichert wird, damit sie später an die Bodenstation übertragen werden kann. Diese Übertragung findet unter Steuerung einer Programmiereinheit 18 statt, wenn das Flugzeug weit genug aufgestiegen ist. Zur Ubertragung dient ein C-Sender 20 mit einer Antennenanlage 22. Ein C-Empfänger 24 empfängt mit seiner winkelverstellbaren Antenne 26 die C-Signale und gibt sie über die Programmiereinheit 28 an einen Informationsspeicher 30 weiter. In the missile there is a data collector 16 in which during reconnaissance Collected information is saved so that it can later be transmitted to the ground station can be. This transfer takes place under the control of a programming unit 18 instead of when the plane has climbed far enough. A is used for transmission C transmitter 20 with an antenna system 22. A C receiver 24 receives with its The angle-adjustable antenna 26 receives the C signals and outputs them via the programming unit 28 to an information memory 30 on.

Um den Flugkörper mit genügender Genauigkeit in den Landebereich zurückzubringen, ist in der Bodenstation ein X-Sender 32 vorgesehen, der mittels einer winkelverstellbaren Antenne 34 Bereichssignale ausstrahlt. Die Bereichssignale werden von einer mit einem X-Empfänger 38 verbundenen Empfangsantenne 36 aufgefangen. Der Empfänger 38 und Sender 20 zusammen mit einem Gatter 40 und einem Modulator 42 sowie die Programmiereinheit 18 bilden zusammen eine Empfangs-Sende-Vorrichtung die bei Empfang der Bereichssignale entsprechende Signale, die für die Lage des Flugkörpers charakteristisch sind, an den C-Empfänger zurücksendet. Die Zeitdauer, die verstreicht, bis ein von der Bodenstation gesendetes Signal an der Bodenstation wieder aufgefangen wird, entspricht dem Abstand des Flugkörpers von der Bodenstation. Die in der Bodenstation aufgefangenen Bereichssignale gelangen über eine Bereichseinheit 44 an eine Recheneinheit 46, die aus diesen Bereichssignalen und der Winkelstellung der Antenne 26 den Standort des Flugkörpers bezüglich des Landebereichs berechnet. Die Antennen 26 und 34 werden unter der Steuerung des C-Empfängers 24 gemeinsam mittels eines Servogeräts 52 derart eingestellt, daß sie immer zum Flugkörper hin gerichtet sind. Das Rechengerät gibt die Standortsignale über eine Kodiereinheit 48 an den X-Sender 32 weiter, der sie abwechselnd mit den Bereichssignalen an den X-Empfänger 38 des Flugkörpers überträgt. Die Standortsignale gelangen durch das Gatter 40, das die Standortsignale von den Bereichssignalen trennt und sie an das Rechengerät 14 weitergibt, wo sie zur Korrektur des vom Rechengerät berechneten Standorts dienen. To get the missile into the landing area with sufficient accuracy bring back, an X-transmitter 32 is provided in the ground station, which means an angle-adjustable antenna 34 emits area signals. The area signals are picked up by a receiving antenna 36 connected to an X receiver 38. The receiver 38 and transmitter 20 together with a gate 40 and a modulator 42 and the programming unit 18 together form a receiving-transmitting device the signals corresponding to the reception of the area signals that are relevant for the location of the Missile are characteristic, sent back to the C-receiver. The length of time which elapses until a signal sent by the ground station is sent to the ground station is caught again, corresponds to the distance of the missile from the ground station. The area signals captured in the ground station are transmitted via an area unit 44 to a computing unit 46, which is derived from these range signals and the angular position the antenna 26 calculates the location of the missile with respect to the landing area. The antennas 26 and 34 become common under the control of the C-receiver 24 adjusted by means of a servo device 52 in such a way that it always points towards the missile are directed. The computing device gives the location signals via a coding unit 48 to the X transmitter 32, which alternates with the range signals to the X receiver 38 of the missile transmits. The location signals come through the Gate 40 that separates the location signals from the area signals and sends them to the Computing device 14 passes on where they are used to correct the calculated by the computing device Serve location.

Um zu vermeiden, daß der Flugkörper über den Landebereich hinausschießt, werden die ersten Bereichssignale und Standortimpulse bereits übertragen, ehe der Flugkörper in den Bereich gelangt, in dem er zwecks Landung seinen Flug verzögern sollte. To avoid the missile going beyond the landing area, the first area signals and location signals are transmitted before the Missile enters the area in which it will delay its flight for the purpose of landing should.

Im letzten Teil des Fluges wird die Geschwindigkeit des Flugkörpers durch das Flugprogramm gemäß der augenblicklichen Fluggeschwindigkeit und dem Abstand des Flugkörpers vom Landebereich verringert. The last part of the flight is the speed of the missile through the flight program according to the current airspeed and the distance of the missile from the landing area.

