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Fernlenksystem zur Lenkung eines fernlenkbaren Körpers gegen ein freibewegliches
Zielobjekt
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fernlenksystem zur Lenkung eines fernlenkbaren Körpers gegen ein frei bewegliches Zielobjekt längs einer Zieldeckungsbahn von einer Leitstelle aus mit einer Einrichtung zum Orten des Körpers und zum Erzeugen und Übermitteln von Lenkkommandosignalen an den lenkbaren Körper, um diesen gegen die Sollbahn zu lenken. Es kann sich beim lenkbaren Körper um eine Fliegerabwehr- oder Panzerabwehr-Rakete oder auch um ein Bodenfahrzeug handeln, die mit eingebauten, unter Wirkung der empfangenen Lenkkommandosignale sich entsprechend aus ihrer neutralen Mittellage verstellenden Lenkorganen zur Bewirkung von "Rechts-Links"- bzw. "Aufwärts-Abwärts"- Bewegungen des gelenkten Körpers versehen sind.
Beim Lenken eines fernlenkbaren Körpers gegen ein sich frei bewegliches Zielobjekt von einer Leitstelle aus ist jederzeit der Sollort des lenkbaren Körpers durch die momentane Visiergerade von der Leitstelle zum Zielobjekt definiert und die dem lenkbaren Körper übermittelten Kommandosignale sollten so geformt werden, dass die Istbewegungsbahn des ferngelenkten Körpers servotechnisch in die durch die genannte Visiergerade zum Ziel definierte Sollbewegungsbahn überführt wird.
Es sind nun Lenksysteme dieser Art bekannt, bei denen an der Leitstelle ein optisches Beobachtungsgerät, z. B. ein Fernrohr oder ein Feldstecher für eine Bedienungsperson, d. h. einen Schützen, sowie ein durch die Bedienungsperson von Hand verstellbares Steuerorgan vorhanden sind, wobei das handverstellbare Steuerorgan auf eine mechanisch-elektrische Wandlervorrichtung zur Erzeugung von Lenkkommandosignalen im Masse der Auslenkung dieses Steuerorganes aus einer neutralen Mittellage einwirkt.
Die Bedienungsperson richtet dabei die Beobachtungsvorrichtung gegen das Zielobjekt, ermittelt fortwährend visuell die momentane vektorielle Winkeldifferenz zwischen der momentanen Visiergeraden zum lenkbaren Körper und verstellt das Steuerorgan von Hand so, dass die dadurch erzeugten und dem lenkbaren Körper übermittelten Lenkkommandosignale die Bewegungsbahn des lenkbaren Körpers in die Visiergerade zum Zielobjekt überleiten.
Die Verwendung von optischen Beobachtungsvorrichtungen (Feldstecher, Fernrohre usw. ) ist dabei deshalb besonders vorteilhaft, weil das menschliche Auge ein bedeutend grösseres Unterscheidungs- und Auflösungsvermögen für nahe beieinander liegende Objekte bzw. Objektbilder hat, als die bekannten, selbsttätig wirkenden Richt- und Differenzwinkel-Ermittlungseinrichtungen. Die Beobachtungsperson (Schütze) übernimmt dabei die in einem Regelkreis wichtige Funktion der Differenzbildung zwischen Soll- und Ist-Wert der zu regelnden Grösse und des Aktuators zur Erzeugung eines diesem Fehlerwert entsprechenden Steuersignals, bzw. zur direkten Veränderung des Ist-Wertes der Regelgrösse.
Dabei kann der Mensch, vor allem wegen seiner Lernfähigkeit, auch gewisse weitere Funktionen von in selbsttätigen Regelkreisen oft benötigten Hilfsvorrichtungen, wie Glättungs- bzw. Mittelwertbildungs-Vorrichtungen, Fehlerwertintegratoren, Phasenschieber- und Stabilisierungs- Vorrichtungen übernehmen. Anderseits haften dem Menschen bestimmte grundsätzliche Unzulänglichkeiten an, die sich in Regelkreisen nachteilig auswirken können. So sind hauptsächlich die Laufzeitverzögerungen (Reaktionszeit) im Menschen nachteilig und bei Schwingneigungen des Systems im Bereich kritischer Eigenfrequenzen kann das unvermeidliche Zittern der Hand eines Menschen unzulässig grosse Lenkfehler zur Folge haben.
Da in erster Annäherung die Beobachtungsperson (Schütze) das Handsteuerorgan in einem zum visuell festgestellten Differenz-Winkel (Fehlergrösse) proportionalen Ausmasse verstellt, die dadurch erzeugten Kommandosignale ebenfalls annähernd proportional zur Verstellung des Handsteuerorgans und die erzeugten Querbeschleunigungen des gelenkten Körpers ihrerseits annähernd proportional zur Grösse der empfangenen Kommandosignale sein werden, ergibt sich eine sogenannte Beschleunigungssteuerung. Es ist also jeweils die Querbeschleunigung des lenkbaren Flugkörpers annähernd proportional zur festgestellten Fehlergrösse bzw. zur Verstellung des Handsteuerorgans.
