DE1623505A1

DE1623505A1 - Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Bewegungsrichtung eines sich bewegenden Gegenstandes

Info

Publication number: DE1623505A1
Application number: DE19671623505
Authority: DE
Inventors: Ausman John Stanley
Original assignee: Litton Industries Inc
Current assignee: Litton Industries Inc
Priority date: 1966-12-29
Filing date: 1967-10-31
Publication date: 1971-08-05
Also published as: US3377470A; JPS4833359B1; GB1148548A

Description

LITTOH INDUSTRIES IKC, 390 Forth Alpine Drive, Beverly Hills,

California , USA-

und.Einrichtung zur Bestimmung der Bewegungsrichtung eines sich bewegenden Gegenstandes

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung der Bewegungsrichtung eines Gegenstandes» z.B.
eines sich "bewegenden Flugzeuges, wobei die Erkenntnis zugrunde gelegt wird, daß der Cosinus des Peilwinkels zwischen der Bewegungsrichtung eines sich bewegenden Gegenstandes, z.B. eines Flugzeuges, und einem festen Punkt gleich dem negativen Wert
der Zeitänderungsgeschwindigkeit des Abstandes dividiert dur'eh die Geschwindigkeit des sich bewegenden Gegenstandes ist. Die Erfindung befasst sich somit mit der Bestimmung des Peilwinkels

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eines, fest vorgegebenen Punktes relativ zu dem sich bewegenden Gegenstand aus Signalen, die die Geschwindigkeit des sich bewegenden Gegenstandes darstellen, und der Zeitänderungsgeschwindigkeit des Abstandes von dem Gegenstand zum festen Punkt. Dabei ist die Gleichung

cos θ = - B/V

zu lösen, wobei θ der zu bestimmende Peilwinkel, R die Zeitänderungsgeschwindigkeit des Abstandes zwischen dem sich bewegenden Gegenstand und dem festen Punkt, und V die Geschwindigkeit des * sich bewegenden Gegenstandes ist·

Somit betrifft die Erfindung die Bestimmung des Peilwinkels zwischen der Bewegungsrichtung eines sich bewegenden Gegenstandes und der Richtung von dem sich bewegenden Gegenstand zu einem festen Punkt, einschließlich der Möglichkeit, daraus den Azimutwinkel der Linie von dem sich bewegenden Gegenstand zum festen Punkt zu bestimmen.

Gemäß der Erfindung sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung der Bewegungsrichtung eines sich bewegenden Gegenstandes dadurch gekennzeichnet,'daß der Peilwinkel zwischen der Richtung der Geschwindigkeit des Gegenstandes, z.B. eines Flügzeuges, und der Richtung einer Linie zwischen dem sich" bewegenden Gegenstand und einem festen Punkt als Punktion der Zeitändrungsgeachwindigkeit des Abstandes zwischen dem sich"Bewegenden Gegenstand und dem festen Punkt und der ZeitänderungsgeVchwindigkeit der Lage des sich bewegenden Gegenstandes berechnet wird. Die Zeitänderungsgeschwindigkeit der" Lage wird als die Geschwindigkeit des Gegenstandes definiert. Der Peilwinkel, der bestimmt

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v;erden soll, wird aus der Gleichung

cos 9 = - R/V

berechnet, wobei R die Zeitänderungsgeschwindigkeit des Abstandes zwischen dem sich tewegenden Gegenstand und dem festen Punkt, und V die Geschwindigkeit des sich bewegenden Gegenstandes ist.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung kann der Azimutwinkel des Kurses des sich bewegenden Gegenstandes ebenfalls bestimmt und dem Peilwinkel hinzuaddiert werden, um den Azimutwinkel der g Richtung der Linie zwischen dem sich bewegenden Gegenstand und dem festen Punkt zu erzielen, wobei der Azimutwinkel als die Bezeichnung für den Winkel zwischen einer bestimmten Sichtung und einer festen Richtung, z.B. der Nordrichtung in einer horizontalen Ebene definiert ist.

