DE2030215B2 - Einrichtung zur verfolgung eines zieles durch einen lichtstrahl - Google Patents
Einrichtung zur verfolgung eines zieles durch einen lichtstrahlInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verfoling
eines Zieles durch einen Lichtstrahl, die um eine vertikale Achse für eine Azimut-Bewegung und um
eine horizontale Achse für eine Elevationsdrehung mit
Hilfe von Kreiselmotoren verstellbar ist, wobei ein Kreiselmotor einen Kreiselkörper, einen unteren
Nutations-Rahmen mit einer Nutationsachse, einen äußeren Präzessionsrahmen mit einer Präzessionsachse und einen mit der Nutationsachse verbundenen
Drehmomentmotor aufweist.
Die mechanische Leistung, die von einem als Motor verwendeten Kreisel entwickelt wird, ist nicht sehr
groß. Die Verwendung von Servomechanismen mit Kreiselmotoren ist also beschränkt. Dennoch hat die
Erfahrung gezeigt, daß solche Servomechanismen besonders vorteilhaft für die Lösung bestimmter
Probleme sind, von denen folgende aufgezählt werden können:
die Bestimmung der Flugbahnen von Satelliten und anderen Flugkörpern;
die Nachrichtenübertragung im Weltraum: die topographischen Aufzeichnungen der Mondoberfläche;
die Nachrichtenübertragung im Weltraum: die topographischen Aufzeichnungen der Mondoberfläche;
Messungen, ausgeführt im Rahmen der Entfernungsmessung und der Erdvermessung (Geodäsie).
Wie man weiß, erfordern diese Probleme zu ihrer Lösung wegen der zahlreichen Faktoren, denen Rechnung
getragen werden muß, eine Einrichtung großer Präzision beispielsweise folgender Faktoren:
die Phänomene der zufälligen Brechung der Lichtstrahlen infolge des heterogenen, schwankenden
Milieus, welches die Atmosphäre bildet, durch welche die Strahlen des einfallenden und
reflektierenden Lichtes gekrümmt werden; die zufälligen atmosphärischen Veränderungen,
beispielsweise die Druckänderungen, die Änderung der Richtung und der Geschwindigkeit der
Winde, welche die Intensität der Lichtstrahlen beeinflussen;
die Geschwindigkeitsänderung des Zieles; die sehr schmale Kurve gleicher Empfindlichkeit,
die das Strahlendiagramm eines Lasers aufweist.
In den einschlägigen bekannten Vorrichtungen, welche Motoren unterschiedlicher Art (elektrische,
hydraulische usw.) verwenden, kann die mechanische Energie auf bestimmte Organe mit Hilfe von Getrieben
übertragen werden. Sie erlauben, die Geschwindigkeitsbereiche der Motoren umzuformen oder die
mechanischen Impedanzen der angekoppelten Organe anzupassen.
Diese Getriebe haben die folgenden Nachteile:
daß sie veränderte Geschwindigkeiten wegen der unvermeidlichen Ungenauigkeiten in den Verzahnungen
der miteinander in Eingriff stehenden Maschinenteile übertragen;
daß sie zusätzliche Abweichungen in Folge ihres mechanischen Spieles erzeugen:
daß sie die Geschwindigkeitsschwelle beibehalten und folglich Positionsfehler einbringen;
daß sie die Quelle von Schwingungsphänomen analog denjenigen sind, die in den vereinigten
und angekoppelten Schaltkreisen auftreten, weil die unterschiedlichen Zahnräder dieser Getriebe
nicht immer eine ausreichend erhöhte Festigkeit haben.
3 ' 4
durch einen Lichtstrahl sollte sich von einigen zehntel und einen mit der horizontalen Präzessionsachse fest
keit von 2 bis 3 Grad pro Sekunde drehen können, Winkel von 45 Grad einnimmt, auf.
wenn man einen Positionsfehle» vermeiden will. Die 5 Die Drehung des Spiegels um eine seiner Achsen
bekannten Motoren der Servomechanismen besitzen kann also unabhängig von seiner Stellung bezüglich
keinen solchen Geschwindigkeits-Variationsbereich. der anderen Achse erfolgen, denu für jeden Kreisel ist
fohlene Stellung der Folgeeinrichtung. Mit den Servo- ίο gedreht werden kann, der auf der Nutationsachse des
mechanismen mit Kreiselmotoren ist es möglich, Ge- Kreisels angeordnet ist.
triebe zu vermeiden und damit auch deren Unzuläng- Wie nachstehend noch erläutert wird, erlaubt eine
lichkeiten. Außerdem ist die Präzessionsgeschwindig- geschickte Anordnung des ersten Spiegels, den vom
keit eines Kreisels sehr regelmäßig. Sie gibt in einem unbeweglichen Laser ausgesandten Lichtstrahl in das
sehr breiten Variationsbereich keine Veranlassung zu 15 Zentrum des zweiten Spiegels zu leiten und einen
Stoßen; sie macht die Peillage unempfindlich gegen reflektierten Strahl zu erhalten, dessen Richtung abäußere Störmomente, wie beispielsweise gegen Wind- hängig ist von den an die Anschlußklemmen der
einflüsse; wie nachstehend noch erläutert wird, kann Drehmomentmotoren des Azimutkreisels und des
die Natur dieser Momente eine Eigenbewegung der Elevationskreisels gelegten Steuersignalen.