Eine derartige Beschleunigungssteuerung ist an sich wenig erwünscht, weil durch den Schützen zur Verschiebung einer bestimmten Ist-Lage in eine bestimmte Soll-Lage mindestens zwei einander entgegengesetzte Lenkimpulse von je vorbestimmten Wirkungsintegral ausgelöst werden müssen.
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Durch gewisse Kunstgriffe, z. B. den Einbau eines sogenannten Autopilotsystems (Flugregler) in den lenkbaren Flugkörper, das eine selbständige Beibehaltung eines eingestellten und durch Kommando- signale veränderbaren Kurses bewirkt, ist es möglich, eine sogsnannte Geschwindigkeitssteuerung zu er- zielen, wobei die Quergeschwindigkeit proportional zur Verstellung des handverstellbaren Organs wird.
Es wird dann zur Verschiebung der Ist-Lage des lenkbaren Körpers in eine Soll-Lage nur eine Auslenkung von vorbestimmten Wirkungsintegral notwendig. Diese Art der Erleichterung des Lenkens von Flug- körpern ist aber vor allem deshalb von Nachteil, weil infolge des dazu benötigten Autopilotsystems die
Rakete schwerer und grösser ausgebildet werden muss, ohne dass sie deswegen ihre Hauptaufgabe, ein
Explosiv-, Brand- oder Hohlladungs-Gèschoss ans Ziel zu tragen, besser erfüllen könnte. Ausserdem ist diese Lösung vor allem deswegen unwirtschaftlich, weil ein relativ teures Zusatzsystem in der Rakete eingebaut sein muss, und letztere bestimmungsgemäss bei der einmaligen Erfüllung ihrer Aufgabe total zerstört wird, während zusätzliche Hilfseinrichtungen an der Leitstelle dauernd für viele Raketenanschlüsse verwendbar bleiben.
Ein Hauptziel der Erfindung ist, ein Fernlenksystem der erwähnten Art zur Lenkung eines fernlenkbaren Körpers so zu verbessern, dass der dadurch bedingte zusätzliche Aufwand an den vielfach zu ge- brauchenden Systemteilen an der Leitstelle und nicht am Flugkörper zu leisten ist.
Weiterhin wird durch die Erfindung angestrebt, die Voraussetzungen dafür zu schaffen, dass die Wirkung einer Lagesteuerung erreicht wird, bei welcher die Grösse der erreichten Querverschiebung des lenkbaren
Körpers aus seiner Ist-Lage gegen eine Soll-Lage mindestens annähernd proportional zur Verstellung des
Handsteuerorgans wird, was die Anforderungen an die Bedienungsperson wesentlich erleichtert.
Weiterhin strebt die Erfindung an, dafür die Voraussetzungen zu schaffen, dass Zitterbewegungen der Bedienungsperson bei der Handbetätigung des Steuerorgans, soweit sie im Frequenzbereich der Eigenschwingung des fliegenden Flugkörpers um seine Querachse liegen (Pitch-Bewegungen), nicht zur Anregung solcher Pitch-Schwingungen Anlass geben, ohne dass dabei die zeitverzugslose Übertragung von momentanen Korrekturbefehlen an die Lenkorgane des Körpers behindert wird.
Man könnte nämlich das durch das Handsteuerorgan zu betätigende Verstellorgan für das Umwandlungsglied der mechanischen Winkelverstellungen in entsprechende elektrische Signale, statt mechanisch starr mit dem Handsteuerorgan über eine Schleppfeder stark gedämpft kuppeln, oder im elektrischen Übertragungsweg für die elektrischen
Signale ein dämpfendes Tiefpassfilter einbauen, so dass die höher gelegenen Bereiche des Frequenzspektrums nicht wirksam würden. Dabei würde aber auch die Möglichkeit verlorengehen, durch rasche und grosse Auslenkung des Handsteuerorgans eine entsprechend rasch erfolgende Kursänderung des lenkbaren Körpers zu erzwingen, wie sie notwendig wird, falls das sich frei bewegende Zielobjekt seinen Bewegungszustand plötzlich ändert, wenn der sich entgegen bewegende Körper ihm schon nahe gekommen ist.
Anderseits sind selbsttätig wirkende Ortungsgeräte mit verstellbarer Richtachse bekannt, die dazu bestimmt und ausgebildet sind, Lenkkommandosignale zu erzeugen, die jederzeit der vektoriellen Winkeldifferenz zwischen dem momentanen Visierstrahl zum lenkbaren Körper und der Richtachse des Ortungsgerätes entsprechen. Es kann sich dabei beispielsweise um Radargeräte handeln, und in neuerer Zeit sind auch Infrarot-Ortungsgeräte dieser Art bekannt geworden, welche ein Bild einer auf dem lenkbaren Körper vorhandenen Infrarot-Lichtquelle in eine zur Richtachse des Gerätes senkrecht orientierte Bildebene projizieren und den vektoriellen Ortsfehler dieses Bildes in bezug auf den die Richtachse definierenden Mittelpunkt der Bildebene in Form von zwei elektrischen Signalen als Komponenten des Fehlervektors selbsttätig zu ermitteln gestatten.
