DE19956643A1

DE19956643A1 - Device for stabilizing the position of sensors in vehicles

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Publication number: DE19956643A1
Application number: DE19956643A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Euer; Joachim Wernicke
Original assignee: EMT INGENIEURBUERO fur ELEKTR
Current assignee: EMT Ingenieurgesellschaft Dipl Ing Hartmut Euer mbH
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2001-01-04

Abstract

Aus der Praxis sind raumlagestabilisierte Vorrichtungen bekannt, bei denen Raumlagesensoren die Raumlage einer Sensorplattform und eines Fahrzeuges ermitteln und Stellantriebe in einem Regelprozeß eventuelle Abweichungen der Ist-Raumlage von der Soll-Raumlage der Sensorplattform unverzüglich korrigieren. Die neue Vorrichtung soll einfacher aufgebaut sein und wirtschaftlicher arbeiten. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist die Sensorplattform (4) schwerpunktnah als Schwerependel derart gelagert, daß sie sich in einem schwach stabilen, nahezu indifferenten Gleichgewicht befindet, wobei der allen drei rotatorischen Achsen (A, B, C) gemeinsame Angriffspunkt (5) der Drehlagerung (6) an der Sensorplattform (4) um ein geringes Maß (7) außerhalb, vorzugsweise oberhalb oder unterhalb des Schwerpunktes (8) der Sensorplattform (4) liegt. DOLLAR A Vorrichtung zum passiv-intertial Stabilisieren von Sensorplattformen in Fahrzeugen (3), vorzugsweise Fluggeräten.Devices which are stabilized in terms of position are known in practice, in which position sensors determine the position of a sensor platform and a vehicle, and actuators correct any deviations of the actual position from the desired position of the sensor platform in a control process. The new device should have a simpler structure and work more economically. DOLLAR A According to the invention, the sensor platform (4) is mounted close to the center of gravity as a pendulum of gravity in such a way that it is in a weakly stable, almost indifferent equilibrium, the point of attack (5) common to all three rotary axes (A, B, C) of the rotary bearing (6 ) on the sensor platform (4) by a small amount (7) outside, preferably above or below the center of gravity (8) of the sensor platform (4). DOLLAR A device for the passive-interactive stabilization of sensor platforms in vehicles (3), preferably aircraft.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Raumlage-Stabilisieren von Sensoren, insbesondere abbildenden Sensoren, in Fahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for stabilizing the position of sensors, in particular imaging sensors, in vehicles according to the preamble of the claim 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der Praxis bekannt und wird vor allem in der Fahrzeugtechnik vielfältig eingesetzt. Die Vorrichtung kann einerseits als Träger von am geodätischen Referenz system orientierten Ortungssensoren, wie zum Beispiel Kreisel, Beschleunigungsmesser, dienen. Andererseits ermöglicht sie das Tragen von Sensoren als Nutzlast. Derartige Sensoren können beispielsweise Luftbildkameras sein. Das Fahrzeug kann in Form eines Luft-, Land-, See- oder Raumfahrzeugs ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Fahrzeug ein Fluggerät.Such a device is known from practice and is used primarily in vehicle technology used in many ways. The device can be used as a carrier on the geodetic reference system-oriented location sensors, such as gyroscopes, accelerometers, serve. On the other hand, it enables sensors to be carried as payloads. Such sensors can be aerial cameras, for example. The vehicle can be in the form of an air, land, Sea or spacecraft. The vehicle is preferably an aircraft.

Damit die Sensoren ihre Aufgabe erfüllen können, sind sie in ihrer Raumlage unabhängig von der Bewegung des Fahrzeugs ausgerichtet, so daß sie beispielsweise in Form einer Luftbildka mera ungeachtet der Bahnbewegungen des Fluggerätes am Boden befindliche Objekte im Blick behalten können. Ferner können derartige Sensoren kontrolliert über am Boden befindliche Ob jekte geschwenkt werden. In order for the sensors to be able to fulfill their task, their spatial position is independent of aligned with the movement of the vehicle so that it is, for example, in the form of an aerial photograph Mera has an eye on objects on the ground regardless of the flight movements of the aircraft can keep. Furthermore, sensors of this type can be controlled via obs objects can be swiveled.

Bei der aus der Praxis bekannten Vorrichtung ist die Sensorplattfonn in ihrem Schwerpunkt dreiachsig frei drehbar am Fluggerät aufgehängt. Raumlagesensoren ermitteln ständig die jewei lige Lage der Sensorplattform und des Fahrzeugs; Stellantriebe korrigieren in einem schnell durchgeführten Regelprozess Abweichungen der Ist-Lage von der Soll-Lage. Eine derartige Vorrichtung hat den Nachteil eines hohen Kosten- und Gewichtsaufwandes. Es ist erforderlich, die tragenden Kardanrahmen und -lager verbindungssteif auszuführen, die Meßfehler der Raumlagesensoren kleiner als die angestrebten Raumlagetoleranzen auszubilden und die Stell antriebe mit hoher Präzision zu fertigen und derart auszubilden, daß deren Grenz-Stellfrequen zen über das praktisch auftretende Störfrequenzspektrum hinausreichen.In the device known from practice, the focus is on the sensor platform three-axis freely rotatable suspended on the aircraft. Room position sensors constantly determine the respective current position of the sensor platform and the vehicle; Actuators correct quickly carried out control process deviations of the actual position from the target position. Such Device has the disadvantage of a high cost and weight. It is necessary, to carry the load-bearing gimbal frames and bearings, the measurement errors of the Space sensors smaller than the desired space tolerances and the Stell to manufacture drives with high precision and to design such that their limit positioning frequencies zen extend beyond the practically occurring interference frequency spectrum.

