DE2158244B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Zielhalten für ein auf einer stabilisierten Plattform eines Fahrzeugs angeordnetes Sichtgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum ZieThalten STeJn auf einer stabilisierten Plattform S Fahrzeugs angeordnetes Sichtgerät mit einer zu ZTm Ziel führenden Sichtlinie, wobei vom Fahrzeug

SerSirende Winkelbeschleunigungen der Plattform durrh eine Kreiselsteuerung od. dgl und zusatzhch e.ne Sadorische Bewegung des Sichtgeräts durch on, Winkelverstellung desselben selbsttätig derart ausgeglichen werden, daß die Sichtlime stets auf das Ziel ge "Ilta'sdches Verfahren und eine Vorrichtung zu des sen DuSführung sind aus der DT-PS 977 810 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird eine translatonscK-Bewegung des Sichtgeräts jedoch nur insoweit ausgeglichen, als sie durch die nach Richtung und Betrag be kannte Geschwindigkeit des Fahrzeugs bedingt ist. Das bekannte Verfahren dient also nur dazu d.e Ausr.chtung der Geräte, die auf der drehbaren Plattform eines an einem Ziel vorbeifahrenden Fahrzeugs angeorane. sind auf das Ziel beizubehalten, nachdem eine solche Ausrichtung einmal hergestellt und dabei der Winkel zwischen Ziellinie und Richtung der Fahrzeugbewegung ermittelt wurde. Die hierzu getroffenen Maßnah men sind jedoch nicht ausreicht, um die Ausrichtung der Sichtlinie auf das Ziel auch dann beizubehalten wenn das Fahrzeug bei seiner Bewegung Hohen- und Seitenlage sowie seine Geschwindigkeit unregelmäßig

^anAus"der US-PS 3 284 617 ist ein Trägheits-Navigationssystem bekannt, bei dem die Ausrichtung einer Plattform in bezug auf drei Achsen stabil gehalten wird. Dabei dienen zur Feststellung der zu kompensierenden Winkelbeschleunigungen der Plattform Kreiselanordnungen. Die Kompensation von Linearbeschleunigungen also Beschleunigungen in Richtung der Koordinatenachsen, sind bei dem bekannten System nicht vorgesehen. Daher ist auch ein solches Trägheits-Navigationssystem nicht in der Lage, die Ausrichtung der Sichtlinie eines Sichtgerätes auf das Ziel auch dann beizubehalten, wenn das Fahrzeug, auf dem sich das Sichtgerät befindet, unregelmäßige translatonsche Bewegungen ausführt Das gleiche gilt für alle bekannten Systeme zur Nachlaufsteuerung, die zwar Winkelbewegüingsfühler, insbesondere Kreisel, enthalten, die auf Veränderungen der Winkellage der Plattform ansprechen, die jedoch keine Fühler aufweisen, die auf ιιηκ-Bdmäßige translatorische Bewegungen der Plattform ansprechen und keine Mittel enthalten, um durch solche translatorischen Bewegungen hervorgerufene Abweichungen der Sichtlifiie vom Ziel zu korrigieren.

Demgemäß Hegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der aus der DT-PS 977 8tO bekannten Art so weiterzubilden, daß auch auf linearen Beschleunigungen der stabilisierten

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Blattform beruhende Störungen der Sichtlinie zuverlas· ig ausgeglichen werden können.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gebt, daß der stabilisierten Plattform erteilte geradlinige chleunigwsgen in zwei Richtungen, die miteinander mit der Sichtlinie einen Winkel bilden, gemessen

d for die gemessenen Beschleunigungen charakteri-

sche Beschleunigungssignale erzeugt werden, daß die chleunigungssignale in Vertikal- und Horizontal-„nponenten zerlegt werden, daß die Vertikal- und to