Kreisel verursachen, die man als »Nutation« bezeichnen io Der zweite Spiegel ist zweckmäßig auf der Präkann. Dieser Nachteil ist jedoch sehr gering, weil diese zessionsachse des Elevaiioiis-Kreisclmotors im Schnitt-Bewegung auf annehmbare Weise unterdrückt werden punkt mit der Präzessionsachse des Azimut-Kreiselkann; es kann eine sehr hohe Folgefrequenz erhalten motors befestigt, und die Präzessionsachse des EIewerden. vations-Kreiselmotors ist am äußeren Rahmen des
Kreisel verursachen, die man als »Nutation« bezeichnen io Der zweite Spiegel ist zweckmäßig auf der Präkann. Dieser Nachteil ist jedoch sehr gering, weil diese zessionsachse des Elevaiioiis-Kreisclmotors im Schnitt-Bewegung auf annehmbare Weise unterdrückt werden punkt mit der Präzessionsachse des Azimut-Kreiselkann; es kann eine sehr hohe Folgefrequenz erhalten motors befestigt, und die Präzessionsachse des EIewerden. vations-Kreiselmotors ist am äußeren Rahmen des
Der Servomechanismus gemäß der Erfindung ist im 25 Azirmt-Kreiselmotors aufgehängt.
Hinblick auf die Verfolgung eines Zieles durch einen Die Vorrichtung zur Verfolgung eines Zieles durch
Lichtstrahl entwickelt worden. Es muß also eine Kor- einen kohärenten Lichtstrahl, die nachfolgend als
lektur der Richtung dieses Lichtstrahles bewirken. nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel beschrieben
Oder mit anderen Worten, die Servomechanismen wird, ist in einer Bodenstation angeordnet und dafür
müssen zwei PositionskorrekUiren ausführen, von 30 vorgesehen, einen Satelliten in allen Richtungen einer
denen die eine auf den Lichtstrahl azimutal und die Hemisphäre zu verfolgen,
andere auf seinen Elevationswinkel einwirkt. Die Durchführung einer solchen Verfolgung macht
Es sind bereits optische Zieleinrichtungen bekannt, eine Korrekturvorrichtung mit einer Ausrüstung er-
hci denen ein Kreiselmotor und ein oder zwei Dreh- forderlich, deren Art von der Neigung der Flugbahn
momenimotoren zur Ausrichtung eines Spiegels in 35 zum Äquator und von der geographischen Breitenlage
einer oder zwei Richtungen vorgesehen sind (deutsche der Bodenstation abhängt.
Offenlegungsschrift 1 428 729, französische Patent- Wie bekannt ist, können zwei grundlegende Ausschrift
1 563 217). Bei diesen bekannten 7ieleinrich- rüstungstypen verwendet werden, nämlich eine soui
η gen ist die Azimut-Drehachse die Präzessionsachse genannte »Azimut-LlevationswinkeU-Ausrüstung, die
eines Kreiselmotors, während die Elevations-Dreh- 40 für Satelliten gebräuchlich ist, die eine Flugbahnebene
achse des Spiegels mit der Nutationsachse des Kreisels haben, die sehr wenig zur Äquatorebene geneigt ist,
über ein Zahnradgetriebe verbunden ist. Auch bei einer während sich die Bodenstation auf einer geographischen
weiteren bekannten Einrichtung (USA.-Patentschrift Breite befindet, die höher liegt als diese Neigung; die
2 707 400) zur Ausrichtung einer Verfolgungsantenne sogenannte »Äquatoriel«-Ausrüstung, die bei Flugwild
ein einziger Kreisel als Servomotor verwendet 45 bahnen gebräuchlich ist, die sehr wenig zum Äquator
und ein Zahnradgetriebe benötigt, um die Verfolgungs- geneigt sind, und bei Bodenstationen, die auf einem
antenne in der Elevationsrichtung auszurichten. niedrigen geographischen Breitengrad liegen.