Sofern nun diese elektrischen Fehlersignale dem lenkbaren Körper übermittelt werden, ergibt sich ein geschlossener Servolenk-Regelkreis, der bewirkt, dass sich der lenkbare Körper dauernd annähernd längs der Richtachse des selbsttätig wirkenden Ortungsgerätes bewegt. Weil die für eine Servolenkung wesentlichen Transferfunktionen der verschiedenen Elemente dieses Servo-Lenkkreises durch vielfache Versuche und theoretische Untersuchungen in expliziter Form ermittelbar sind, lässt sich ein derartiger automatischer Servo-Lenkkreis verhältnismässig leicht optimalsieren, beispielsweise durch Einfügung eines Stabilisiernetzwerkes mit entsprechend vorbestimmter Transferfunktion und/oder durch Einfügung von sogenannten Fehlerintegratoren, die bewirken können, dass auch bei dauernd wirkenden Störeinflüssen, z. B.
Querwinden, der ferngelenkte Körper jederzeit mit nur geringem Ortsfehler der Richtachse des Ortungsgerätes folgt. Mindestens für quasistatische Verhältnisse, also bei verhältnismässig kleinen Winkelgeschwindigkeiten der Richtachse des selbsttätigen Ortungsgerätes, lässt sich auf diese Weise erreichen, dass der lenkbare Körper nach jeder Störung in optimaler Bewegungsbahn rasch und stetig in die Sollbahn übergeleitet wird, wobei allerdings bleibende Fehler entstehen können, die unter dem Auflösungsvermögen des Ortungsgerätes liegen und sogenannte dynamische Nachlauffehler infolge dauernd auf den Lenkkörper und/oder auf die Richtachse des Ortungsgerätes einwirkender Querverschiebungen unkorrigiert bleiben.
Soweit bisher ein derartiges selbsttätig wirkendes Ortungsgerät der erläuterten Art zur Lenkung eines Körpers gegen ein frei bewegliches Zielobjekt verwendet worden ist, waren zusätzliche Mittel notwendig, um die Richtachse des selbsttätigen Ortungsgerätes für den lenkbaren Körper zu übertragen. Abgesehen davon, dass zur Verfolgung von sich auf der Erdoberfläche oder knapp darüber bewegenden Zielobjekten Radarverfolgungsgeräte unbrauchbar sind, ergibt sich dabei noch der Nachteil, dass Fehler bei der Übertragung der Bewegungen des Visierstrahles zum Zielobjekt auf die Richtachse des Ortungsgerätes für den lenkbaren Körper nicht objektiv ermittelt
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werden können, weil es sich dabei um eine sogenannte offene Steuerung handelt.
Eine andere Möglichkeit zur Verwendung eines selbsttätig wirkenden Ortungsgerätes für einen lenkbaren Körper in bezug auf die verstellbare Richtachse des Ortungsgerätes besteht darin, die Richtachse des Ortungsgerätes durch eine Bedienungsperson visuell mit Handverstellung direkt gegen das zu beschiessende Zielobjekt zu richten.
Abgesehen davon, dass ein genaues Halten eines frei und wendig beweglichen Zielobjektes im Fadenkreuz eines Beobachtungsgerätes praktisch nicht möglich ist, könnten dabei immer noch unvermeidliche Restfehler des lenkbaren Körpers gegenüber der Richtachse des Ortungsgerätes und Einstellfehler derselben gegenüber der Richtachse des Beobachtungsgerätes störend auf die Treffgenauigkeit des Systems einwirken.
Ausserdem würden dabei unvermeidliche Zitterbewegungen der Hand der Bedienungsperson auf die Richtachse des Ortungsgerätes und damit auf den lenkbaren Körper übertragen werden, so dass derselbe zu störenden Schwingungen um seine Querachsen angeregt werden würde.
Die Erfindung geht nun neue Wege, indem sie die Vorteile des ersterläuterten bekannten Lenksystems mit Handsteuerung mit den Vorteilen des zweiterwähnten ebenfalls bekannten geschlossenen Lenkkreis-Systemes mit einem selbsttätig wirkenden Ortungsgerät vereinigt.
Das Fernlenksystem ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass an der Leitstelle ein selbsttätig wirkendes Ortungsgerät mit einer verstellbaren Richtachse vorgesehen ist zur Erzeugung von Lenkkommandosignalen, die jederzeit der vektoriellen Winkeldifferenz zwischen dem momentanen Visierstrahl zum lenkbaren Körper und der Richtachse des Ortungsgerätes entsprechen und welche nach Übermittlung an den lenkbaren Körper dessen Bewegungsbahn in die Richtachse des Ortungsgerätes überleiten, wobei an der Leitstelle ferner ein optisches Beobachtungsgerät für eine Bedienungsperson zur subjektiven visuellen Ermittlung des Lagefeblers des lenkbaren Körpers gegenüber der Visiergeraden von der Leitstelle zum Zielobjekt und ein durch die Bedienungsperson verstellbares,
über Bewegungsübertragungsorgane mit Tiefpasswirkung mit der Richtachse des selbsttätig wirkenden Ortungsgerätes gekoppeltes Steuerorgan vorgesehen sind.