Für kleine Fahrzeuge, wie zum Beispiel unbemannte Fluggeräte, ist die bekannte Vorrichtung nicht geeignet. Diese überwiegend aus Kunststoff gefertigten Leichtfahrzeuge haben eine Fahr zeugzelle, welche in einem Umfang deformierbar ist, der über die angestrebten Raumlage toleranzen hinausreicht. Die Annahme "Fahrzeugzelle kann als starrer Körper angenommen werden" trifft also bei derart deformierbaren Fahrzeugzellen nicht zu. Dadurch erhöht sich der Meß- und Regelaufwand für die aktive Lagerregelung der Sensorplattform erheblich.The known device is for small vehicles, such as unmanned aerial vehicles not suitable. These light vehicles, which are mainly made of plastic, have a drive witness cell, which is deformable to an extent beyond the desired spatial position tolerances. The assumption "vehicle cell can be assumed as a rigid body So "does not apply to such deformable vehicle cells. This increases the Measurement and control effort for the active position control of the sensor platform considerably.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche mit geringerem Aufwand und damit wirtschaftlicher handhabbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patent anspruchs 1 gelöst.The invention has for its object to a device of the type mentioned create, which can be handled with less effort and thus more economically. This object is achieved by a device with the features of the patent claim 1 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist die Sensorplattform schwerpunktnah als Schwerependel derart gelagert, daß sie sich in einem schwach stabilen, nahezu indifferenten Gleichgewicht befindet. Dadurch schwingt die Sensorplattform relativ langsam und träge, wobei die Frequenzen deutlich unter 1 Hz liegen. Das erfindungsgemäße System ist daher relativ träge und befindet sich im Ruhezu stand in einer definierten Lage zur Vertikalen. Die erfindungsgemäße Lagerung verhindert, daß sich Rotationen und Translationen des Fahrzeugs auf die Lage der Sensorplattform und damit auf diejenige des wenigstens einen Sensors auswirken. Die erfindungsgemäße Lagerung verhin dert die Übertragung von Rotationsbewegungen des Fahrzeugs, wie zum Beispiel des Flugge räts, auf die Sensorplattform. Translationsbewegungen, wie zum Beispiel Beschleunigungen des Fahrzeuges, wirken sich nur in vernachlässigbarem Umfang auf die Sensorplattform aus, da durch die schwerpunktnahe Lagerung Trägheitskräfte infolge Fahrzeugbeschleunigung nur mit einem sehr kleinen Hebelarm auf die Sensorplattform wirken, so daß ein wirksames Drehmo ment zum Verstellen der Lage der Sensorplattform nicht zustande kommt.According to the invention, the sensor platform is mounted close to the center of gravity in such a way that that it is in a weakly stable, almost indifferent equilibrium. Thereby the sensor platform vibrates relatively slowly and slowly, with frequencies well below 1 Hz. The system according to the invention is therefore relatively sluggish and is at rest stood in a defined position to the vertical. The storage according to the invention prevents rotations and translations of the vehicle to the position of the sensor platform and thus affect that of the at least one sensor. Prevent the storage according to the invention changes the transmission of rotational movements of the vehicle, such as the aircraft on the sensor platform. Translational movements, such as accelerations of the Vehicle, only have a negligible impact on the sensor platform, because due to the bearing close to the center of gravity, inertial forces due to vehicle acceleration only with a very small lever arm act on the sensor platform, so that an effective torque ment to adjust the position of the sensor platform does not come about.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung liegt der allen drei rotatorischen Achsen gemeinsame Angriffspunkt der Drehlagerung an der Sensorplattform um ein geringes Maß außerhalb, vor zugsweise oberhalb oder unterhalb, des Schwerpunktes der Sensorplattform, wodurch sicher gestellt ist, daß sich die erfindungsgemäße Vorrichtung als physikalisches Pendel verhält.According to an advantageous development, the common to all three rotary axes Point of attack of the rotary bearing on the sensor platform by a small amount outside preferably above or below the center of gravity of the sensor platform, which makes it safe is that the device according to the invention behaves as a physical pendulum.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die dreiachsige Drehlagerung der Sensorplattform als Innenrahmensystem in Form eines zentralen Gelenks, vorzugsweise eines Kardan- oder Kugelgelenks, oder als Außenrahmensystem in Form einer außen um die Sensor plattform herum angeordneten Kardanaufhängung ausgebildet. Letztere hat den konstruktiven Vorteil, daß das Bauvolumen um den Schwerpunkt des Systems uneingeschränkt für die Unter bringung der Sensorplattform nutzbar ist. Daraus ergibt sich eine kompakte Bauform der erfin dungsgemäßen Vorrichtung.According to an advantageous development of the invention, the three-axis rotary bearing is the Sensor platform as an inner frame system in the form of a central joint, preferably one Cardan or ball joint, or as an outer frame system in the form of an outside around the sensor gimbal arranged around the platform. The latter has the constructive one Advantage that the construction volume around the center of gravity of the system is unlimited for the sub bring the sensor platform is usable. This results in a compact design of the erfin device according to the invention.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung hat die Sensorplattform eine rotierende, rotations symmetrische Schwungmasse, deren Rotationsachse eine konstante Lage in bezug auf die Sen sorplattform aufweist. Durch die rotierende Schwungmasse ist das Trägheitsmoment der Sen sorplattform gewissermaßen künstlich erhöht. Diese Erhöhung des Trägheitsmomentes bewirkt eine höhere Steifigkeit der Sensorplattform bei gleicher Masse. Dadurch ist die Raumlagedrift der Sensorplattform infolge der Rest-Störmomente vermindert.According to a development of the invention, the sensor platform has a rotating, rotating symmetrical flywheel, whose axis of rotation has a constant position with respect to the sen has platform. Due to the rotating flywheel, the moment of inertia of the sen sor platform artificially raised to a certain extent. This increase in the moment of inertia causes a higher rigidity of the sensor platform with the same mass. This is the spatial drift the sensor platform is reduced as a result of the residual interference torques.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind zum Herbeiführen oder Kompensieren von Drehbewegungen der Sensorplattform um eine oder mehrere der drei Achsen Momentenge ber vorgesehen, die im Ruhezustand keine Drehmomente auf die Sensorplattform ausüben. Im Vergleich zu den bei der herkömmlichen Vorrichtung verwendeten Stellantrieben können die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Momentengeber relativ einfach ausgebildet und damit kostengünstig herstellbar sein. Dies ist auch darauf zurückzuführen, daß die letztgenannten Momentengeber anders als die Stellantriebe bei einer herkömmlichen Vorrichtung relativ langsam ansprechend ausgebildet sein können.According to another development of the invention, they are to be brought about or compensated for of rotational movements of the sensor platform around one or more of the three axes Provided that do not exert any torque on the sensor platform in the idle state. in the Compared to the actuators used in the conventional device, the Torque sensor used in the device according to the invention is relatively simple trained and thus inexpensive to manufacture. This is also due to the fact that the latter torque transmitters are different than the actuators in a conventional one Device can be designed to respond relatively slowly.

