DE3735629C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur automatischen Azi­ mut-Übertragung und Vorstart-Nachkalibrierung gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Durch die DE-OS 36 22 064 der Anmelderin ist es bekanntgeworden, durch sogenannte Transfer-Ausrichtung des Anfangsazimuts bei einem senkrecht oder in der Elevation geneigt startenden Lenkflugkörper die Probleme der Anfangsausrichtung und Vorstart-Kalibrierung durch eine hochgenaue boden­ seitige Azimut-Referenz der Bodenanlage für ein Sensorpaket im Flugkörper zu verbessern. Die dort aufgezeigte Lösung hat den Vorteil, daß das zur Bodenanlage gehörende Peilgerät unmittelbar am Boden montiert bzw. in­ stalliert werden kann. Für gewisse Anwendungsfälle jedoch ist der Nachteil einer relativ komplizierten Vermessungsgeometrie mit großen Abmessungen gegeben, was vor allem für Flugkörper die mit variabler Elevation starten gilt.

Diesen Nachteil beseitigte man nun dadurch, daß noch vor dem Aufrichten des Flugkörpers die Azimutreferenz z. B. durch ein direkt neben dem noch waagrecht liegenden Flugkörper montiertes optisches Peilgerät von der Bo­ denanlage zum Flugkörper übertragen und die darauf erfolgende Aufrichtbe­ wegung durch die flugkörperseitigen Sensoren überwacht und hinsichtlich eines azimutrelevanten Anteils gemessen werden. Die weitere Anfangsaus­ richtung in der Neigung wird dann anschließend mittels Beschleunigungsmes­ ser im Flugkörper durchgeführt, die die Einkopplung der Schwerkraft messen.

Jedoch auch diese Lösung ist nicht optimal, denn sie ist mit dem Nachteil behaftet, daß nach der optischen Peilung und Übertragung des Anfangsazi­ muts bei der Erfassung des azimutrelevanten Anteils der anschließenden Aufrichtbewegung für diese Lösung spezifische Fehler auftreten, nämlich durch Achsfehler der flugkörperseitigen Kreisel, die die Aufrichtbewegung überwachen und zweitens durch Querneigungsfehler der Lotreferenz der Auf­ richtbewegung.

Der erstgenannte Achsfehler ergibt beispielsweise bei einem Wert von 0,3 mrad und einem Aufrichtwinkel von ca. 1 rad den Zusatzfehler von

(0,3 mrad) × 1 rad = 0,3 mrad

und bei einem Nullpunktfehler der für die Lotreferenz verwendeten flugkör­ perseitigen Beschleunigungsmesser von 0,2 mg und einem Aufrichtwinkel von 1 rad entsteht ein weiterer Zusatzfehler von

(0,2 mg/1 g) × 1 rad = 0,2 mrad.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Zusatzfehler, die das Gesamt-Fehlerbudget der Navigation des Flugkörpers belasten, zu beseitigen und damit eine hohe Genauigkeit des Flugkörper-Azimutsystems sowie eine zusätzliche Möglichkeit zur Vorstart-Nachkalibrierung der flug­ körperseitigen Geräte zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Maßnahmen er­ reicht. In den Unteransprüchen sind Maßnahmen zur Weiterbidung und Ausge­ staltung angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Aus­ führungsbeispiel erläutert und in den Figuren der Zeichnung skizziert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schemabild (Draufsicht) der Startanlage nach dem Stand der Technik vor dem Aufrichtvorgang des Lenkflugkörpers,

Fig. 1a ein Schemabild (Seitenansicht) des sog. Strapdown-Pakets in ver­ stellbarem Nickrahmen in horizontaler und in senkrechter Stellung des Flugkörpers,

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Funktion des Nickrahmens in schematischer Darstellung,

Fig. 3 eine Darstellung der Meßachsen ax, az und der Anfangsgeschwindig­ keit vx für eine sogenannte Wurfparabel,

Fig. 4 eine Darstellung der Kalibrierpositionen des Nickrahmens zur Nacheichung von ax und az in schematischer Darstellung,

Fig. 5 eine Darstellung der Kalibrierpositionen zum Nacheichen der Krei­ seldrift für die Gier- und Rollachse, einmal in bezug zur Erd­ drehung und zum andernmal in bezug zur Schwerkraft,

Fig. 6 eine Darstellung der Skalierung des Nickkreisels und der Achs­ kopplungen der Kreisel für Gieren und Rollen.

Wie bereits erwähnt, die genannten Zusatzfehler belasten das Gesamtfehler­ budget der Flugkörpernavigation und zur Erfüllung der gestellten Aufgabe wird vorgeschlagen, den gesamten Sensorblock 11 - auch "Strapdown-Paket" genannt - in einen variabel einstellbaren Nickrahmen 13 zu montieren, der durch eine zur Aufrichtbewegung rückläufige grobe Stellbewegung die ver­ bleibende, um die Nickachse 12 rotierende, Drehbewegung des Sensorblocks 11 bis auf einen kleinen Restfehler reduziert. Bei einem Restfehler von ca. 5 mrad ergibt sich nun beispielsweise folgende Minimierung der oben­ genannten Zusatzfehler:

Für den 1. Zusatzfehler:
(0,3 mrad) × 5 mrad = 0,0015 mrad;
Für den 2. Zusatzfehler:
(0,2 mg/1 g) × 5 mrad = 0,001 mrad.

Diese Fehlerwerte sind um Potenzen besser als sie bisher in Kauf genommen werden mußten. Nunmehr haben sie eine vernachlässigbare Größe erreicht.