Durch die dauernde Flugbahnkorrektur kann der Flugkörper so weit an das zum Starten und Landen dienende Fahrzeug herangebracht werden, bis es sich etwa 100 m darüber und in einem Umkreis von etwa 20 m befindet. Die weitere Flugregelung wird danach von einer im Start- und Landefahrzeug angeordneten Fernsteuereinrichtung übernommen. The missile can go so far because of the constant flight path correction be brought up to the vehicle used for take-off and landing until it is about 100 m above it and within a radius of about 20 m. The further flight control is then controlled by a remote control device located in the take-off and landing vehicle accepted.

Diese automatische Fernsteuereinrichtung tritt in Tätigkeit, sobald ein auf dem Start- und Landefahrzeug angeordneter Phasendetektor 54 Landesignale, die von einer der vier Yogi-Antennen 56 eines im Flugkörper vorgesehenen Senders 58 ausgestrahlt werden, empfängt. Die Phasendifferenz zwischen den Signalen in sich gegenüberliegenden Armen eines jeden Paares der Antennen ist ein Maß für die Lage des Oszillators des Senders 58 bezüglich der senkrechten Achse, die durch den Mittelpunkt des Landebereichs verläuft. Während dieses Zeitabschnitts wird die Vertikalgeschwindigkeit des Flugkörpers in Abhängigkeit von Höhensignalen gesteuert, die von einem Höhenmesser 60 in das Rechengerät 14 eingegeben werden. Wenn der Phasendetektor die Landesignale auffängt, gibt er an einen Sender 62 ein Signal weiter, das die Landung ankündigt. Der Sender 62 bildet mit einem Empfänger 64 eine drahtlose Verbindung zwischen dem Start- und Landefahrzeug und der Bodenstation. Sobald der Empfänger 64 ein Landesignal empfängt, betätigt er einen Schalter 66 und verhindert somit eine weitere Übertragung von Bereichssignalen. Wenn keine Bereichssignale mehr ausgestrahlt werden, wird ein Schalter 68 im Flugkörper betätigt, worauf der Rechner 14 außer Betrieb gesetzt wird und die Flugregelung des Flugkörpers ausschließlich vom Start- und Landefahrzeug erfolgt. This automatic remote control device comes into operation as soon as a phase detector 54 landing signals arranged on the take-off and landing vehicle, from one of the four Yogi antennas 56 of a transmitter provided in the missile 58 broadcast, receives. The phase difference between the signals in itself opposite arms of each pair of antennae is a measure of location of the oscillator of the transmitter 58 with respect to the vertical axis passing through the center of the landing area. During this period the vertical speed will be of the missile is controlled as a function of altitude signals from an altimeter 60 can be entered into the computing device 14. When the phase detector receives the landing signals intercepts, it forwards a signal to a transmitter 62 that announces the landing. The transmitter 62 forms with a receiver 64 a wireless connection between the Take-off and landing vehicle and the ground station. As soon as the receiver 64 receives a landing signal receives, he actuates a switch 66 and thus prevents further transmission of range signals. When area signals are no longer broadcast, will a switch 68 actuated in the missile, whereupon the computer 14 is put out of operation and the flight control of the missile exclusively from the take-off and landing vehicle he follows.

Zu diesem Zweck ist im Start- und Landefahrzeug ein Rechengerät 7 vorgesehen, das in Abhängigkeit von den Phasendetektor-Signalen die erforderliche Bewegung des Flugkörpers berechnet und Kurssteuersignale, die den Winkelabweichungen des Flugkörpers von den beim Start eingenommenen Achsen entsprechen, über einen Umformer 72 an einen Niederfrequenz-X-Sender74 abgibt. Die Kurssteuersignale werden vom X-Empfänger des Flugkörpers aufgefangen und über den Schalter 68 an den Zugregler 10 weitergegeben. Auf diese Weise wird die Lage des Flugkörpers so lange korrigiert, bis er sich über dem Start- und Landefahrzeug befindet und lotrecht zur Landung ansetzen kann.For this purpose, a computing device 7 is in the take-off and landing vehicle provided that the required depending on the phase detector signals Movement of the missile is calculated and heading signals that the angular deviations of the missile correspond to the axes taken on take-off, via a Transformer 72 outputs to a low frequency X transmitter 74. The heading signals are caught by the missile's X receiver and sent to the draft regulator via switch 68 10 passed. In this way, the position of the missile is corrected for as long as until it is above the take-off and landing vehicle and perpendicular to the landing can start.