Vorteilhafterweise sind zur Messung der Relativlage der Sensorplattform gegenüber dem Fahr zeug Winkelsensoren vorgesehen, wobei vorzugsweise Momentengeber und Winkelsensoren berührungsfrei, insbesondere elektrodynamisch, arbeitend ausgebildet sind. Dadurch ist sicher gestellt, daß Momentengeber und Winkelsensoren nicht ihrerseits Störmomente auf die Sensor plattform einbringen. It is advantageous to measure the relative position of the sensor platform with respect to the driver convincing angle sensors are provided, preferably torque sensors and angle sensors are designed to be non-contact, in particular electrodynamic, working. This makes it safe posed that torque transmitters and angle sensors do not in turn generate interference torques on the sensor bring in the platform.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Momentengeber jeweils als elektromagneti sches System, vorzugsweise mit am Fahrzeug befestigter, etwa kreisringsegmentförmiger Elek tromagnetreihe und dieser gegenüberliegendem, an der Sensorplattform befestigtem, weichma gnetischem Material, ausgebildet, wobei vorzugsweise die Momentengeber über die Messung der elektromagnetischen Induktivitäten im zeitlichen Wechsel auch als elektromagnetische Winkelsensoren einsetzbar sind. Das weichmagnetische Material gewährleistet im stromlosen Zustand der Elektromagnete einen stellmomentfreien Zustand des Momentengebers. Ein derartiger Momentengeber ist also im Sinne einer Doppelwirkung sowohl zum Aufbringen eines Momentes auf die Sensorplattform als auch zum Bestimmen der jeweiligen Lage der Sensorplattform relativ zum Fahrzeug einsetzbar. Die Nähe des ferromagnetischen Materials erhöht nämlich die Induktivität des nächstbenachbarten Elektromagneten bzw. der nächstbenachbarten Elektromagnetspule, so daß durch die Induktivitätsmessung der einzelnen Elektromagneten die relative Raumlage der Sensorplattform relativ zum Fahrzeug ermittelt werden kann.According to a development of the invention, the torque transmitters are each electromagnetic cal system, preferably with the circular segment-shaped elec attached to the vehicle tromagnet line and this opposite, attached to the sensor platform, soft gnetic material, preferably the torque sensor on the measurement of electromagnetic inductances alternating over time as electromagnetic Angle sensors can be used. The soft magnetic material ensures no current State of the electromagnets a torque-free state of the torque sensor. On Such a torque generator is therefore both applicable in the sense of a double effect a moment on the sensor platform as well as to determine the respective position of the Sensor platform can be used relative to the vehicle. The proximity of the ferromagnetic material namely increases the inductance of the next adjacent electromagnet or next adjacent electromagnetic coil, so that by inductance measurement of each Electromagnets determined the relative position of the sensor platform relative to the vehicle can be.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind die Momentengeber als Kombination aus Stellungsgebern und elastischen Kopplungselementen ausgebildet. Die Stellungsgeber können beispielsweise als Positionsservomotoren, sogenannte Positionsservos, auf einfache Weise ausgebildet sein. Auch die Kopplungselemente lassen sich beispielsweise über Stellhebel und elastische Züge preiswert und zuverlässig herstellen. Derartige elastische Kopplungselemente können somit auf einfache Weise den Momentenwert Null ausüben. Angesichts der sehr niedrigen Eigenfrequenzen der Pendelbewegungen der Sensorplattform sind an den Frequenzgang derartiger Regelkreise keine besonderen Ansprüche zu stellen, so daß, wie zuvor erwähnt, auch einfache Positionsservos zum Einsatz kommen können.According to another development of the invention, the torque transmitters are a combination formed from position sensors and elastic coupling elements. The positioners can, for example, as position servomotors, so-called position servos, in a simple manner Be trained. The coupling elements can also be set, for example, using adjusting levers and produce elastic cables inexpensively and reliably. Such elastic Coupling elements can thus exert the zero torque value in a simple manner. In view of the very low natural frequencies of the pendulum movements of the sensor platform there are no special requirements for the frequency response of such control loops that, as previously mentioned, simple position servos can also be used.

Vorteilhafterweise sind an der Sensorplattform Raumlage- und Winkelgeschwindigkeitssensoren befestigt. Diese dienen als Istwert-Meßgeber für die Raumlage bzw. die Winkelgeschwindigkeit. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß Meßfehlerbeiträge der Winkelstellungsabgriffe sowie der Messung der Raumlage der Sensorplattform infolge einer möglichen Durchbiegung des Fahrzeugs nicht auftreten können.Advantageously, spatial and location are on the sensor platform Angular velocity sensors attached. These serve as actual value sensors for the Location or the angular velocity. This training has the advantage that Measurement error contributions of the angular position taps and the measurement of the spatial position of the Sensor platform can not occur due to a possible deflection of the vehicle.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Kardanaufhängung mehrere Kardanrahmen und ein Drehlager auf, mit dessen Hilfe die Kardanrahmen am Fahrzeug befe stigt sind, wobei vorzugsweise die Kardanaufhängung als zusätzliches Schwerependel ausgebil det ist und der Aufhängungspunkt des zusätzlichen Schwerependels über ein dreiachsiges Dämpfungselement mit dem Fahrzeug verbunden ist. Dadurch pendelt der gemeinsame Schwerpunkt von Sensorplattform und Kardanaufhängung um die Richtung des wirksamen Schwerevektors unter dem Aufhängungspunkt am Fahrzeug. In Ruhe oder in geradlinig gleichförmiger Bewegung des Fahrzeuges weist dieser Vektor parallel zur Vertikalen. Bei beschleunigter Bewegung des Fahrzeuges, so zum Beispiel beim Kurvenflug eines Fluggerätes, weist der Vektor in Richtung der Resultierenden aus Erdbeschleunigung, Zentrifugalbeschleunigung und einer eventuell antriebsbedingten Bahnbeschleunigung oder -verzögerung. Da die Raumrichtung des Schwerevektors also aus der Bahnbewegung des Fahrzeuges bekannt ist, kann sie unmittelbar als Raumlagereferenz für die Vertikale dienen. Vorteilhaft ist dabei, daß eine Abhängigkeit der Raumlagereferenz von einer möglichen Verbiegung des Fahrzeuges bzw. der Fahrzeugzelle eliminiert ist. Letztlich wird durch das zusätzliche Schwerependel eine kreiselfreie Lagereferenz gewonnen. Das Dämpfungselement ermöglicht einerseits ein Dämpfen von Pendelschwingungen der Kardanaufhängung relativ zur Sensorplattform, andererseits ein Abdämpfen von Vibrationen von dem Fahrzeug auf die Kardanaufhängung und damit auf die Sensorplattform.According to a preferred development of the invention, the gimbal suspension has several Gimbal frame and a pivot bearing, with the help of which the gimbal frame on the vehicle Stigt are, preferably the gimbal trained as an additional heavy pendulum det and the suspension point of the additional gravity pendulum over a three-axis Damping element is connected to the vehicle. As a result, the common commutes Focus from sensor platform and gimbal to the direction of effective Gravity vector under the suspension point on the vehicle. At rest or in a straight line This vector shows uniform movement of the vehicle parallel to the vertical. At accelerated movement of the vehicle, for example when turning an aircraft, the vector points in the direction of the resultant from gravitational acceleration, Centrifugal acceleration and a possibly acceleration-related path acceleration or -delay. Since the spatial direction of the gravity vector from the path movement of the Known vehicle, it can serve directly as a spatial reference for the vertical. It is advantageous that a dependency of the spatial position reference on a possible Bending of the vehicle or the vehicle cell is eliminated. Ultimately, through that additional pendulum of gravity gained a gyro-free position reference. The damping element allows on the one hand damping of pendulum vibrations of the gimbal relative to Sensor platform, on the other hand damping vibrations from the vehicle to the Cardan suspension and thus on the sensor platform.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are described below with reference to the drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische, teilweise perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Raumlage stabilisieren von Sensoren in Fahrzeugen gemäß einer ersten, als Innenrahmen system ausgebildeten Ausführungsform; Figure 1 is a schematic, partial perspective view of a device for stabilizing the position of sensors in vehicles according to a first, designed as an inner frame system.