In einem derartigen System vermag dabei die Bedienungsperson in ihrem optischen Beobachtungsgerät visuell sehr genau festzustellen, ob sich der zum Zielobjekt zu lenkende Körper tatsächlich genau längs des Visierstrahles von der Leitstelle zum Zielobjekt bewegt. Sofern man Fehler feststellt, braucht man nur das zugeordnete Steuerorgan im Sinne einer Verkleinerung des festgestellten Fehlers von Hand zu verstellen und in der neuen Lage stehen zu lassen. Über die Bewfgungsübertragungsorgane werden voraussetzungsgemäss infolge ihrer Tiefpasswirkung höherfrequente Anteile des Bewegungs-Frequenzspektrums bedeutend stärker gedämpft als die niederfrequenten Anteile des Bewegungsspektrums. Die Richtachse des selbsttätigen Ortungsgerätes wird also in ruhiger Bewegung verstellt und der fernlenkbare Körper folgt ihr ebenso ruhig und stetig.
Auf diese Weise wird eine Lagesteuerung erreicht, indem der lenkbare Körper im Masse der Verstellung des Handsteuergerätes seine Lage in bezug auf die Visierlinie zum Zielobjekt verändert.
Ein derartiges System kann dadurch noch verbessert werden, dass dem handbetätigbaren Steuerorgan auch noch Mittel zur Umwandlung seiner Verstellbewegungen in zusätzliche Lenkkommandosignale zu den gleichartigen Lenkkommandosignalen an dem selbsttätig wirkenden Ortungsgerät vor deren Übermittlung an den lenkbaren Körper vorhanden sind. Man erreicht dadurch, dass bei notwendigen Verstellbewegungen des Handsteuerorgans beispielsweise, weil das Zielobjekt seinen Bewegungszustand zwecks Ausweichen vor dem lenkbaren Körper plötzlich ändert, der lenkbare Körper diesen Verstellbewegungen anfänglich rasch folgt, um nachher wieder ruhig in die verstellte Richtachse des selbsttätigen Ortungsgerätes einzuschwingen.
Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn zusätzliche Einrichtungen zur Bildung der momentanen Winkeldifferenz zwischen dem handbetätigbaren Steuerorgan des optischen Beobachtungsgerätes und der Richtachse des selbsttätig wirkenden Ortungsgerätes sowie zur Erzeugung der zusätzlichen Lenkkommandosignale in proportionaler Abhängigkeit von dieser Winkeldifferenz vorgesehen werden.
Es wird dadurch erreicht, dass beim Verstellen des Steuerorgans von Hand anfänglich das volle Hilfssignal aus der Wandlervorrichtung an den lenkbaren Körper übermittelt wird, das aber im Masse des Nachlaufens der Richtachse des selbsttätigen Ortungsgerätes rasch abnimmt. Um in der Startphase den lenkbaren Körper nicht durch die von Hand erzeugten Lenkkommandosignale zu stören, kann ein wahlweise betätigbarer Schalter im Übertragungsweg für die zusätzlichen Lenkkommandosignale zu den Additionsmitteln vorgesehen werden, der erst nach erfolgtem Einschwingen des lenkbaren Körpers auf die Richtachse des selbsttätig wirkenden Ortungsgerätes geschlossen wird.
Wenn der das selbsttätige Ortungsgerät und den lenkbaren Körper umfassende selbsttätige Lenkregelkreis ein Stabilisierungsnetzwerk enthält, welches notwendigerweise differenzierend wirkt und höherfrequente Signalkomponenten anhebt, ist es vorteilhaft, dieses Stabilisierungsnetzwerk zwischen den Additionsmitteln zur additiven Vereinigung der beiden Lenkkommandosignale und dem selbsttätigen Ortungsgerät anzuordnen, weil dann die über dieses Stabilisierungsnetzwerk geleiteten Lenkkommandosignale voraussetzungsgemäss höherfrequente Komponenten nicht enthalten und die vom Handsteuerorgan abgeleiteten zusätzlichen Lenkkommandosignale, welche solche höherfrequente Komponenten enthalten, nicht über das Stabilisierungsnetzwerk geleitet werden.
Es soll noch bemerkt werden, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung unter den Begriffen "Richt- winkel" bzw. "vektorielle Winkeldifferenz zwischen dem Visierstrahl zum lenkbaren Körper und dem Visierstrahl zum Zielobjekt" durchwegs ein in zwei Komponenten, nämlich z. B. Seite und Elevation,
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zu messender bzw. zu zerlegender Vektor zu verstehen ist, so dass auch die entsprechenden Fehler- und Steuersignale Vektorgrössen mit zwei Komponenten sind.