Da die Flughöhe durch die Signale des Höhenmessers bekannt ist, kann der Flugkörper die Phasen differenzen als Abweichungen in der Längs- und Gierrichtung auffassen und entsprechende Korrekturbeschleunigungen veranlassen. Wenn man die Antennen in einem Abstand von ungefähr 3 m anordnet und einen Oszillator von 100 MHz verwendet, ergibt eine Abweichung von 1/40 Wellenlänge eine Auflösung von 0,3 m auf 30 m. Since the flight altitude is known from the signals from the altimeter, the missile's phases differ as deviations in the longitudinal and yaw directions grasp and initiate appropriate correction accelerations. If you have the Arranging antennas about 3 m apart and an oscillator of 100 MHz is used, a deviation of 1/40 wavelength gives a resolution of 0.3 m to 30 m.

Sobald sich der Flugkörper zur Achse des Start-und Landefahrzeugs ausgerichtet hat, erfolgt seine Lotrechtlandung mit einer geeigneten konstanten Geschwindigkeit. Für alle drei Flugachsen erfolgt eine Geschwindigkeitsrückkopplung, um die einzelnen Schleifen des Flugkörpers zu stabilisieren. As soon as the missile moves towards the axis of the take-off and landing vehicle has aligned, its plumb landing takes place with a suitable constant Speed. There is a speed feedback for all three flight axes, to stabilize the individual loops of the missile.

In einem typischen Einsatz führt der Flugkörper also eine Steigkurve aus, sobald er die Aufklärungsinformation erlangt hat, beginnt dann seinen Rückflug und überträgt die Aufklärungsdaten über den C-Sender an die Bodenstation, sobald er genügend Höhe gewonnen hat. Die Steigkurve wird durch die Programmiereinheit 12 und die Datenübertragung durch die Programmiereinheit 18 veranlaßt. Die Signale werden von dem C-Empfänger aufgefangen und in einem Informationsspeicher gesammelt. In a typical mission, the missile thus follows a climb curve as soon as he has obtained the reconnaissance information, his return flight then begins and transmits the reconnaissance data via the C-transmitter to the ground station as soon as he enough Has gained height. The rise curve is made by the programming unit 12 and the data transmission is initiated by the programming unit 18. The signals are intercepted by the C receiver and collected in an information store.

Nach Programm verringert das Flugzeug darauf seine Höhe, bis es seine Reisehöhe erreicht hat (z. B. According to the program, the aircraft will then decrease its altitude until it reaches its Has reached travel altitude (e.g.

60 m); etwa 11,2 km von der Bodenstation entfernt steigt es jedoch wieder auf, damit es die Bereichssignale vom X-Sender empfangen kann. Das Rechengerät 46 berechnet aus den zurückgesendeten Bereichssignalen die wirkliche Lage des Flugkörpers bezüglich der Startachse.60 m); however, it rises about 11.2 km from the ground station again so that it can receive the range signals from the X-transmitter. The computing device 46 calculates the real position of the missile from the range signals sent back with respect to the starting axis.

Durch Verwendung einer programmierten Kurssteuerung und die Übertragung aufeinanderfolgender Standortsignale ist sichergestellt, daß bei einer Unterbrechung der Verbindung (z. B. durch Abschirmung), was eine Verringerung der Korrekturmöglichkeit zur Folge hat, die Kursregelung des Flugkörpers sich immer noch auf Informationen stützt, die kurz vor der Unterbrechung richtig waren. By using a programmed course control and broadcasting successive location signals ensure that in the event of an interruption the connection (e.g. by shielding), which reduces the possibility of correction As a result, the missile's heading control is still based on information that were correct shortly before the interruption.

Claims

Claims: 1. Remote control device for unmanned missiles, which can be used at low altitudes and only within the take-off and landing area Can be detected by radar, with a working according to the inertial navigation principle On-board tracking system that is used for take-off and landing as well as for location control with a Ground transmitting and receiving station cooperates, g e k e n n n z e i c h -n e t d u r c h a programming unit (12) arranged in the missile and a with Data supplied by the programming unit and the on-board tracking system and the rudder organs the missile controlling computing device (14) and by a course correction system, those detected by the ground station during a programmed flight maneuver and in Location impulses converted area signals derives and corrects signals the computing device passes on.

2. Remote control device according to claim 1, characterized in that that the range signals from a receiving-transmitting device connected to the course correction system (18, 20, 38, 40, 42) are recorded and reflected back to the ground station, from where they are sent to the course correction facility after conversion.

3. Remote control device according to claim 1 and 2, characterized in that that the area signals and the location signals alternate from a single in the ground station arranged transmitter (32) are broadcast.

4. Remote control device according to claims 1 to 3, characterized in that that the flight control of the missile takes place in the detectable landing area a transmitting device (58) arranged in the missile for transmitting landing signals and by a phase detector (54) arranged in the landing area for receiving of the landing signals and a computing device (70) connected to the phase detector, the determines the course control signals to be transmitted to the missile.

5. Remote control device according to claim 4, characterized in that that by the phase detector (54) when receiving a landing signal a transmission of further range signals are prevented. ~~~~~~~~ Publications considered: U.S. Patent No. 3,008,668.