Diese bekannten Einrichtungen weisen also die Die Verfolgungseinrichtung gemäß der Erfindung,
bereits vorstehend genannten Nachteile auf, welche die nachfolgend an Hand der Zeichnung näher be-
die Verwendung eines Zahnradgetriebes mit sich bringt. 50 schrieben wird, weist eine »Azimut-Elevationswinkel«-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ausrüstung auf.
Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, Im einzelnen zeigt
bei welcher Zahnradgetriebe und damit die genannten F i g. 1 eine Vorrichtung in vereinfachter Form mit
Nachteile vermieden werden und die Ausrichtung einem einzigen Kreiselmotor, der eine einzige Positions-
eines Spiegels nach zwei Richtungen allein mittels 55 korrektur durchführen kann und bei welcher die
Kreiselmotoren erfolgen kann. Rotationsachse des Außenrahmens nicht durch den
Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch Schwerpunkt des Kreiselmotors verläuft,
vermieden, daß ein Azimut-Kreiselmotor mit einer 1 i g. 2 eine Vorrichtung mit zwei Kreiselmotoren vertikalen Präzessionsachse und ein Elevations-Kreisel- in vereinfachter und üblicher Darstellung, mit welcher motor mit einer horizontalen Präzessionsachse vor- 60 zwei Positionskorrekturen bewirkt werden können,
gesehen ist und daß der Elevations-Kreiselmotor mit F i g. 3 eine Station zur Verfolgung von Satelliten, seiner Präzessionsachse am Präzessionsrahmen des die eine Einrichtung gemäß der Erfindung aufweist, Azimut-Kreiselmotors aufgehängt ist. Die Einrichtung F i g. 4 und 5 ein Ausführungsbeispiel einer Einweist außerdem eine feste Lichtquelle, die einen Licht- richtung gemäß der Erfindung, in Vorder- und in strahl durch ein Rohr leitet, dessen Achse mit der 65 Seitenansicht teilweise im Schnitt,
vertikalen Präzessionsachse zusammenfällt, sowie einen F i g. 6a und 6b den Azimutkreisel der in F i g. 2 darmit dem Präzessionsrahmen des Azimut-Kreiselmotors gestellten Vorrichtung, versehen mit einem Kreisel fest verbundenen Spiegel zum Zurückwerfen des J icht- zur Unterdrückung von Schwankungsbewegungen.
vermieden, daß ein Azimut-Kreiselmotor mit einer 1 i g. 2 eine Vorrichtung mit zwei Kreiselmotoren vertikalen Präzessionsachse und ein Elevations-Kreisel- in vereinfachter und üblicher Darstellung, mit welcher motor mit einer horizontalen Präzessionsachse vor- 60 zwei Positionskorrekturen bewirkt werden können,
gesehen ist und daß der Elevations-Kreiselmotor mit F i g. 3 eine Station zur Verfolgung von Satelliten, seiner Präzessionsachse am Präzessionsrahmen des die eine Einrichtung gemäß der Erfindung aufweist, Azimut-Kreiselmotors aufgehängt ist. Die Einrichtung F i g. 4 und 5 ein Ausführungsbeispiel einer Einweist außerdem eine feste Lichtquelle, die einen Licht- richtung gemäß der Erfindung, in Vorder- und in strahl durch ein Rohr leitet, dessen Achse mit der 65 Seitenansicht teilweise im Schnitt,
vertikalen Präzessionsachse zusammenfällt, sowie einen F i g. 6a und 6b den Azimutkreisel der in F i g. 2 darmit dem Präzessionsrahmen des Azimut-Kreiselmotors gestellten Vorrichtung, versehen mit einem Kreisel fest verbundenen Spiegel zum Zurückwerfen des J icht- zur Unterdrückung von Schwankungsbewegungen.
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F i g. 1 zeigt einen Kreisel mit zwei Freiheitsgraden. kann. Dieser dreht sich um seine Achse 10', bis das
Er weist einen ersten um die beiden Achszaplen 11 Fehlersignal ε Null wird.