Ausführungsbeispiele von erfindungsgemässen Systemen sind In'der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 ein teilweise schaubildlich gezeichnetes Signalflussschema eines ersten Ausführungsbeispieles, Fig. 2 das Blickfeld der Beobachtungsoptik von Fig. 1, Fig. 3 eine geometrische Achsdarstellung im Grundriss, die Fig. 4 und 5 Varianten zum System nach Fig. 1 in vereinfachter Darstellungsweise und Fig. 6 eine schaubildliche Darstellung eines Handsteuergerätes kombiniert mit einem Infrarot-Ortungsgerät.
Im System nach Fig. 1 beobachtet ein Schütze M ein frei bewegliches Ziel Z, beispielsweise einen Panzerwagen, mit Hilfe einer Beobachtungsoptik 0, beispielsweise einem binokularen Fernrohr. Dieses Fernrohr 0 ist über mechanische Bewegungsübertragungsorgane starr mit einem Handsteuerorgan H verbunden. Dieses Handsteuerorgan ist sowohl um eine Vertikalachse Y, als auch um seine Horizontalachse X verschwenkbar, wodurch dem Winkel 00 der optischen Beobachtungsachse Ao gegenüber der raumfesten Bezugsachse Ab annähernd der Wert 0z (Winkel zwischen der Bezugsachse Ab und der Visiergeraden Az zum Zielobjekt Z) aufgezwungen werden kann, d. h. der Schütze verstellt sein Handsteuerorgan so, dass der Differenzwert E : o=eo-Oz klein wird.
Die durch die Hand des Schützens M an das
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stets Infrarotgerät genannt, als Eingangsgrössen zugeführt. Damit wird erreicht, dass die Richtachse Ai des Infrarotgerätes auf einen Winkel 0i gegenüber der Bezugsachse Ab eingestellt wird, der annähernd dem Winkel 00 der Beobachtungsoptik gleich ist. Das vom Tiefpass-Servosystem TSi wirksam übertragene Frequenzspektrum wird auf einen Bereich von 0 bis Jo Hz begrenzt, so dass die InfrarotgerätRichtachse Ai plötzliche Verstellbewegungen des Handsteuerorgans H nur mit Verzögerung und gedämpft folgt. Die Grenzfrequenz/o kann z. B. bei 0, 5 Hz liegen.
Das Infrarotgerät bildet in seinem Blickfeld befindliche Infrarot-Lichtquellen auf einen Bildschirm ab, dem elektrische Mittel zur Bildung von elektrischen Fehlersignalen zugeordnet sind, die der Ablage des Bildes vom Zentrum des Blickfeldes entsprechen.
Im vorliegenden Fall dient die Strahldüse einer Panzerabwehr-Rakete R als Infrarot-Lichtquelle und
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ditex-und y-Komponenten proportional sind. Diese Fehlersignale s werden den Steuerorganen der lenkbaren Rakete über ein Stabilisierungsnetzwerk NS, eine Sendeeinrichtung E und eine von der Rakete R nachgeschleppte Drahtleitung D übermittelt, wodurch die Steuerorgane der Rakete so betätigt werden, dass die Rakete ihren Kurs im Sinne einer Anschmiegung an die Infrarot-Richtachse Ai ändert. Ein solches System entspricht einer sogenannten Leitstrahllenkung eines fernlenkbaren Flugkörpers.
Da voraussetzungsgemäss die Richtachse Ai des Infrarotgerätes ID mindestens annähernd mit der optischen Beobachtungsachse Ao in Deckung ist, fliegt die Rakete R auch annähernd längs der optischen Beobachtungsachse Ao gegen das Ziel Z. Der Schütze sieht also gemäss Fig. 2 im Blickfeld seiner Beobachtungsoptik dauernd sowohl das Zielobjekt Z als auch die Rakete R. Er wird vorerst das Handsteuerorgan H nur so bewegen, dass die optische Achse Ao, d. h. das Zentrum seines Blickfeldes, annähernd auf das Zielobjekt Z gerichtet ist. Durch günstige Bemessung des Stabilisierungsnetzwerkes NS und allfälliger anderer Teile des Leitstrahl-Lenksystems lässt sich erreichen, dass die Rakete verhältnismässig rasch und ruhig in einen annähernd zum Ziel führenden Kurs einschwingt.
Mit Hilfe eines Differentialgetriebes Gd wird an der Leitstelle die Winkeldifferenz LI 0 zwischen der momentanen Einstellung Eo der optischen Beobacbtungsachse Ao und der momentanen Einstellung 0i der Infrarot-Richtachse gebildet und in einem Wandlersystem W in dazu proportionale elektrische Fehlersignale E2'umgewandelt. Nach Schliessung des Schalters S werden diese elektrischen Fehlersignale 2' hinter dem Stabilisierungsnetzwerk NS und vor der Sendeeinrichtung E über ein Additionsnetzwerk N+ in den Leitstrahl-Lenkkreis eingeführt.