Nach einem speziellen Merkmal der Einrichtung zur Bestimmung der Bewegungsrichtung eines sich bewegenden Gegenstandes gemäß vorliegender Erfindung iet eine Instrumentierung zur Erzeugung eines Signales vorgesehen, die die Zeitänderungsgeschwindigkeit des A Abstandes zwischen dem festen Punkt und dem Gegenstand darstellt, ferner eine Instrumentierung zur Erzeugung eines Signales, das der Zeitänäerungsgeschwindigkeit der Lage des sieh bewegenden Gegenstandes entspricht, und eine Rechnerschaltung, die beide Signale aufnimmt und in der Weise arbeitet, daß ein Signal erzeugt wird, welches ein Maß für den Teil winkel ist, der als Punktion der Zeit-. " änderungsgeschwindigkeit des Abst&ndes zwischen dem sich bewegenden Gegenstand und dem festen Punkt sowie der Zeitänderungsgeschwindigkeit der Lage des sich bewegenden Gegenstandes berechnet wird*

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bad m_Gm£^^{mm om}

Vorzugsweise berechnet die Rechnerschaltung den Peilwinkel aus der oben gegebenen Gleichung, indem sie als geschlossenes Servosystem nach der umgeformten Gleichung

V cos Q + R = 0
arbeitet.

zur'Erzeugung
Die Instrumentierung/des Signales, das die Geschwindigkeit des sich bewegenden Gegenstandes darstellt, kann einen Beschleunigungsmesser aufweisen, der auf einer stabilisierten Plattform befestigt ist, sowie eine Schaltung zur Erzeugung eines Signales aus dem Beschleunigungsmesser, das der Geschwindigkeit entspricht, die Instrumentierung zur Erzeugung eines die Zeitänderuhgsgeschwindigkeit des Abstandes darstellendes Signal kann ein Radargerät oder eine

HF-Abfrage-Antworteinrichtung darstellen. Um ein den Azimutwinkel der Linie zwischen dem sich bewegenden Gegenstand und dem festen Punkt entsprechendes Signal zu erzielen, kann eine Instrumentierung zur Bestimmung des -azimutwinkels des Kurses des sich bewegenden Gegenstandes vorgesehen werden, das mit der Einrichtung zur ausbildung eines Signales, welches den Peilwinkel darstellt, und des Signales, das den Azimutwinkel darstellt, zusammenwirkt. Fachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert.

!ig« 1 zeigt ein geometrisches Diagramm, aus dem das zu lösende Problem ersichtlich wird, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer typischen Einrichtung gemäß der Erfindung.

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Nach Fig. 1 ist der sich bewegende G-egenstand, z.B. ein Flugzeug oder ein anderes Fahrzeug mit 10 bezeichnet, der feste Punkt, dessen Lage zur Peilung berechnet werden soll, ist mit 12 dargestellt, die Richtung der Verbindungslinie zwischen 10 und 12, die den Abstand dazwischen darstellt, ist durch den Pfeil R angedeutet, die Geschwindigkeit des sich "bewegenden Gegenstandes JO ist durch den Pfeil V wiedergegeben, der Peilwinkel ist durch den Winkel θ angegeben, der Azimut des Kurses des sich bewegenden Gegenstandes ist mit dem Winkel c< bezeichnet und der Azimut vom Fahrzeug 10 zum festen Punkt 12 ist durch den Winkel^ wiedergegeben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Fahrzeuggeschwindigkeit V die Grundkursgeschwindigkeit des Fahrzeuges· Diese Geschwindigkeit kann eine entsprechende Vorrichtung, z.B. ein Dopplerradargerät, eine» Beschleunigungsmesser, der der Schaltung zur Erzeugung eines die Geschwindigkeit darstellenden Signales zugeordnet ist, oder ein Geschwindigkeitsmesser auf einer kreiselstabilisierten Plattform, ein Luftgeschwindigkeitsmesser mit entsprechender Korrektur, ein Machzahlanzeigegerät oder- rechner oder dgl. sein· Der Entfernungsunterschied R, d.h. die zeitliche Änderungsgeschwindigkeit des Abstandes zwischen dem Gegenstand 10 und dem festen Punkt 12 kann am festen Punkt 12, z.B. mit Hilfe eines Radargerätes gemessen werden, wobei der Wert von R auf das Fahrzeug ,durch eine Fernmesseinrichtung übertragen wird. Andererseits kann R am Fahrzeug dadurch berechnet werden, daß ein Radarimpuls von dem Fahrzeug 10 zu einem Antwortgerät gesendet wird, das am festen Punkt 12 angeordnet ist· Wenn ein Radargerät zur Messung des Entfernungsunterschiedes, d.h. der zeitlichen Inderungs-

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geschwindigkeit des Abstandes zwischen dem festen Tunkt und dem Fahrzeug verwendet wird, kann es entweder bei 10 oder "bei 12 angeordnet sein, eine Fernmessverbindung aufweisen oder nicht und ein Antwortgerät besitzen oder nicht. Wenn der feste Punkt 12 ein gutes Ziel ist, ist natürlich kein Antwortgerät erforderlich. Beispielsweise würde ein Raumdipol (box corner reflector) am festen Punkt eine starke Zielanzeige für eine Radarlage auf dem Fahrzeug 10 ergeben. Ferner können andere Arten von HF-Abfrage-Antwortgeräte zur Bestimmung des Entfernungsunterschiedes oder der zeitlichen Änderungsgeschwindigkeit des Abstandes zwischen Fahrzeug 10 und Punkt P verwendet werden.