und 12 drehbaren Rahmen 1 auf. Die beiden Achs- F i g. 2 zeigt in vereinfachter und schematisierter
zapfen 11 und 12 drehen sich in zwei festen Lagern 13 Weise eine Einrichtung mit zwei Kreiselmotoren, die
und 14, die parallel zu einer Achse Ox ausgerichtet 5 zwei Positionskorrekturen durchführen kann,
sind. Ein zweiter Rahmen 2 dreht sich mit zwei Achs- Auf dieser Figur sind die Kreisel 3 und 103, die man
zapfen 21 und 22 in zwei Lagern 23 und 24, die auf in der Einrichtung zur Verfolgung eines Zieles durch
dem Rahmen 1 befestigt sind und eine senkrecht zur einen Lichtstrahl, die nachfolgend noch als Ausfüh-
Achse Ox verlaufende Achse Oy definieren. Außerdem rungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes beschrieben
ist ein scheibenförmiger Kreiselkörper 3 mit einer io wird, wiederfinden wird, werden »Azimutkreisel« und
Achse 30 vorgesehen, die in zwei Lagern 33 und 34 »Elevationskreisel« genannt. Der Azimutkreisel 3 und
gelagert ist und eine Achse Oz definiert, die senkrecht der Elevationskreisel 103 sind jeweils vom Typ des in
zur Achse Oy verläuft. F i g. 1 beschriebenen Kreisels. Der Rahmen 1 des
Die Drehachse 10' des Rahmens 1 verläuft nicht Azimutkreisels 3 ist exzentrisch zur Achse 10' an-
durch den Schwerpunkt des Kreiselmotors, sondern 15 geordnet, und diese Achse 10' verläuft nicht durch
ist exzentrisch. Durch ausreichend starre Träger 15 das Zentrum der Kreiselscheibe 3. Im Gegensatz dazu
und 16, die senkrecht zur Ebene des Rahmens 1 ver- verläuft die Achse 110 des Kreisels 103 durch das
laufen und an die Achse 10' angeschweißt sind, die Zentrum seiner Kreiselscheibe 103. Die Elemente des
parallel zur Achse 10 verläuft, kann sich der Rahmen 1 Kreisels 103, die genau gleich sind, wie die Elemente
um die Achse 10' drehen. Da die Drehachse 10' 20 des Kreisels 3, sind mit Bezugsziffern versehen, die
parallel zur Symmetrieachse Ox verläuft und in der gegenüber den Bezugsziffern für die Elemente des
Symmetrieebene xOz liegt, weist ein Drehmoment, Kreisels 3 jeweils um 100 erhöht sind,
das auf den Rahmen 1 ausgeübt wird, den gleichen Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, ist der Kreisel 103
Wert in bezug auf die Achse 10' auf. durch einen Rahmen 100 getragen, der um die Prä-
Die Drehachse 20 des Rahmens 2 ist mit einem 25 zessionsachse 10' des Kreisels 3 drehbar ist. Sein
Drehmomentmotor 25 versehen, der ein mechanisches äußerer Rahmen 101 wird von der Achse 10' durch
Drehmoment proportional einem von ihm empfan- die Träger 115 und 116 in Verlängerung der Träger 15
genen Steuerstrom ausüben kann. Wenn die innere und 16 und des Rahmens 100 getragen. Dieser Rahmen
Reibung des Kreisels vernachlässigbar ist, bewirkt das 100 trägt die Lager 113 und 114 des Rahmens 101.
von dem Drehmomentmotor 25 ausgeübte Dreh- 30 welche die Präzessionsachse 110 des Kreisels 103 bemoment
ein Drehen des Kreisels um die Achszapfen 11 stimmen. Die Verlängerung der Achse 110 verläuft
bis 12, welche die Präzessionsachse 10' definieren, durch die Mitte der Kreiselscheibe 3.
während der Rahmen 2 in seiner Stellung verbleibt. Wie noch beschrieben wird, wird der Mittelpunkt Ungünstigenveise existieren in einem Kreisel immer eines Spiegels in dem Schnittpunkt M der Achsen 10' Restreibungen, welche sich über parasitäre Dreh- 35 und 110 angeordnet. Dieser Spiegel, der fest zur Achse momente übertragen und eine Drehung des Rahmens 2 110 angeordnet ist, dreht sich mit ihr. wenn der Drehverursachen, momentmotor 125 einen Elevationswinkel-Korrektur-
während der Rahmen 2 in seiner Stellung verbleibt. Wie noch beschrieben wird, wird der Mittelpunkt Ungünstigenveise existieren in einem Kreisel immer eines Spiegels in dem Schnittpunkt M der Achsen 10' Restreibungen, welche sich über parasitäre Dreh- 35 und 110 angeordnet. Dieser Spiegel, der fest zur Achse momente übertragen und eine Drehung des Rahmens 2 110 angeordnet ist, dreht sich mit ihr. wenn der Drehverursachen, momentmotor 125 einen Elevationswinkel-Korrektur-
Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist die Achse 10' befehl erhält. Dieser Elevationswinkel ist derjenige,
des Rahmens 1 mit der Achse eines Drehmoment- den ein durch den Spiegel reflektierter Lichtstrahl
motors 17 verbunden, dessen Aufgabe darin besteht, 40 haben muß, um das verfolgte Ziel zu treffen,
die Wirkung dieser parasitären Momente zu kompen- Nachfolgend wird eine Einrichtung zur Verfolgung
sieren. Dieser Motor 13 läuft also nur, wenn Reibungs- eines Zieles durch einen Lichtstrahl beschrieben,
kräfte den Rahmen 2 aus seiner horizontalen Lage ver- F i g. 3 zeigt eine Station für die Verfolgung von
stellen. Diese Verstellungen werden durch einen Ver- Satelliten, in welcher die erfindungsgemäß ausgebildete
Stellungsmesser 26 klassischer Art gemessen, der am 45 Einrichtung installiert ist.