Wenn der Schütze bei geschlossenem Schalter S das Handsteuerorgan H im Masse des von ihm visuell festgestellten Fehlerwinkels E2 zwischen dem Visierstrahl Az zum Zielobjekt Z und dem Visierstrahl Ar zur Rakete verstellt, wird der Raketenkurs zusätzlich so beeinflusst, dass dieser Fehlerwinkel E2 auf den Wert Null verkleinert wird, d. h. dass der Visierstrahl zur Rakete zur genauen Deckung mit dem Visierstrahl zum Zielobjekt kommt.
Es ist dabei wichtig, dass nach dem Abschiessen der Rakete R von der Leitstelle aus der Schalter S noch eine gewisse Zeit geöffnet bleibt, damit in dieser Startphase die Rakete allein durch die Signale s des Infrarot-Leitstrahl-Lenkkreises beeinflusst wird, weil dieser selbsttätige Regelkreis so ausgebildet ist, dass die Rakete rasch und ruhig in den durch die Infrarotleitachse Ai gegebenen Sollkurs einschwingt.
Da die Infrarotleitachse voraussetzungsgemäss über ein die höher frequenten Anteile der Handsteuerorganbewegungen nicht wirksam übertragendes Tiefpass-Servosystem TSi verstellt wird und sie deshalb keine plötzlichen und schnell schwingenden Bewegungen erfährt, werden der Rakete keine entsprechend rasch veränderlichen Steuersignale übermittelt und die Anregung von zu Instabilitäten führenden Pitch-Schwingungen der Rakete wird vermieden.
Es ist ebenfalls von grosser Bedeutung, dass nicht die Richtwinkel- Komponenten 00 der optischen Achse Ao, d. h. die Verstellbewegungen des Handsteuergerätes allein, in elektrische Fehlersignale E2" sondern nur die erläuterte Differenz do in elektrische Signale umgewandelt wird, weil auf diese Weise
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eine Lagesteuerung der Rakete verwirklicht werden kann. Wenn im System nach Fig. l der Schütze M sein Handsteuerorgan H entsprechend dem visuell festgestellten Fehlerwinkel es plötzlich verstellt, so wird der Rakete R zwar sofort, wenn der Schalter S nun geschlossen ist, ein entsprechend grosser Steuerbefehl übermittelt.
Weil dem Servo-System TSi für das Infrarotgerät der entsprechende neue Winkel 0o aber ebenfalls zugeführt wird, folgt die Infrarotachse Ai diesem neuen Winkel eo in verzögerter und gedämpfter Bewegung. Wenn dann der Einstellwinkel ei der Infrarotachse nach einer gewissen Zeit den neu eingestellten Wert Oo angenommen hat, werden die im Wandler W erzeugten Fehlersignale E2'auf den Wert 0 reduziert und die Rakete hat Zeit, über den optimalisierten Leitstrahl-Lenkkreis in die durch die verschwenkte Infrarot-Richtachse Ai bestimmte neue Kurslinie überzugehen. Wenn das erfolgt ist, und die Rakete in der Zwischenzeit nicht durch neue Störeinflüsse oder infolge neuer Zielbewegungen wieder ausser Zieldeckung gelangt ist,
hat die vorerläuterte Verstellung des Handbetätigungsorgans H keine weiteren Einflüsse mehr auf den Raketenkurs, d. h. es ergibt sich eine praktisch ideale Lagesteuerung, wie sie von einem Menschen am leichtesten erlernbar ist.
Es ist ebenfalls von grosser Wichtigkeit, dass die rasch veränderbaren Steuersignale E :,' aus dem Wandler W hinter dem Stabilisierungsnetzwerk NS in den selbsttätigen Leitstrahl-Lenkkreis für die Rakete eingeführt werden. Ein solches Stabilisierungsnetzwerk soll eine Phasenvoreilung der in ihm übertragenen Signale bewirken und hat deswegen auch eine amplitudenanhebende Wirkung auf höherfrequente Signalkomponeneten. Es ist nun aber so, dass bei der Handbetätigung von Organen durch einen Menschen durch unvermeidliche Zittererscheinungen und Ruckbewegurgen auch höherfrequente Bewegungskomponenten erzeugt werden, die in den Bereich der Pitch-Eigenfrequenz der Rakete um ihre Querachsen fallen können, die im Bereiche von 1 bis 2 Hz liegt.
Wenn die durch diese höherfrequenten Bewegungsanteile im Wandler Werzeugten Steuersignale E2 durch das Stabilisierungsnetzwerk NS des Leitstrahlregelkreises geführt würden, würden sie verstärkt und könnten die Anregung von Pitch-Schwingungen der Rakete be- wirken ; wodurch die Genauigkeit des Raketenkurses beeinträchtigt würde.