orizontalkomponenten der Beschleunigungssignale pber die Zeit integriert und in ihrer Größe gemäß der intfernung des Zieles vom Sichtgerat derart geändert werden, daß Signale gebildet werden, die für die infolge * r Linearbeschleunigungen eingetretene translatori_vhe Bewegung der Platform charakteristisch sind, daß Jie Signale aus den Vertikal- und Horizontalkomponenten in die Plattformkoordinaten umgerechnet werlen und daß der Plattform mit Hilfe der umgerechneten Signale ein derartiges Drehmoment erteilt wird, daß die Sichtlinie wieder auf das Ziel gerichtet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach der Zerlegung der Beschleunigungssignale von deren Ve>tikalkompofienten die Schwerebeschleunigung abgezogen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser Vorrichtung sind die folgenden Einrichtungen vorgesehen: zwei auf der Plattform angeordnete Beschleunigungsmesser, die für die lineare Beschleunigung der Plattform charakteristische Signale liefern, ein Resolver zum Zerlegen der von den Fühlern ge'ieferten Signale in Vertikal- und Horizontalkomponenten, eine Recheneinrichtung zur Weiterverarbeitung der Vertikal- und Horizontalkomponenten, ein weiterer Resolver, der die Ausgangssignale der Recheneinrichtung in Signale in Plattformkoordinaten umwandelt, und 3ine Antriebseinrichtung, die der Plattform ein den Signalen in Plattformkoordinaten entsprechendes Drehmoment erteilt.

Gemäß der bevorzugten Ausfühmngsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Recheneinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Einheit zum Subtrahieren der Schwereb^schleunigung von der Vertikalkomponente umfassen.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der c-findungügemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die stabilisierte Plattform auf einem Luftfahrzeug angeordnet und eine Steuereinrichtung vorhanden ist, die Steuersignale erzeugt, welche Befehlen für eine Bewegung der Plattform in Plattformkoordinaten entsprechen, und daß die Vorrichtung eine Einrichtung zur Verarbeitung der Steuersignale und eine Einrichtung zur Addition der verarbeiteten Steuersignale zu den von den Beschleunigungsmessern gelieferten Signalen vor deren Zerlegung umfaßt.

Auf diese Weise umfassen die der Antriebseinrichtung für aie Plattform zugeführten Signale sowohl die von der Steuereinrichtung ausgelösten Befehle als auch die tut Kompensation linearer Beschleunigungen der Plattform gebildeten Signale.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei-Spieles noch näher erläutert. Es zeigt

F ii g. 1 die perspektivische Ansicht des Hauptteile» eine» Hubschraubers, in den eine nach der Erfindung ausgebildete Vorrichtung eingebaut ist,

F ί e. 2 eine Ansicht von oben auf eine in den Hub

schrauber nach F ί g, I eingebaute stabilisierte Plattform in schematischer Darstellung,

Fig.3 die schematische Darstellung eines in den Hubschrauber eingebauten Steuerknüppels für die stabilisierte Plattform und

Fig.4 das Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Um die Art und Weise zu veranschaulichen, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung benutzt wird, ist in F i g. 1 ein Hubschrauber 10 dargestellt Der Hubschrauber ist mit einer Einrichtung zum Beschießen eines Zieles versehen, in diesem Fall mit in einem Bündel 12 angeordneten Raketen. Ein gleichartiges Raketenbündel kann an der anderen Seite des Hubschraubers angebracht sein. Statt dessen können auch andere Arten richtbarer Waffen in Verbindung mit der Vorrichtung verwendet werden. Weiterhin ist, wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich, im vorderen Teil des Hubschraubers ein optisches Sichtgerät 14 auf einer stabilisierten Plattform 16 befestigt Die stabilisierte Plattform trägt außerdem einen zusammen mit dem optischen Sichtgerät 14 montierten Infrarotdetektor 18.

Das Raketenbündel 12 ist mit üsm optischen Sichtgerät 14 und dem Infrarotdetektor 18 durch elektronische Schaltungsanordnungen gekoppelt, die sich in einem Gestell 20 befinden. Die Anordnung ist so getroffen, daß iann, wenn das optische Sichtgerät 14 auf ein Ziel gerichtet und eine Rakete abgefeuert wird, der Infrarotdetektor 18 die Position der Rakete vor dem Hubschrauber 10 feststellt und mittels einer Steuerverbindung die Rakete auf die Sichtlinie vom optischen Sichtgerät 14 zum Ziel lenkt. Da diese Sichtlinie auf das Ziel gehalten werden muß, bis die Rakete das Ziel trifft ist eine Stabilisierung der Plattform 16 erforderlich, um eine höhere Trefferwahrscheinlichkeit zu erhalten.