einen Ende der Achse 20 des Rahmens 2 befestigt ist. Wie die Figur zeigt, ist diese Station so ausgebildet,
Die von diesem Verstellungsmesser 26 gelieferten daß der Einfluß von vom Erdboden ausgehender
Signale werden nach einer Verstärkung durch den Ver- Erschütterung so gut wie möglich ausgeschaltet wird,
stärker 19 auf die Klemmen des Drehmomentmotors 17 Deshalb ist die Verfolgungseinrichtung 1000 auf
gegeben. Alle parasitären Drehmomente, die auf die 50 Betonstützen 1001, 1002 angeordnet, die fest mit
Achse 10' gegeben werden, werden so aufgehoben, einem Betonfundament 1003 verbunden sind, das in
und die »Geschwindigkeitsschwelle« ist so eliminiert. Sand 1004 gebettet ist. Auf diesem Fundament 1003
Um eine Positionskorrektur zu erreichen, trägt die ist ein sehr schwerer Tisch angebracht, dessen Füße
Achse 10' des Rahmens 1 an einem ihrer Enden ein aus zwei Betonblöcken 1005, 1006 bestehen und
Winkelkodiergerät 18 klassischer Art, das ein Signal 55 dessen Platte 1007 beispielsweise ein polierter Granitliefert,
dessen augenblicklicher Wert eine Funktion block ist.
der augenblicklichen Winkelstellung \f der Achse 10' Auf dieser Platte 1007 sind ein Laser 1008 sowie
ist. Dieses Signal wird auf eines der Klemmpaarc einer eine diesem Laser zugeordnete optische Einrichtung
Vergleichsstufe 40 klassischer Bauart gegeben. Auf 1009 angeordnet.
das andere Klemmenpaar dieser Vergleichsstufe 40 60 Die von dem Laser 1008 ausgesandten Strahlen
wird ein Signal gelegt, das die Winkelstellung \f den- werden in die Verfolgungseinrichtung 1000 über den
niert, die von dem Rahmen 1 eingenommen werden ebenen Spiegel 1010 geleitet, der auf einem mit «lern
soll, und die Vergleichsstufe 14 liefert an ihrem Aus- Fundament 1003 verbundenen Betonträger 1011 ruht,
gang ein Fehlersignal ε, das proportional der Diffe- Die Verfolgungseinrichtung 1000 ist gegenüber der
renz (*c — *«) ist. Dieses Fehlersignal wird durch 65 Umgebung mittels einer Wetterschutzhaube 1012 ab-
einen Digital-Analog-Umformer 41 in eine Analog- geschirmt, die mit einem durch eine Kugelkalotte aus
spannung umgewandelt, dann im Verstärker 42 ver- durchsichtigem Material verschließbaren Fenster 1013
stärkt, so daß es den Drehmomentmotor 25 betreiben versehen ist. Die Drehung der Wetterschutzhaube 1012
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ist über nicht dargestellte Mittel servogesteuert, die Strahles Spiegel 45, 46 und 47 auf, die so geneigt sind,
synchron mit der Verfolgungseinrichtung 1000 aft- daß der Lichtstrahl schließlich bis auf den Spiegel M
getrieben sind. . . .. . reflektiert wird.
Die F i g. 4 und 5 zeigen die Verfolgungseinrichtung In F i g. 4 sieht man die Rückseite des Spiegels und
von vorn und von der Seite, teilweise im Schnitt. Auf 5 nicht seine reflektierende Vorderseite. Um F i g. 4
diesen Figuren sind mit den Bezugsziffern 3,103 die in jedoch leichter verständlich zu machen, ist der Spiegel
F i g. 2 dargestellten beiden Kreisel, der Azimut- 47 um 90° gegenüber seiner richtigen Stellung gedreht
kreisel und der Elevationskreisel, bezeichnet. Ihre eingezeichnet worden.
Kreiselscheiben sind nicht sichtbar, weil sie in ge- Aus den F i g. 4 und 5 sind außerdem zwei Gyro-
eigneten Gehäusen untergebracht sind, die gleichzeitig io meter 50 und 150 ersichtlich, die auf dem inneren
die inneren Rahmen 2 und 102 der Kreisel 3 und 103 Rahmen 2 und 102 der Kreisel 3 und 103 befestigt sind,
bilden. Der Außenrahmen des Azimutkreisels 3 ist um Nutationsbewegungen zu unterdrücken, die auf
ein gabelförmiges Metallteil 1, das in F i g. 5 im Grund äußerer Störmomente auftreten können.