Beim dargestellten Fernlenksystem werden also die höherfrequenten Anteile der dem Handsteuerorgan aufgezwungenen Bewegungen dem sich anhebenden Stabilisierungsnetzwerk NS nicht zugeführt, weil sie im Tiefpass-Servosystem TSi ausgefiltert werden, und die Signale s', welche solche höherfrequente Bewegungsanteile enthalten, werden nicht über das Stabilisierungsnetzwerk NS geleitet, so dass keine zu Pitch-Schwirgungen der Rakete führende Pegelbebung solcher höherfrequenter Signalanteile stattfinden kann. Um das rasche Anvisieren des Zieles vor dem Start der Rakete mit beiden Achsen (Ao, Ai) zu erleichtern, kann es vorteilhaft sein, die Infrarot-Richtachse Ai mit der optischen Beobachtungsebene Ao starr zu kuppeln, was durch den mechanischen Kupplungsschalter Km in Fig. 1 angedeutet ist.
An Stelle eines aktiven Servomotorsystems TSi zum Verschwenken der Infrarot-Richtachse Ai kann auch ein passives, für höherfrequente Bewegungskomponenten stark dämpfend wirkendes Mitnehmerwerk vorgesehen werden, bei welchem die Antriebswelle mit der Abtriebswelle über einen in sich elastischen Mitnehmer gekuppelt ist und die Bewegungen der Abtriebswelle durch hochviskose Flüssigkeiten oder Wirbelstrombremsen gedämpft sind.
Weil bei einer solchen Fernlenkung von Lenkkörpern nach dem Leitstrahlverfahren an sich eine Querablage der Rakete in Metern von einer Soll-Lage (Achse) und nicht ein Winkel korrigiert werden muss, ist es vorteilhaft, mindestens im Übertragungsweg für die Fehlersignale EI des Infrarot-Gerätes ID, gegebenenfalls aber auch im Übertragungsweg für die Signale ±2' eine Konus-Zylinder-Transformations- Einrichtung KZ vorzusehen, worin die zu den Winkelwerten Si bzw. E2 proportionalen elektrischen Signale mit einem der momentanen Distanz der Rakete von der Leitstelle proportionalen Wert multipliziert werden. Dies kann dadurch geschehen, dass z. B. Spannungsteilerwiderstände in solchen Transformationseinrichtungen von einem Synchronmotor SM zeitproportional verstellt werden.
In Fig. 4 der Zeichnung ist das Signalflussdiagramm einer Variante zum System nach Fig. l in vereinfachter Form dargestellt.
Der Mensch M misst durch visuelle Beobachtung einerseits die Differenz ex-ex zwischen dem Richtwinkel ez der Visiergeraden Az zum beweglichen Ziel Z und dem Richtwinkel eo der optischen Beobachtungsachse Ao und stellt am Handsteuerorgan H (Ausgang) einen Richt. winkel o ein, der zu einem Differenzbildner Do am Eingang eines rasch arbeitenden Servosystems So zur Verstellung der optischen
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Beobachtungsachse Ao wird ebenfalls zum Differenzbildner Do übertragen, so dass das Servosystem So mit der Differenz Ho-eo als Eingangsgrösse gesteuert wird. Es handelt sich beim Servosystem So um ein relativ rasches System, mit dem Zwecke, die optische Achse Ao der Beobachtungsoptik 0 möglichst verzögerungslos dem Zielobjekt nachführen zu können.
Damit wirkt das System So ähnlich wie eine direkte mechanische Kupplung gemäss Fig. 1 mit dem Unterschied allerdings, dass die Arbeit für die Bewegung der Beobachtungsoptik nicht von der menschlichen Hand aufgebracht werden muss. Im übrigen entspricht das System nach Fig. 4 demjenigen nach Fig. 1. Es wird nämlich der Einstellwinkel Oo der optischen Beobachtungsachse einem Differenzbildner Di am Eingang eines Tiefpass-Servosystems TSi zur verzögerten und gedämpften Einstellung des Richtwinkels ei eines Infrarot-Gerätes ID zugeführt und dieser Richtwinkel wird an den Differenzbildner Di am Eingang des Tiefpass-Servosystems zurückgeführt, so dass dieses mit dem Wert ei-eo als Eingangsgrösse gesteuert wird.
Vom Infrarot-Gerät ID ist nur der zugehörige Differenzbildner dargestellt, der die Differenz Z, = er-ei (er = Richtwinkel der Raketen-
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leitung D den Steuerorganen der Rakete R zugeführt, deren Kurs dadurch selbsttätig im Sinne einer
Anschmiegung an die Infrarot-Leitachse Ai korrigiert wird.
Wie in Fig. 1 werden die Einstellwinkel Zo des handbetätigbaren Organs und ei der Infrarot-Leitachse Ai in einem Differenzbildner Dw zur Bildung der Differenz ilo = @ o subtrahiert und diese Winkeldifferenz wird in einem Wandler W in ein ent- sprechendes elektrisches Steuersignal 2' umgewandelt, das bei geschlossenem Schalter S einem Summier- glied N + zwischen dem Stabilisierungsnetzwerk NS und der Sendeeinrichtung E zugeführt wird.