Fig. 2 eine schematische, perspektivische Ansicht eines elektromagnetischen Systems zum Messen der Winkelstellung der Sensorplattform und zum Erzeugen von Stellmomenten; und Figure 2 is a schematic perspective view of an electromagnetic system for measuring the angular position of the sensor platform and for generating controlling torques. and

Fig. 3 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Raumlage-Stabili sieren von Sensoren in Fahrzeugen gemäß einer zweiten, als Außenrahmensystem ausgebildeten Ausführungsform. Fig. 3 is a schematic, perspective view of a device for spatial stabilization sensors in vehicles according to a second, designed as an outer frame system.

Eine Vorrichtung 1 zum Raumlage-Stabilisieren von Sensoren 2, insbesondere abbildenden Sensoren, in Fahrzeugen 3 ist schematisch in einer perspektivischen Ansicht in Fig. 1 gemäß einer ersten, als Innenrahmensystem ausgebildeten Ausfühnmgsform der Erfindung dargestellt.A device 1 for stabilizing the position of sensors 2 , in particular imaging sensors, in vehicles 3 is shown schematically in a perspective view in FIG. 1 in accordance with a first embodiment of the invention designed as an inner frame system.

Der oder die Sensoren 2 sind beispielsweise als Luftbildkamera ausgebildet. Das Fahrzeug 3, das in Fig. 1 lediglich teilweise angedeutet ist, kann als Fluggerät oder auch als Land- oder Seefahrzeug ausgebildet sein. The sensor or sensors 2 are designed, for example, as an aerial camera. The vehicle 3 , which is only partially indicated in FIG. 1, can be designed as an aircraft or as a land or sea vehicle.

Die Vorrichtung 1 weist eine als starrer Körper ausgebildete Sensorplattform 4 auf, welche den Sensor 2 trägt und frei um alle drei, jeweils einen Winkel von 90° einschließenden, rotatorischen Achsen A, B und C drehbar gelagert ist. Diese Lagerung wird nachfolgend dreiachsige Drehlagerung genannt.The device 1 has a sensor platform 4 designed as a rigid body, which supports the sensor 2 and is freely rotatable about all three rotary axes A, B and C, each enclosing an angle of 90 °. This bearing is called three-axis pivot bearing below.

In Fig. 1 ist ein typischer Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, bei dem die Sensorplattform 4 in etwa horizontaler Lage stabilisiert und um die genannten drei rotatori schen Achsen A, B, C schwenkbar ist, um mit dem Sensor 2 in Form einer Luflbildkamera im Überflug Bodenbereiche abzutasten.In Fig. 1, a typical application of the device according to the invention is shown, in which the sensor platform 4 is stabilized in an approximately horizontal position and can be pivoted about the three rotatory axes A, B, C mentioned in order to fly with the sensor 2 in the form of an aerial camera To scan floor areas.

Die Sensorplattform 4 ist gemäß Fig. 1 in der Art eines länglichen Trägers ausgebildet und schwerpunktnah als Schwerependel derart gelagert, daß sie sich in einem schwach stabilen, na hezu indifferenten Gleichgewicht befindet. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der allen drei ro tatorischen Achsen A, B und C gemeinsame Angriffspunkt 5 der Drehlagerung 6 an der Sensor plattform 4 um ein geringes Maß 7 außerhalb des Schwerpunktes 8 der Sensorplattform 4 liegt. In Fig. 1 ist der gemeinsame Angriffspunkt 5 oberhalb des Schwerpunktes 8 vorgesehen.The sensor platform 4 is formed according to FIG. 1 in the manner of an elongated carrier and mounted close to the center of gravity as a pendulum of gravity in such a way that it is in a weakly stable, almost indifferent equilibrium. This is due to the fact that the all three ro tatorial axes A, B and C common point of attack 5 of the pivot bearing 6 on the sensor platform 4 by a small amount 7 outside the center of gravity 8 of the sensor platform 4 . In Fig. 1, the common point of attack 5 is provided above the center of gravity 8 .

Die dreiachsige Drehlagerung 6 der Sensorplattform 4 ist gemäß Fig. 1 als Innenrahmensystem in Form eines zentralen Gelenks 10 ausgebildet. Dieses Gelenk ist beispielsweise ein Kardan- oder Kugelgelenk, das über einen Trägerholm 11 fest mit dem Fahrzeug 3 verbunden ist.The three-axis rotary bearing 6 of the sensor platform 4 is designed according to FIG. 1 as an inner frame system in the form of a central joint 10 . This joint is, for example, a cardan joint or ball joint, which is firmly connected to the vehicle 3 via a support beam 11 .

An der Sensorplattform 4 ist neben dem Sensor 2, wie zum Beispiel eine oder mehrere Luftbild kameras, eine rotierende, rotationssymmetrische Schwungmasse 12, wie zum Beispiel ein Kreisel, befestigt. Die Rotationsachse 13 der Schwungmasse 12 weist in bezug auf die Sensorplattform 4 eine konstante Lage auf. Die Schwungmasse rotiert mit Hilfe eines nicht näher gezeigten Drehantriebs. Gemäß Fig. 1 befindet sich der wenigstens eine Sensor 2 auf der rechten, die Schwungmasse 12 hingeben auf der gegenüberliegenden, linken Seite der Sensorplattform 4.On the sensor platform 4 is next to the sensor 2 , such as one or more aerial cameras, a rotating, rotationally symmetrical flywheel 12 , such as a gyroscope, attached. The axis of rotation 13 of the flywheel 12 has a constant position with respect to the sensor platform 4 . The flywheel rotates with the help of a rotary drive, not shown. According to FIG. 1, the at least one sensor 2 is on the right, the flywheel 12 is on the opposite, left side of the sensor platform 4 .

Ferner ist auf der Oberseite der Sensorplattform 4 ein Datensender und -empfänger 14 zur be rührungslosen optischen Übermittlung oder Funkübermittlung 15 von analogen oder digitalen Signalen bzw. Daten zwischen Sensorplattform 4 und Fahrzeug 3 montiert. Es ist klar, daß am Fahrzeug ebenfalls ein Datenempfänger und -sender vorgesehen ist (nicht gezeigt), der mit dem Datensender und -empfänger 14 kommuniziert. Furthermore, a data transmitter and receiver 14 for contactless optical transmission or radio transmission 15 of analog or digital signals or data between sensor platform 4 and vehicle 3 is mounted on the top of the sensor platform 4 . It is clear that a data receiver and transmitter (not shown) is also provided on the vehicle, which communicates with the data transmitter and receiver 14 .