Profil und in Y i g. 4 im Schnitt ersichtlich ist. Dieses Es ist bekannt, daß es die Trägheit der Aufhängun-
Teil ist ein Abschnitt des Trägers 151 des E.ahmens 100 15 gen des Rahmens eines Kreisels ist, welche die An-
(F i g. 2) der den Kreisel 103 trägt. Sprechzeit dieses Kreisels herabsetzt. Daraus folgt,
Die Achse 20 des inneren Rahmens stützt sich auf daß, wenn ein Störmoment auftritt, das Ansprechen
den beiden Schenkeln der Gabeln 1 ab, von denen die des Kreisels sich nicht in einer Veränderung der
eine den Drehmomentmotor 25 und die andere den Präzessionsgeschwindigkeit auswirkt, sondern durch
Winkelverstellungsmesser 26 trägt. Diese beiden Teile 20 eine merkliche Neigung, die sich in der Folge mit der
sind in F i g. 5 mit gestrichelten Linien eingezeichnet. Präzessionsbewegung des Kreisels koppelt, der gleich-
In F i g. 4 ist die horizontale Achse 10' eingezeich- zeitig um die Rotationsachsen seines inneren und
net, welche die beiden Kreisel 3 und 103 mit Hilfe des seines äußeren Rahmens ins Schwingen kommt. Diese
kombinierten Teiles 1 bis 100 trägt, das gleichzeitig beiden oszillierenden Bewegungen sind nicht unabder
äußere Rahmen des Kreisels 3 und die Stütze für 25 hängig voneinander, sondern miteinander gekoppelt,
den äußeren Rahmen 101 des Kreisels 103 ist. Diese Die Gyrometer 50 und 150 erzeugen mit dem AufAchse
10', die auf Grund der Lager 13' und 14' treten von Nutationsbewegungen Signale, deren
vertikal gehalten ist, schneidet das Gebäudeteil 1014 Amplituden in Beziehung zu diesen Nutationsbewe-(F
i g. 3 und 4). Auf der gleichen Achse 10' ist wie in gun gen stehen. Diese Signale, die in geeigneter Weise
F i g. 2 der Drehmomentmotor 17 und das Winkel- 30 in Rückkopplungsketten der Kreisel 3 und 103 ein-Vodiergerät
18 angeordnet. gegeben werden, können in großem Maße diese
Der äußere Rahmen des Elevationskreisels 103 Nutationsbewegung unterdrücken,
wird durch einen Metalltorus 101 gebildet, in welchen Gyrometer sind bekannte Vorrichtungen, die nichts ein Metallzylinder als Auffangrohr 43 (F i g. 5) ein- anderes sind als Kreisel mit einem einzigen Freiheitsgesetzt ist, der dazu verwendet wird, um das vom Ziel 35 grad, also mit einem einzigen Rahmen, der durch eine reflektierte Licht zu sammeln, wenn das Ziel durch den von einer Feder ausgeübte Rückstellkraft und durch vorher vom Laser 1008 (F i g. 3) ausgesandten Licht- ein Dämpfungsmoment belastet ist.
strahl getroffen ist. Die aus den Teilen 101 und 43 Die WinkcKerstellung/? des Rahmens des Kreisels gebildete Einheit ist auf einer Drehachse 110 gelagert, um seine Rotationsachse (Ausgangsachse) ist propordie nichts anderes als die Drehachse des äußeren 40 tional der Winkelgeschwindigkeit Ω, welcher die Rahmens 101 des Kreisels 103 ist. Diese Achse 110 Stütze der beiden Lager des Rahmens um seine Achse stützt sich auf den Trägern 151 und 152 des Rahmens (Eingangsachsc) ausgesetzt i?t. D.is Pendelsystem, das 100 ab (es ist bereits erwähnt worden, daß der Träger einen Gyrometer bildet, besitzt eine große Dämpfung. 151 gabelförmig ist. um den äußeren Rahmen 1 zu Das Gleichgewicht wird rasch erreicht, und man kann bilden). 45 schreiben:
wird durch einen Metalltorus 101 gebildet, in welchen Gyrometer sind bekannte Vorrichtungen, die nichts ein Metallzylinder als Auffangrohr 43 (F i g. 5) ein- anderes sind als Kreisel mit einem einzigen Freiheitsgesetzt ist, der dazu verwendet wird, um das vom Ziel 35 grad, also mit einem einzigen Rahmen, der durch eine reflektierte Licht zu sammeln, wenn das Ziel durch den von einer Feder ausgeübte Rückstellkraft und durch vorher vom Laser 1008 (F i g. 3) ausgesandten Licht- ein Dämpfungsmoment belastet ist.