Der vorgeschlagene verstellbare Nickrahmen "beseitigt" nicht nur die Zu­ satzfehler, sondern er erlaubt auch die Reduzierung einer Reihe von Feh­ lern der Sensoren des Strapdown-Paktes, beispielsweise Fehler, die durch Alterung oder durch Einflüsse der Anfangstemperatur entstehen usw. Diese Sensorfehler werden im Rahmen einer sogenannten "Vorstart-Kalibrierung" der einzelnen Sensormeßachsen, die in verschiedene Kalibrierausrichtungen gestellt werden, festgestellt und in dem Bordrechner 16 gespeichert. Die Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockchaltbild, das diesen Vorgang skiz­ ziert. Die Kalibriereinrichtung 15 gibt den gewünschten Einstellwert ent­ weder einem Winkelgeber 14, der danach den Nickrahmen 13 einstellt, oder einer Meßeinrichtung 14 a für die Achsen ax und az, die ihre Signale an den Nickrahmen 13 zu dessen Einstellung eingibt. Winkelgeber 14 und Meßein­ richtung 14 a geben ihren Sollwert dem Bordrechner 16 ein, der vom Nickrah­ men 13 den jeweiligen Istwert erhält und beispielsweise durch Differenz­ bildung nun den verbliebenen Zusatzfehler ermittelt und abspeichert. Während der Missionsphase treten im wesentlichen nur noch die späteren kurzfristigen Veränderungen der Sensorkennlinien als Fehlerquellen der Navigation auf.

Nachfolgend seien einige Beispiele für die vor dem Start nachkalibrier­ baren Sensorfehler skizziert. Die Fig. 3 der Zeichnung zeigt die Meßach­ sen ax und az für ein Trägerfahrzeug bzw. einen Flugkörper 10 mit annä­ hernd einer "Wurfparabel" gleichen Flugbahn. Für den Positionsfehler bei Flugende gilt hierbei annähernd:

(Distanzfehler 1/Gesamtdistanz) = 2 × Skalierungsfehler der Anfangsge­ schwindigkeit vx = 2 × Skalierungsfehler des Beschleunigungsmessers ax;
(Distanzfehler 2/Gesamtdistanz) = 0,5 × Flugzeit² × Nullpunktfehler der Beschleunigungsmesser ax bzw. az.

Aus Fig. 4 sind die vier Kalibrierungspositionen in die der Sensorblock 11 mit Hilfe des Nickrahmens 13 gegenüber der Schwerkraft eingestellt wird, um die Skalierungs- und Nullpunktfehler der betroffenen Beschleuni­ gungsmesser für ax und az vor dem Start zu eliminieren.

Die Fig. 5 zeigt schematisch die Kalibrierungspositionen gegenüber der Erddrehung und der Schwerkraft, in denen vor dem Start als weitere Sensor­ fehler die g-unabhängige Drift und die g-abhängige Drift der im Strapdown­ gerät - also dem Sensorpaket 11 mit trägerfest ausgerichteten Meßachsen - vorhandenen Wendekreisel für die Messung der Gier- und der Rollbewegung gemessen und nachkalibriert werden.

Da die Nickachse 12 bei den verschiedenen gezeigten Kalibrierpositionen im Raum feststeht, ist für die Nachkalibrierung des Kreisels der Nickachse nur eine Position verfügbar. Dadurch ist seine Drift nicht so ohne wei­ teres in einem g-abhängigen und einen g-unabhängigen Anteil zu separieren. Für diesen Kreisel kann aber - wie in Fig. 7 schematisch skizziert - der Skalierungsfehler dadurch problemlos nachkalibriert werden, in dem z. B. mit Hilfe eines Winkelgebers 14 im Nickrahmen 13 oder einer Meßeinrichtung 14 a für ax und az definierte Stellwinkel des Nickrahmens 13 angesteuert werden.

Wenn die Nickachse des Nickrahmens bei den Kalibrierbewegungen ausreichend genau geführt wird, so ist auch eine Nachkalibrierung der Kreuzkopplungen der Kreiselachsen für Gieren und Rollen gegenüber einer Nickbewegung mög­ lich.

Durch diese vorbeschriebenen Maßnahmen ist nun eine Anordnung geschaffen, die nicht nur eine hohe Genauigkeit des Azimut-Systems eines Flugkörpers bzw. einer Startanlage gewährleistet, sondern auch die zusätzliche Mög­ lichkeit einer Vorstart-Nachkalibrierung der trägerseitigen Geräte schafft.

Claims (3)

1. Anordnung zur automatischen Übertragung des Anfangsazimuts von einer in der Startanlage installierten Referenz auf das flugkörpersei­ tige Navigationsgerät und zur Vorstart-Nachkalibrierung bzw. Inertial­ navigation eines senkrecht oder in der Elevation geneigt startenden Lenkflugkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorpaket mit trä­ gerfest ausgerichteten Meßachsen (11) (Strapdownpaket) in einem variabel einstellbaren Nickrahmen (13) angeordnet ist, der sich automatisch der Aufrichtbewegung des Lenkflugkörpers (10) vor dem Start und der Fluglage nach dem Start durch entsprechende Drehung um die Nickachse (12) anpaßt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Nickrahmen (13) eine Einrichtung zur Vorstart-Kalibrierung (15) der ein­ zelnen Sensor-Meßachsen sowie ein Winkelgeber (14) zugeordnet ist, der den Sollwert des gewünschten Winkelwertes dem Nickrahmen (13) und dem Bordrechner (16) zur Ermittlung und Speicherung des jeweiligen Sensor­ achsen-Restfehlers eingibt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Nickrahmen (13) eine Meßeinrichtung (14 a) für die Stellung der Achsen ax und az in bezug auf die Nickachse (12) zugeordnet ist.