Ferner ist an der Sensorplattform 4 über Halterungen 16 ferromagnetisches Material 17 in Form eines die Sensorplattform 4 umgebenden Kreisrings 20 und in Form eines in Fig. 1 auf der linken Seite angeordneten Kreisringsegmentes 21 vorgesehen.Furthermore, ferromagnetic material 17 in the form of a circular ring 20 surrounding the sensor platform 4 and in the form of a circular ring segment 21 arranged on the left side in FIG. 1 is provided on the sensor platform 4 via holders 16 .

Wie zuvor erwähnt, ist das Gelenk 10 derart positioniert, daß sein Angriffspunkt 5 um das geringe Maß 7, welches auf nicht näher gezeigte Weise einstellbar ist, oberhalb des Schwerpunktes 8 der Sensorplattform 4 liegt. Die Sensorplattform bildet daher ein physikalisches Pendel mit schwacher Gewichtsstabilität, wobei eine geringfügige Absenkung des Angriffspunktes 5 des zentralen Gelenkes 10 zu einem indifferenten Gleichgewicht führen würde. Auf Grund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Drehlagerung 6 können weder rotatorische, noch translatorische Bewegungen des Fahrzeuges 3 und damit des Trägerholmes 11 nennenswerte Drehmomente auf die Sensorplattform 4 ausüben, wodurch die Sensorplattform und damit der Sensor 2 passiv-inertial stabilisiert ist.As previously mentioned, the joint 10 is positioned such that its point of engagement 5 lies above the center of gravity 8 of the sensor platform 4 by the small amount 7 , which can be adjusted in a manner not shown in detail. The sensor platform therefore forms a physical pendulum with weak weight stability, a slight lowering of the point of attack 5 of the central joint 10 leading to an indifferent balance. Due to the design of the rotary bearing 6 according to the invention, neither rotational nor translatory movements of the vehicle 3 and thus of the support beam 11 can exert significant torques on the sensor platform 4 , as a result of which the sensor platform and thus the sensor 2 is stabilized passively and inertially.

Die Stromzuführung vom Fahrzeug 3 zur Sensorplattform 4 erfolgt gemäß Fig. 1 über das zen trale Gelenk 10, beispielsweise mittels nicht näher gezeigter, dünner, hochflexibler Leitungen oder über Schleifringe oder in einer Kombination der beiden letztgenannten Techniken. Es ist auch eine berührungsfreie, induktive Leistungsübertragung möglich.The power supply from the vehicle 3 to the sensor platform 4 takes place according to FIG. 1 via the central joint 10 , for example by means of thin, highly flexible lines, not shown, or via slip rings or in a combination of the latter two techniques. Non-contact, inductive power transmission is also possible.

Zum Herbeiführen oder Kompensieren von Drehbewegungen der Sensorplattform 4 sind um eine oder mehrere der drei rotatorischen Achsen A, B und C, auch Nick-, Roll- und Gierachsen genannt, Momentengeber 22-24 vorgesehen, die im Ruhezustand keine Drehmomente auf die Sensorplattform 4 ausüben. Diese Momentengeber sind gebildet durch elektromagnetische Systeme, welche jeweils eine etwa kreisringsegmentförmige Elektromagnetenreihe 25, 26, 27 mit dem gegenüberliegenden, weichmagnetischen Material 17 in Form des Kreisrings 20 bzw. des Kreissegmentes 21 aufweisen. Damit steht jede Reihe 25-27 von Elektromagneten in ihrem Magnetfeldbereich einem mit einer Drehbewegung an der Reihe entlang beweglichen, schmalen Stück aus ferromagnetischem Material gegenüber. Im einzelnen sind dies für die Nickbewegung (Drehung um die Achse A) die Elektromagnetenreihe 27 und der Kreisring 20 aus ferromagnetischem Material 17, für die Rollbewegung (Drehung um die Achse B) die Elektromagnetenreihe 26 und der Magnetring 20 aus ferromagnetischem Material 17 und für die Gierbewegung (Drehung um die vertikale Achse C) die Elektromagnetenreihe 25 und das Kreisringsegment 21 aus ferromagnetischem Material 17.In order to bring about or compensate for rotary movements of the sensor platform 4 , torque transmitters 22-24 are provided about one or more of the three rotary axes A, B and C, also called pitch, roll and yaw axes, which do not exert any torque on the sensor platform 4 in the idle state . These torque transmitters are formed by electromagnetic systems, each of which has an approximately circular ring-shaped row of electromagnets 25 , 26 , 27 with the opposing, soft magnetic material 17 in the form of the circular ring 20 or the circular segment 21 . Each row 25-27 of electromagnets thus faces in its magnetic field region a narrow piece of ferromagnetic material which can be moved along the row with a rotary movement. Specifically, these are for the pitching movement (rotation about the axis A) the electromagnet row 27 and the circular ring 20 made of ferromagnetic material 17 , for the rolling movement (rotation about the axis B) the electromagnet row 26 and the magnetic ring 20 made of ferromagnetic material 17 and for the Yawing movement (rotation about the vertical axis C) of the electromagnet row 25 and the circular ring segment 21 made of ferromagnetic material 17 .

Eine derartige Anordnung ist beispielhaft in Fig. 2 in einer vergrößerten Darstellung gezeigt, wobei die Schwenk- oder Drehbewegung des Kreisrings 20 bzw. des Kreisringsegmentes 21 aus ferromagnetischem Material 17 entlang der Pfeile D und E angedeutet ist. Such an arrangement is shown by way of example in FIG. 2 in an enlarged illustration, the pivoting or rotating movement of the circular ring 20 or the circular ring segment 21 made of ferromagnetic material 17 along the arrows D and E being indicated.

Bei einem Stromfluß durch einen der Elektromagnete der Elektromagnetenreihe 25-27, welche Elektromagneten sich in einem ausreichend geringen Abstand zu dem elektromagnetischen Material 17 befinden, wirkt durch den oder die als Spule arbeitenden Elektromagneten auf das ferromagnetische Material 17 eine Zugkraft zu dem betreffenden Elektromagneten hin, die als Drehmoment an der Sensorplattform 4 angreift.When a current flows through one of the electromagnets of the electromagnet series 25-27 , which electromagnets are located at a sufficiently small distance from the electromagnetic material 17 , a tensile force acts on the ferromagnetic material 17 through the electromagnet (s) acting as a coil, which acts as a torque on the sensor platform 4 .