strahl getroffen ist. Die aus den Teilen 101 und 43 Die WinkcKerstellung/? des Rahmens des Kreisels gebildete Einheit ist auf einer Drehachse 110 gelagert, um seine Rotationsachse (Ausgangsachse) ist propordie nichts anderes als die Drehachse des äußeren 40 tional der Winkelgeschwindigkeit Ω, welcher die Rahmens 101 des Kreisels 103 ist. Diese Achse 110 Stütze der beiden Lager des Rahmens um seine Achse stützt sich auf den Trägern 151 und 152 des Rahmens (Eingangsachsc) ausgesetzt i?t. D.is Pendelsystem, das 100 ab (es ist bereits erwähnt worden, daß der Träger einen Gyrometer bildet, besitzt eine große Dämpfung. 151 gabelförmig ist. um den äußeren Rahmen 1 zu Das Gleichgewicht wird rasch erreicht, und man kann bilden). 45 schreiben:
Der durch das am äußeren Ende des Trägers 152
befestigte Lager 114 getragene Teil der Achse 110 ist 3 _ (f'") ^ _ Mil
mit einem Spiegel Λ/ versehen, dessen Ebene immer A' Ä'
parallel zur Ebene des äußeren Rahmens 101 des Elevationskreisels 103 (F i g. 4) verläuft. Derjenige Teil 50 H ist der dem Gyrometer eigene Drall (siehe vorder Achse 110. der durch das am oberen Ende des stehende Gleichung) und A' die Steifigkeit der RückTrägers 151 befestigte Lager 113 gehalten ist, ist mit stellfeder. Das Maß des Winkels β wird in ein elekdem Drehmomentmotor 117 und dem WinkelkodieV- irisches Signal mit Hilfe eines Winkelmeßgebers (beigerät 118 (F i g. 4) fest verbunden. spielsweise eines Spannungsteilers) übertragen, dessen
mit einem Spiegel Λ/ versehen, dessen Ebene immer A' Ä'
parallel zur Ebene des äußeren Rahmens 101 des Elevationskreisels 103 (F i g. 4) verläuft. Derjenige Teil 50 H ist der dem Gyrometer eigene Drall (siehe vorder Achse 110. der durch das am oberen Ende des stehende Gleichung) und A' die Steifigkeit der RückTrägers 151 befestigte Lager 113 gehalten ist, ist mit stellfeder. Das Maß des Winkels β wird in ein elekdem Drehmomentmotor 117 und dem WinkelkodieV- irisches Signal mit Hilfe eines Winkelmeßgebers (beigerät 118 (F i g. 4) fest verbunden. spielsweise eines Spannungsteilers) übertragen, dessen
Aus dem in Fig. 5 geschnittenen Teil des äußeren 55 Drehachse mit derjenigen des Kreiselrahmens zuRahmens
101 des Elevationskreisels 103 ist ersichtlich, sammenfällt.
daß die Rotationsachse 120 des inneren Rahmens 102 F i g. 6a zeigt den Azimutkreisel 3 (schon in F i g. 2
des Kreisels 103 in ihrem oberen Teil mit dem Winkel- dargestellt), dessen innnerer Rahmen 2 mit einem
kodiergerät 126 und in ihrem unteren Teil mit dem Gyrometer 50 versehen ist.
Drehmomentmotor 125 versehen ist. 60 Fig. 6b zeigt im einzelnen die Ausrichtung der das
Aus dem in F i g. 4 geschnittenen Teil der Einrich- Gyrometer 50 bildenden Organe in bezug auf die
tung ist ein Kanal 44 ersichtlich, der durch die Achse Richtungen des Azimutkreisels 3.
10', die Basis des Rahmens 100 und den Träger 152 Wie die F i g. 6a und 6b zeigen, verlaufen die
hindurch verläuft. Dieser Kanal dient zur Führung Ebenen der beiden Kreiselscheiben 3 und 53 und ihre
des Lichtstrahles, der von dem Laser 1008 aus- 65 Rotationsachsen 30 und 530 parallel zueinander. Im
gestrahlt und von dem Spiegel 1010 reflektiert wird, Gegensatz dazu sind die Rotationsachsen 20 und 520
auf den Spiegel M. Dazu weist der Kanal 44 an der der beiden Rahmen 2 und 52 senkrecht stehend. Der
Stelle jeder Richtungsänderung des einfallenden Träger 51, der die Lager der Achse 520 des Rahmens 52
trägt, ist fest mit dem inneren Rahmen 2 des Azimutkreisels 3 verbunden.
Das vom Gyrometer 50 gelieferte Signal wird in die Rückkopplungskette des Drehmomentmotors 25 des
Azimutkreisels 3 durch einen Verstärker 48 und eine Vergleichsstufe 49 eingegeben, die in der Kette
zwischen dem Digital-Analog-Umformer 41 und «lern Verstärker 42 angeordnet ist.