Das System nach Fig. 5 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 4 dadurch, dass die Achsen Ao der Beobachtungsoptik und Ai der Infrarot-Leitachse zwangsläufig starr miteinander gekuppelt sind und über ein Tiefpass-Servosystem TS, welches durch die mechanische Kupplung Km starr überbrückt werden kann, verstellt werden. Man benützt dabei nur eines statt zweier Servosysteme, wobei aber die
Richtachse Ao der Beobachtungsoptik den Steuerbewegungen am Handsteuerorgan H nur verzögert folgt.
Ein Steuergerät dieser Art ist in Fig. 6 schaubildlich dargestellt.
Auf drei Fuss-Stützen 1 ist ein Gehäuse 2 abgestützt, in welchem ein Hebel 3 mit zwei Handgriffen 4 so gelagert ist, dass er sowohl um die Vertikalachse Y als auch um seine horizontale Längsachse X verdreht werden kann. Die Bewegung um seine Vertikalachse Y bewirkt Veränderungen der Seitenwinkel-Komponente und die Bewegung um die Horizontalachse X bewirkt entsprechende Veränderungen der Höhenwinkelkomponente des Richtwinkels o im System nach Fig. 5.
Die beiden Bewegungskomponenten werden je über Schleppfedern auf eine ölgedämpfte oder wirbelstromgebremste, in sich starre Tragkonstruktion 5 für eine Beobachtungsoptik 51, die Optik 52 eines Infrarot-Fehlerwinkel-Detektors und eine Kinnstütze 53 für den Beobachter so übertragen, dass diesen in sich durch die Tragkonstruktion starr miteinander verbundenen Teilen verzögerte und gedämpfte Veränderungen der Seitenwinkelkomponente und der Höhenwinkelkomponente aufgezwungen werden. Die Richtachsen der Beobachtungsoptik und des Infrarot-Gerätes werden also über ein passives Tiefpass-Servosystem vom Handgriff 4 aus verstellt.
Mit Hilfe einer Drucktaste 41 am Handgriff 4 kann vor dem Start der Rakete eine starre Kupplung zwischen dem Hebel 3 und der Tragkonstruktion 5 für die Optik geschlossen bzw. gelöst werden. Mit Hilfe einer Drucktaste 42 am andern Handgriff 4 kann der Schalter S in den Systemen nach den Fig. 1, 4 und 5 zur direkten Übertragung manuell erzeugter Steuersignale scan das Summierglied N+ geschlossen werden.
Da die in ihrer Wirkung beschriebenen Systemteile, nämlich vor allem die Differenzbildner für Winkelwert und für elektrische Grössen, aktive oder passive Servosysteme, Infrarot-Fehlerwinkel-Detektoren, Stabilisierglieder, Summierglieder, Sendeeinrichtungen, fernlenkbare Flugkörper oder andere Fahrzeuge, Wandler zum Umwandeln mechanischer Grössen in elektrische Signale an sich in mancherlei Ausführungsformen bekannt sind, wurde auf eine eingehende Beschreibung über Ausbildung verzichtet.
Ebenso ist die Theorie eines solchen Systems nicht in expliziter mathematischer Form erläutert worden. Es soll noch bemerkt werden, dass ein solches Fernlenksystem auch auf Fliegerabwehr-Raketen oder erdgebundene fernlenkbare Fahrzeuge angewendet werden kann und dass an Stelle eines InfrarotGerätes der beschriebenen Art auch andere Einrichtungen zur Realisierung einer Leitstrahl-Lenkung benützt werden können. Es könnte z. B. vorgesehen werden, in den Systemen nach den Fig. 1, 4 und 5 die dort von einem Menschen auszuführenden Funktionen, nämlich die Nachführung der optischen Beobachtungsachse Ao zum Ziel und nach Schliessen des Schalters S das Zurdeckungbringen des Visierstrahls zur Rakete mit dem Visierstrahl zum Zielobjekt auf zwei Menschen zu verteilen.
Dabei würde vom einen mittels seines Handsteuerorgans seine eigene Beobachtungsachse und über das Tiefpass-Servosystem verzögert, auch die Infrarotgerät-Richtachse dem Ziel nachgeführt. Die Beobachtungsoptik dieser ersten Bedienungsperson wäre dann mit der Beobachtungsoptik der zweiten Bedienungsperson starr zu kuppeln, so dass auch die zweite Bedienungsperson in ihrem Blickfeld dauernd das Zielobjekt sieht. Wenn dann die Rakete unter Wirkung des Infrarot-Leitstrahlsystems in einen angenähert auf das Ziel gerichteten ruhigen Kurs gebracht worden ist, hat die zweite Bedienungsperson die Möglichkeit, den Schalter S zu schliessen und ein eigenes Handsteuerorgan entsprechend der Ablage der Rakete vom Ziel zu verstellen.
Diese Korrekturbewegungen müssten zusätzlich über das Tiefpass-Servosystem auf das Infrarot-Gerät übertragen werden und die Differenz do zwischen dem Winkel eo der optischen Beobachtungsachse und der Richtachse des Infrarot-Gerätes würde wie bei den erläuterten Systemen in elektrische Signale umwandelt und diese hinter dem Stabilisierungsnetzwerk NS zum Sender E geführt.
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