Durch fortlaufende Messung der Induktivitätswerte aller Elektromagneten in den genannten Elektromagnetenreihen 25-27 ist es möglich, die Stellung des Kreisrings 20 aus ferromagneti schem Material 17 und damit die Lage der Sensorplattform 4 zu ermitteln. Dies ist darauf zu rückzuführen, daß die unmittelbar dem Kreisring bzw. dem Kreisringsegment gegenüberliegen den Elektromagneten durch die Nähe des ferromagnetischen Materials 17 eine erhöhte Induktivität aufweisen. Damit sind die Momentengeber 22-24 über die Messung der elektromagnetischen Induktivitäten im zeitlichen Wechsel auch als elektromagnetische Winkelsensoren einsetzbar. Es ist aber auch möglich, zur Messung der Relativlage der Sensorplattform 4 gegenüber dem Fahrzeug 3 separate Winkelsensoren (nicht näher gezeigt) vorzusehen.By continuously measuring the inductance values of all electromagnets in the aforementioned electromagnet series 25-27 , it is possible to determine the position of the circular ring 20 made of ferromagnetic material 17 and thus the position of the sensor platform 4 . This is due to the fact that the electromagnets directly opposite the circular ring or the circular ring segment have an increased inductance due to the proximity of the ferromagnetic material 17 . The torque transmitters 22-24 can thus also be used as electromagnetic angle sensors in alternation over time by measuring the electromagnetic inductances. However, it is also possible to provide separate angle sensors (not shown in more detail) for measuring the relative position of the sensor platform 4 with respect to the vehicle 3 .

Generell können die Momentengeber 22-24 elektromagnetisch, elektrodynamisch oder pneu matisch arbeitend ausgebildet sein. Winkelsensoren können elektromagnetisch oder optisch ar beitend ausgebildet sein. Es ist klar, daß die Stromzuführungsverbindungen sowie die Daten- oder Signalverbindungen zwischen dem Fahrzeug und der Sensorplattform weitestgehend kräfte- und momentenfrei ausgebildet sind. Momentengeber 22-24 und, sofern vorhanden, Winkelsensoren sind daher berührungsfrei, vorzugsfrei elektrodynamisch arbeitend ausgebildet.In general, the torque sensors 22-24 can be designed to operate electromagnetically, electrodynamically or pneumatically. Angle sensors can be designed to be electromagnetic or optical. It is clear that the power supply connections and the data or signal connections between the vehicle and the sensor platform are largely free of forces and moments. Torque sensors 22-24 and, if available, angle sensors are therefore designed to be non-contact, preferably electrodynamically working.

In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 als Außenrahmensystem in Form einer außen um die Sensorplattform 4 herum angeordneten Kardanaufhängung 30 ausgebildet. Gemäß die sem Ausführungsbeispiel weist die Kardanaufhängung 30 zwei Kardanrahmen 31, 32 und ein Drehlager 33 auf, mit dessen Hilfe die Kardanrahmen 31 und 32 über einen Trägerholm 34 am Fahrzeug 3 befestigt sind.In FIG. 3, the device 1 according to the invention is designed as an outer frame system in the form of a gimbal 30 arranged around the outside of the sensor platform 4 . According to the exemplary embodiment, the gimbal 30 has two gimbals 31 , 32 and a pivot bearing 33 , with the aid of which the gimbals 31 and 32 are fastened to the vehicle 3 via a carrier beam 34 .

Der äußere Kardanrahmen 31 ist gemäß Fig. 3 U-förmig mit nach unten weisender Öffimng ausgebildet. Der Kardanrahmen hat zwei Seitenschenkel 35, 36, an deren freien Enden der innere, zweite Kardanrahmen 32, welcher in Form eines Rechtecks gestaltet ist, um die rotatorische Achse B drehbar gelagert ist. Innerhalb des inneren Kardanrahmens 32 befindet sich die Sensorplattform 4, welche am Kardanrahmen 32 um die rotatorische Achse A drehbar gelagert ist. Bei dieser Ausführungsform wird das Bauvolumen um den Schwerpunkt 8 des Systems uneingeschränkt für die Unterbringung der Sensorplattform 4 genutzt. Auch in diesem Fall ist die Sensorplattform 4 als Schwerependel ausgebildet, wobei sie sich in einem schwach stabilen, nahezu indifferenten Gleichgewicht befindet. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Angriffspunkt 5 der Drehlagerung 6 um ein geringes Maß 7 oberhalb des Schwerpunktes 8 der Sensorpalttform 4 angeordnet ist.The outer gimbal 31 is U-shaped as shown in FIG. 3 with the opening facing downward. The gimbal frame has two side legs 35 , 36 , at the free ends of which the inner, second gimbal frame 32 , which is designed in the form of a rectangle, is rotatably mounted about the rotational axis B. Located inside the inner gimbal 32 is the sensor platform 4 , which is mounted on the gimbal 32 so as to be rotatable about the rotational axis A. In this embodiment, the construction volume around the center of gravity 8 of the system is used without restriction for accommodating the sensor platform 4 . In this case too, the sensor platform 4 is designed as a pendulum of gravity, being in a weakly stable, almost indifferent equilibrium. This is due to the fact that the point of engagement 5 of the rotary bearing 6 is arranged a small amount 7 above the center of gravity 8 of the sensor gap 4 .

Damit ist die Sensorplattform 4 im Kardanrahmen 32 um die horizontale Achse A neigbar, und dieser Kardanrahmen 32 ist wiederum im Kardanrahmen 31 um die dazu senkrechte, horizontale Achse B neigbar. Der Kardanrahmen 31 ist an seiner Oberseite mittels des Drehlagers 33 um die vertikale, rotatorische Achse C drehbar gelagert. Insgesamt gesehen, ist also die Sensorplattform 4 entlang der Doppelpfeile F, G und H dreh- bzw. schwenkbar, so daß das Suchfeld 37 des beispielsweise als Luftbildkamera ausgebildeten Sensors 2 entlang der Pfeile I, K führbar ist.Thus, the sensor platform 4 in the gimbal 32 can be tilted about the horizontal axis A, and this gimbal 32 can in turn be tilted in the gimbal 31 about the horizontal axis B perpendicular thereto. The gimbal 31 is rotatably supported on its upper side by means of the pivot bearing 33 about the vertical, rotational axis C. Seen overall, the sensor platform 4 can thus be rotated or swiveled along the double arrows F, G and H, so that the search field 37 of the sensor 2, which is designed, for example, as an aerial camera, can be guided along the arrows I, K.

Der feste Wellenteil 40 des Drehlagers 33 ist um den Aufhängungspunkt 41 zweiachsig neigbar, so daß die gesamte Kardanaufhängung 30 mit der Sensorplattform 4 ein zusätzliches physikali sches Schwerependel bildet, das am Aufhängungspunkt 41 aufgehängt ist und um die jeweilige Lot- bzw. Scheinlotrichtung gemäß den Bewegungsfreiheitsgraden in Richtung der Pfeile I, K schwingen kann. Der Aufhängungspunkt 41 liegt auf der Drehachse des Drehlagers 33 und damit auf der rotatorischen Achse C.The fixed shaft part 40 of the pivot bearing 33 can be tilted biaxially about the suspension point 41 , so that the entire gimbal 30 forms an additional physical gravity pendulum with the sensor platform 4 , which is suspended at the suspension point 41 and around the respective perpendicular or false solder direction according to the degrees of freedom of movement can swing in the direction of arrows I, K. The suspension point 41 lies on the axis of rotation of the pivot bearing 33 and thus on the rotational axis C.