Der Cosinus des V/inkels θ ist gMch dem negativen Wert des Entfernungsunterschiedes R dividiert durch den Betrag der Geschwindigkeit des Fahrzeuges V. Zum Zwecke der Mechanisierung der Gleichung

cos θ = - R/V
ist es zweckmäßig, die Gleichung in die Form

V cos β + E = 0.
fe zu bringen.

Das Servosystem nach Figur 2 mechanisiert diese Gleichung. In Fig. 2 ist das üusgangssignal R der Instrumentierung und Schaltung 16 zur Bestimmung des Entfernungsunterschiedes zwischen dem festen Punkt und dem Fahrzeug mit einem Eingang eines Summierverstärkers verbunden« Der andere Eingang in den Summierverstärker ist ein Signal proportional V cos Θ, ,wobei der Motor 20 durch den Ausgang aus dem Verstärker 18 angetrieben wird, damit seine Welle eine Stellung, annimmt , die ein Maß für und ein Signal entsprechend dem

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Peilwinkel θ ist,der bestimmt werden soll.tie^-i Eine Auflösereinrichtung 22 ist mit der Iffelle des Motor 20 verbunden, damit ein Signal erzeugt wird, das ein Maß des Cosinus Θ ist. Der Ausgang der Auflösereinrichtung 22 und der Ausgang der Instrumentierung und Schaltung 14 zur Bestimmung der Geschwindigkeit des

Fahrzeuges werden mit den Eingängen eines Vervielfachers 24 verbunden, der dcas Äusgangssignal V cos Q erzeugt, welches in der erforderlichen Weise mit dem zweiten Eingang des Summierverstärkers 18 verbunden ist. Anstatt der Verwendung des Vervielfachers 24 kann die üuflösereinrichtung 22 der durch den Block 14 bezeichneten Instrumentierung zugeordnet werden. Damit ist die Stellung der "ZeIIe des Motors 20 ein Maß für den V/inkel Θ und kann auf eine Anzeigevorrichtung zur Ablesung durch einen Beobachter mit Hilfe einer Synchronisiereinrichtung oder dgl. (nicht dargestellt) übertragen werden, oder aber die Stellung der Welle des Motors 20 kann zur Erzeugung eines Signales für einen Rechner verwendet werden.

Falls der λsimutwinkel V zum festen Punkt 12 anstatt des Peilwinkels überwacht oder abgelesen werden soll, wird die Tatsache i ausgenutzt, daß der Azimutwinkel % zum festen Punkt gleich der Summe des Azimut winkeis «* des Kurses des Fahrzeuges und des Peilwinkels Θ ist. Der Kursazimutwinkel oc kann aus einem Kompaßgerät 26, z.B. einem Magnetkompaß mit entsprechender Korrektur, einem Flußventil, einem Kreiselkompaß, einer stabilisierten Plattform oder dgl. erhalten werden· Die Ausgangsignale, die Q und öc darstellen, werden dann in der Einrichtung 28 summiert, damit der Azimutwinkel γ erhalten wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß vorliegender Erfindung nach Fig. 2 sind die Ausgangs-

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signale, die Q und <S darstellen, Winkelstellungen der Welle, die auf einfache Weise durch eine mechanische Einrichtung 28 suinmiert werden können, wobei diese Anordnung ein Ausgangssignal ergibt, das den Azimutwinkel £ darstellt, der durch die Winkelstellung einer Ausgangswelle angezeigt oder überwacht wird.

Die Mechanisierung des Analogrechners nach Fig. 2 ist nicht die einzige Möglichkeit, um die Gleichung zu mechanisieren, es ist auch nicht erforderlich, daß die Gleichung durch einen Analogrechner mechanisiert wird. Die Berechnung kann mit einem Digitalrechner oder mit entsprechenden graphischen Darstellungen und Rechenschieber von dem Führer des Fahrzeuges 10 durchgeführt werden.

Falls die Geschwindigkeit V nicht genau die Grundkursgescnwindigkeit, sondern nur eine Luftgeschwindigkeit oder dgl. ist, werden nur kleine Fehler in die Berechnung eingeführt. Bei einer gegebenen Situation können die Fehler in Kauf genommen werden, und die Erfindung ist nicht auf solche Mechanisierungen beschränkt, die extreme Anforderungen an die Präzision stellen.