Abschließend wird noch die Auffangeinrichtung für das vom Ziel reflektierte Licht beschrieben.
Wie bereits erwähnt, ist das Auffangrohr 43 auf dem äußeren Rahmen 101 (F i g. 5) befestigt, der auf seiner
Drehachse 110 den Spiegel M trägt. Das Rohr 43 dreht sich also mit dem Spiegel M. Es ist damit automatisch
auf das Ziel ausgerichtet, wenn dieser durch den Lichtstrahl getroffen wird, der durch den Spiegel
M auf das Ziel ausgesandt wird. Das hintere Ende des Rohres 43, das von dem Rahmen 101 umfaßt wird,
10
ist mittels eines Hohlspiegels 54 verschlossen, der das empfangene Licht auf einen Spiegel 55 reflektiert, der
um 45° geneigt ist und auf der Achse des Rohres 43 in dem Zentrum seiner Öffnung sitzt.
Der Spiegel 55 leitet dieses Licht auf einen zweiten um 45° geneigten und in einem Rohr 57 sitzenden
Spiegel, der auf dem Rohr 43 entlang einer Ntantellinie
dieses Rohres befestigt ist. Das Rohr 57 enthält einen Teil 58 der optischen und elektronischen Einrichtung,
die eine Verarbeitung der durch das vom Ziel reflektierte Licht gelieferten Information erlaubt.
In den F i g. 4 und 5 ist aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit eine Einrichtung dargestellt worden,
die mit Kreiseln versehen ist, deren Lager als Kugellager ausgebildet sind. Man kann natürlich diese
Kreisel durch Kreisel ersetzen, die Druckluftlagerungen aufweisen, wodurch die Empfindlichkeit der Einrichtung
wesentlich erhöht wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Einrichtung zur Verfolgung eines Zieles durch einen Lichtstrahl, <iie um eine vertikale Achse für
eine Azimut-Bewegung und um eine horizontale Achse für eine Elevationsdrehung mit Hilfe von
Kreiselmotoren verstellbar ist, wobei ein Kreiselmotor einen Kreiselkörper, einen inneren Nutations-Rahmen mit einer Nutationsachse, einen
äußeren Präzessionsrahmen mit einer Präzessionsachse und einen mit der Nutationsachse verbundenen Drehmomentmotor aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß sie einen Azimut-Kreiselmotor (3) mit einer vertikalen Präzessions-
achse (Iu') und einen Elevations-Kreiselmotor (103)
mit einer horizontalen Präzessionsachse (110) aufweist und daß der Elevations-Kreiselmotor (103)
mit seiner Präzessionsachse (110) am Präzessionsrahmen (ij des Azimui-Kieiseliiiutors aufgehängt
ist, und gekennzeichnet durch eine feste Lichtquelle (1008), die einen Lichtstrahl durch ein Rohr
leitet, dessen Achse mit der vertikalen Präzessionsechse (10') zusammenfällt, durch einen mit dem
Präzessionsrahmen (l)desAzimut-Kreiselmotors(3) fest verbundenen Spiegel (47) zum Zurückwerfen
des Lichtstrahles parallel zur horizontalen Präzessionsachse (110), und durch einen mit der horizontalen
Präzessionsachse (110) fest verbundenen Spiegel (M), der zu dieser Achse einen Winkel von
45 einnimmt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kreiselmotor zusätzlich
mit einer mit der Nutationsachse fest verbundenen Winkelstellungsnießvorrichtung (26; 126) zur Erbeugung
eines Nutationssignales und mit einem milder Präzessionsachse gekoppelten Drehmomentmotor
(17,117) versehen ist, auf den das Nutaiionssignal
gegeben wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kreiselmotor zusätzlich
mit einer Winkellagemeßvorrichtung (18,118) versehen ist, die fest mit der Präzessionsachse verbunden
ist und ein echtes Präzessionssignal erzeugt, und daß eine Subtraktionsstufe (40 oder 140) vorgesehen
ist, in welcher das (Azimut oder Elevations-)Steuersignal von dem echten Präzessionssignal
abgezogen wird, wobei das erhaltene Differenzsignal auf einen Drehmoment-Motor (25, 125)
gegeben wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Drehmomentmotor mit
einem Gyrometer (50) mit einer Kreiselscheibe (53) versehen ist, deren Rotationsachse (530) parallel
zur Achse des Kreisels des Kreiselmotors verläuft, und daß das Gyrometer (50) bei einer Abweichung
ein Korrektursignal erzeugt, das von dem auf den Drehmomentmotor gegebenen Differenzsignal abzuziehen
ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle ein Laser (1008)
dient.
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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