Somit ist die Vorrichtung 1 gemäß Fig. 3 in zweifacher Hinsicht als Schwerependel ausgebildet, nämlich einmal in bezug auf die Sensorplattform 4 und die Kardanaufhängung 30 und zum zweiten hinsichtlich der gesamten Einheit Sensorplattform 4/Kardanaufhängung 30 in bezug auf den Trägerholm 34 des Fahrzeugs 3. Wie erwähnt, liegt der Angriffspunkt 5 in dem Schnittpunkt der drei rotatorischen Achsen A, B und C, der Schwerpunkt 8 der Sensorplattform jedoch um ein geringes Maß 7 unterhalb des Angriffspunktes 5.The device 1 according to FIG. 3 is thus designed as a heavy pendulum in two respects, namely once with respect to the sensor platform 4 and the gimbal 30 and secondly with regard to the entire sensor platform 4 / gimbal 30 unit with respect to the carrier beam 34 of the vehicle 3 . As mentioned, the point of attack 5 lies at the intersection of the three rotary axes A, B and C, but the center of gravity 8 of the sensor platform is a small amount 7 below the point of attack 5 .

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Aufhängungspunkt 41 des zu sätzlichen Schwerependels über ein dreiachsiges Dämpfungselement 42 mit dem Fahrzeug 3 verbunden. Dieses Dämpfungselement 42 ist beispielsweise aus einem elastischen Volumenmaterial, wie zum Beispiel Schaumstoff gefertigt. Diese Ausgestaltung der Erfindung nutzt den Umstand, daß vielfach in Fahrzeugen hinsichtlich der Bewegungen starke Unterschiede in den Drehungen um die horizontalen Achsen A, B (Nick- und Rollbewegungen) und der Drehung um die vertikale Achse C (Azimutbewegung) dahingehend bestehen, daß die Nick- und Rollbewegungen höhere Frequenzanteile enthalten als die Azimutbewegungen. Für die damit ruhigeren Azimutbewegungen (Bewegungen um die vertikale Achse C) kann deshalb in vielen Anwendungsfällen der passiv inertial stabilisierten Sensorplattform auf die mechanisch aufwendige Anordnung einer momentenfreien Aufhängung um die vertikale Achse C verzichtet und stattdessen eine konventionelle Drehlagerung, beispielsweise mit konventionellem Stellantrieb, eingesetzt werden.According to a preferred development of the invention, the suspension point 41 of the additional pendulum of gravity is connected to the vehicle 3 via a three-axis damping element 42 . This damping element 42 is made, for example, from an elastic bulk material, such as foam. This embodiment of the invention takes advantage of the fact that, in many vehicles, there are large differences in the movements about the horizontal axes A, B (pitching and rolling movements) and the rotation about the vertical axis C (azimuth movement) in that the pitch - and rolling movements contain higher frequency components than the azimuth movements. For the quieter azimuth movements (movements around the vertical axis C), the passively inertial stabilized sensor platform can therefore dispense with the mechanically complex arrangement of a torque-free suspension around the vertical axis C in many applications, and instead a conventional rotary bearing, e.g. with a conventional actuator, can be used .

Dabei läßt sich durch geeignete Auslegung der Drehlagerung 33 sowohl eine winkelbeschränkte als auch eine unbeschränkte, d. h. beliebig viele Umdrehungen in jeder Drehrichtung gestattende Bewegungsfreiheit der Sensorplattform um die verikale Achse C des Fahrzeugs 3 realisieren. Für den Einsatz der Sensorplattform 4 als Träger des als Luftbildkamera ausgebildeten Sensors 2 in als Fluggerät ausgebildetem Fahrzeug 3 kann durch die unbeschränkte Bewegungsfreiheit und entsprechende motorische Nachführung eine vom Fluggerätekurs unabhängige Luftbild orientierung, z. B. eine stets in Nordrichtung weisende Orientierung, realisiert werden.By suitable design of the rotary bearing 33, both an angularly restricted and an unrestricted freedom of movement of the sensor platform around the vertical axis C of the vehicle 3 that allows any number of revolutions in each direction of rotation can be realized. For the use of the sensor platform 4 as a carrier of the sensor 2 designed as an aerial camera in a vehicle 3 designed as an aircraft, the unrestricted freedom of movement and corresponding motor tracking means that an aerial image orientation that is independent of the aircraft course, eg. B. an orientation always facing north.

Gemäß der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind die Momentengeber 22, 23 als Kombination aus Stellungsgebern 43, 44 und elastischen Kopplungselementen 45, 46 aus gebildet. Damit erfolgt die Schwenkbewegung der Sensorplattform um die beiden horizontalen Achsen A, B durch elastisch gekoppelte Momentengeber, welche in dem gezeigten Ausfüh rungsbeispiel durch sogenannte drehende Positionsservos mit Stellhebeln über elastische Züge auf Stellhebel um die Achsen A, B wirken und dadurch Momente entsprechend der Winkelstel lungsdifferenz der Stellhebel ausüben. Ein Verstellen der Stellungsgeber 43, 44 mittels der Mo mentengeber 22, 23 bewirkt also über die elastischen Kopplungselemente 45, 46 ein Verstellen der Stellhebel 47, 48 und damit eine Schwenkbewegung der Sensorplattform 4 um eine oder um beide Achsen A, B. Winkelstellungsgeber 50, 51, welche um die rotatorischen Achsen A, B an den Kardanrahmen 32 und 31 angeordnet sind, ermitteln die Winkelstellungen der Kardanauf hängung 30.According to the embodiment of the invention shown in FIG. 3, the torque transmitters 22 , 23 are formed as a combination of position transmitters 43 , 44 and elastic coupling elements 45 , 46 . Thus, the pivoting movement of the sensor platform around the two horizontal axes A, B takes place by elastically coupled torque transmitters, which act in the exemplary embodiment shown by so-called rotating position servos with adjusting levers via elastic pulls on adjusting levers about the axes A, B and thereby moments corresponding to the angular position difference the control lever. An adjustment of the position transmitter 43 , 44 by means of the moment transmitter 22 , 23 thus causes the adjustment levers 47 , 48 to be adjusted via the elastic coupling elements 45 , 46 and thus a pivoting movement of the sensor platform 4 about one or both axes A, B. Angle position transmitter 50 , 51 , which are arranged about the rotary axes A, B on the gimbals 32 and 31 , determine the angular positions of the gimbals 30 .