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Claims

ΡΑΤΕΙΪΑΙ SPRÜCHE!

1. Verfahren zur Bestimmung der Bewegungsrichtung eines sich bewegenden Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß der Peilwinkel (Q) zwischen der Richtung der Geschwindigkeit (V) des Gegenstandes und der Richtung einer Linie zwischen dem sich "bewegenden Gegenstand (10) und einem festen Punkt (12) als .Punktion der zeitlichen Änderungsgeschwindigkeit des Abstandes (R) zwischen dem sich bewegenden Gegenstand (10) und dem festen Punkt (12) und der zeitlichen Änderungsgeschwindigkeit der lage ä des sich bewegenden' Gegenstandes (1.0) berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Peilwinkel (Q) nach der Gleichung cos Q=- R/V berechnet wird, wobei

R die Zeitänderungsgeschwindigkeit des Abstandes zwischen dem sich bewegenden Gegenstand (10) und dem festen Punkt (12) und V die Geschwindigkeit des sich bewegenden Gegenstandes (10) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Äzimutwinkel (o<) des Kurses des sich bewegenden Gegenstandes be- ™ stimmt und dem Peilwinkel (Ö) hinzuaddiert wird, so daß der Azimutwinkel (Ji-) der Richtung der Linie zwischen dem sich bewegenden Gegenstand (10) und dem festen Punkt (12) erhalten wird.

4. Einrichtung zur Bestimmung der Bewegungsrichtung eines sich bewegenden Gegenstandes, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet' durch ein Gerät zur Erzeugung eines Signales (R), das die zeitliche Änderungsgeschwindigkeit des Abstandes (R) zwischen dem

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festen Punkt (12) und dem Gegenstand (10) darstellt, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Signales (V), das die zeitliche Änderungsgeschwindigkeit der lage des sich bewegenden Gegenstandes (10) darstellt, und eine Rechnerschaltung, die beide Signale (R,V) aufnimmt und so verarbeitet, daß ein Signal erzeugt wird, das ein Maß des Peilwinkels (Θ) berechnet als Punktion a) der zeitlichen Änderungsgeschwindigkeit des Abstandes zwischen dem sich bewegenden Gegenstand (10) und dem festen Punkt (12) und b) der zeitlichen Änderungsgei?chwindigkeit der Lage des sich bewegenden Gegenstandes (1C) ist.

5t Einrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnerschaltung den Peilwinkel (θ) aus der Gleichung cos θ = -R/V berechnet, wobei R die zeitliche Änderungsgeschwindigkeit des Abstandes zwischen dem sich bewegenden Gegenstand (10) und dem feisten Punkt (12) und V die Geschwindigkeit des sich bewegenden Gegenstandes ist·

6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnerschaltung als geschlossenes Servosystem nach der umgeformten Gleichung V cos 9+R=O arbeitet (Fig. 2).

7· Einrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät zur Erzeugung des Signales (V), welches die Geschwindigkeit des sich bewegenden Gegenstandes darrteilt, einen Beschleunigungsmesser, der auf einer stabilisierten Plattform befestigt ist, sowie eine Schaltung zur Ableitung eines Signales aus dem Beschleunigungsmesser, das der Geschwindigkeit entspricht, aufweist.

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8. Einrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät zur Erzeugung eines Signales, das die zeitliche Änderungsgeschwindigkeit des Äbstandes darstellt, ein Radargerät ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät zur Erzeugung eines die zeitliche Änderungsgeschwindigkeit des Abstandes darstellenden' Signales ein HP-Abfrage-Antwortgebergerät ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch ein Gerät (26) zur Bestimmung des Azimutwinkels (<*) des Kurses des sich bewegenden Gegenstandes (1C) und eine Einrichtung (28) zur Erzeugung eines Signales, das die Summe des Signales, welches den Peilwinkel (G) entspricht und des Signales, das dem üzimutwinkel (⁰^) entspricht, darstellt, wodurch ein Signal erhalten wird, das den Azimutwinkel (#) der Richtung der Linie zwischen dem sich bewegenden Gegenstand (10) und dem festen Punkt (12) darstellt.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät zur Bestimmung des Azimutwinkels (ex) des Kurses des sich bewegenden / Gegenstandes (10) ein Kompaßgerät (26) ist, dessen Ausgangssignal, ' das den Kurs-Azimut winkel (°<) darstellt, dem den Peilwinkel (Θ) darstellenden Signal hinzuaddiert wird.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompaß gerät ein Trägheitsnavigationssystem ist.

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