Die Ansteuerung der vorgenannten Momentengeber 22, 23 erfolgt über ein elektronisches Steuerwerk 52, das in Fig. 3 auf der rechten äußeren, vertikalen Mantelfläche 53 der Sensorplattform 4 befestigt ist. Das Steuerwerk 52 verarbeitet die Signale von auf der Sensorplattform fest montierten Raumlage- und Winkelgeschwindigkeitsensoren 54 sowie der Winkelstellungsgeber 50, 51 zu Stellbefehlen für die Momentengeber 22 und 23, welche, wie zuvor erwähnt, beispielsweise als sogenannte Positionsservos ausgebildet sind. Dabei handelt es sich um eine aperiodische Nachfolge der Raumlage der Sensorplattform 4, beispielsweise nach extern vorgegebenen Sollwertverläufen. Gemäß Fig. 3 sind die Raumlage- und Winkelgeschwindigkeitssensoren 54 auf der Oberseite 55 der Sensorplattform befestigt. The aforementioned torque sensors 22 , 23 are controlled via an electronic control unit 52 , which is fastened in FIG. 3 on the right outer, vertical lateral surface 53 of the sensor platform 4 . The control unit 52 processes the signals from the fixed position and angular velocity sensors 54 and the angular position sensors 50 , 51 to position commands for the torque sensors 22 and 23 , which, as mentioned above, are designed, for example, as so-called position servos. This is an aperiodic succession of the spatial position of the sensor platform 4 , for example according to externally predetermined setpoint curves. Referring to FIG. 3, the attitude- and angular velocity sensors 54 are mounted on the top 55 of the sensor platform.

Bei drifibehafteten Raumlagesensoren 54, wie zum Beispiel bei Lagekreiseln oder integrierenden Drehsensoren, ist die Pendellage des Gesamtsystems aus Sensorplattform 4 und Kardanaufhängung 30 als Raumlagereferenz nutzbar, da sich diese Pendellage stets am momentanen Scheinlot orientiert, dessen Raumlage aus der Bahnbewegung des Fahrzeuges 3 berechnet werden kann. Auf Grund der ausbalancierten, schwerpunktnahen Aufhängung der Sensorplattform 4 verändert sich diese Pendellage nicht oder nahezu nicht infolge von Schwenkbewegungen der Sensorplattform 4 um die rotatorischen Achsen A und B.In the case of three-position sensors 54 , such as position gyros or integrating rotary sensors, the pendulum position of the overall system consisting of sensor platform 4 and cardan suspension 30 can be used as a spatial position reference, since this pendulum position is always based on the current dummy plummet, the position of which can be calculated from the path movement of the vehicle 3 . Due to the balanced suspension of the sensor platform 4 close to the center of gravity, this pendulum position does not change or hardly changes as a result of pivoting movements of the sensor platform 4 about the rotary axes A and B.

Es wird darauf hingewiesen, daß das Drehlager 33 eine beispielsweise elektrisch betätigbare Drehvorrichtung enthalten kann.It is pointed out that the rotary bearing 33 can contain, for example, an electrically actuated rotating device.

In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform wird das Trägheitsmoment des kompakt und zentral angeordneten Sensors 2, beispielsweise der Luftbildkamera, als inertial stabilisierende Masse der Sensorplattform 4 mitgenutzt.In the embodiment shown in FIG. 3, the moment of inertia of the compact and centrally arranged sensor 2 , for example the aerial camera, is also used as the inertially stabilizing mass of the sensor platform 4 .

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist deshalb ein besonders wirtschaftliches Be treiben der Sensorplattform möglich.With the aid of the device 1 according to the invention, a particularly economical operation of the sensor platform is therefore possible.

Claims

1. Device for stabilizing the position of sensors ( 2 ), in particular imaging sensors, in vehicles ( 3 ), with a sensor platform ( 4 ) which has at least one sensor ( 2 ) and which freely encloses an angle of 90 ° by all three , rotational axes (A., B, C) is rotatably mounted (three-axis pivot bearing 6 ), characterized in that the sensor platform ( 4 ) is mounted close to the center of gravity as a pendulum of gravity in such a way that it is in a weakly stable, almost indifferent balance.

2. Device according to claim 1, characterized in that the common point of attack ( 5 ) of the rotary bearing ( 6 ) on the sensor platform ( 4 ) by a small amount ( 7 ) outside, preferably above, of all three rotary axes (A, B, C) or below, the center of gravity ( 8 ) of the sensor platform ( 4 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the three-axis rotary bearing ( 6 ) of the sensor platform ( 4 ) as an inner frame system in the form of a central joint ( 10 ), preferably a cardan or ball joint, or as an outer frame system in the form of an outside around the sensor platform ( 4 ) arranged gimbal ( 30 ) is formed.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor platform ( 4 ) has a rotating, rotationally symmetrical flywheel ( 12 ) whose axis of rotation ( 13 ) has a constant position with respect to the sensor platform ( 4 ).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that for bringing about or compensating for rotary movements of the sensor platform ( 4 ) about one or more of the three axes (A, B, C) torque sensors ( 22 , 23 , 24 ) are provided, which Do not apply any torque to the sensor platform ( 4 ) in the idle state.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that for the measurement of the relative position of the sensor platform ( 4 ) relative to the vehicle ( 3 ) angle sensors are provided.

7. Device according to claims 5 and 6, characterized in that torque sensors ( 22 , 23 , 24 ) and angle sensors are designed to be non-contact, preferably electrodynamically working.

8. The device at least according to claim 5, characterized in that the torque sensor ( 22 , 23 , 24 ) each as an electromagnetic system, preferably with the vehicle ( 3 ) attached, approximately annular segment-shaped electromagnet row ( 25 , 26 , 27 ) and this opposite the sensor platform ( 4 ) attached, soft magnetic material ( 17 ) are formed.

9. The device according to claim 8, characterized in that the torque transmitter ( 22 , 23 , 24 ) on the measurement of the electromagnetic inductances in alternation can also be used as electromagnetic angle sensors.

10. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the torque sensors ( 22 , 23 ) are designed as a combination of position sensors ( 43 , 44 ) and elastic coupling elements ( 45 , 46 ).

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that on the sensor platform ( 4 ) spatial and angular velocity sensors ( 54 ) are attached.

12. The device at least according to claim 3, characterized in that the gimbal ( 30 ) has a plurality of gimbals ( 31 , 32 ) and a pivot bearing ( 33 ) with the aid of which the gimbals ( 31 , 32 ) are attached to the vehicle ( 3 ).

13. The device at least according to claim 3 or 12, characterized in that the gimbal ( 30 ) is designed as an additional heavy pendulum.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the suspension point ( 41 ) of the additional gravity pendulum is connected to the vehicle ( 3 ) via a three-axis damping element ( 42 ).