Andere, hier nicht näher dargestellte Einrichtungen stabilisieren die Plattform und die darauf angeordneten Einrichtungen hinsichtlich einer Winkelbewegung. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ist die Plattform 16 kardanisch aufgehängt und unter dem Einfluß eines Kreisels 22 um eine Querachse und unter dem Einfluß eines Kreisels 24 um eine Elevationsachse drehbar.

Bei der nach der Erfindung vorgesehenen Vorrichtung müssen Linearbeschleunigungen gemessen werden. Die Linearbeschleunigungen werden mit Hilfe von zwei auf der stabilisierten Plattform 16 angeordneten BeschleunigungsriicsÄC' η festgestellt. Bei der Anordnung von zwei Beschleunigungsmessern auf der stabilisierten Plattform ergibt die geringe Anzahl von Bauteilen eine hohe Zuverlässigkeit. Der Beschleunigungsmesser 26 miß: die Linearbeschleunigung senkrecht zur Sichtlinie längs der Elevationsachse der Plattform Der Beschleunigungsmesser 28 mißt Linearbeschleunigungen senkrecht zur Plattform.

Wie aus F ί g. 4 ersichtlich ist, werden die Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser 2li und 28 auf Leitungen 30 und 32 gegeben. Es handelt sich um modulierte Signal.·, die über Verstärker 34 und 36 einsm Resolver 38 zugeführt werden.

Wie vorher erläutert, messen die Beschleunigungsmesser 26 und 28 lineare Beschleunigungen in bezug auf die stabilisierte Plattform IC-. Diese stabilisierte Plattform ist in bezug auf Erdkoordinaten nicht unbedingt horizontal ausgerichtet Daher spricht der Resolver 38 auf die Vertikalrichtung an und ist zu diesem Zweck mit einem Resolvertreiber 40 gekoppelt, der ein Ausgangssignal des Resolvers empfängt und den Resolver 38 so lange dreht, bis die beiden Ausgangssignale

der Beschleunigungsmesser in eine Horizontalkomponente und eine Vertikalkomponente aufgelöst sind. Uer Resolver 38 vollführt die Drehung der Beschleunigungsvektoren aus den Plattformkoordinaten in die angenäherte Vertikalrichtung und die echte Horizontalrichtung in Raumkoordinaten. Diese Richtungen brauchen nicht sehr genau zu sein, sondern es ist eine Autlosung angenähert in diese Richtungen ausreichend. Die anMhernd bestimmte Vertikalkomponente des Beschleunigungssignals Findet sich auf der Leitung 42. während die echte Horizontalkomponente auf der Lei-

¹¹¹Da sich die Beschleunigungsmesser auf der stabilisierten Plattform 16 befinden, sind die erzeugten Signale für die Linearbeschleunigung auf die Koordinaten der stabilisierten Plattform bezogen. Der Rollwinkel mit dem der Resolver arbeitet, ist gleich dem Winkel, um den die Elevationsachse der Plattform von der echten Horizontallinie in eine ieur Sichtlinie senkrechten Richtung abweicht Der Rolllwinkel wird an Hand der Daten berechnet die von dem Vertikalkreisel und den Schwenkwinkeln um die Plattform-Querachse und die Elevationsachse der kardaniiichen Aufhängung berechnet Demnach ist der Winkel des Resolvers der Rollwinkel der stabilisierten Plattform um die Sichtlinie. Definitionsgemäß handelt es sich bei diesem Winkel um die Drehung um die Sichtlinie. so daß der horizontale Beschleunigungsvektor in der wahren Horizontalebene liegt Innerhalb dieser Koordinaten können die Signale auf einfache Weise verarbeitet werden.

Von einem Schwerkraftgeber 46 wird em Schwerkraftsignal erzeugt das von dem Vertikals.gnal auf Leitung 42 mittels eines Subtrahierers 48 abgezogen wird. Das Ausgangssignal des Subtrahierers gelangt zu einem Phasendetektor 50. während die Leitung 44 mit dem Horizontalbeschleunigungssignal unmittelbar zu einem zweiten Phasendetektor 52 führt Die beiden Phasendetektoren wandeln die Signale in Gleichstromsienale um. Nach einer Filterung werden diese Signale Verstärkern zugeführt in denen eine proportionale Änderung der Größe dieser Signale stattfindet Die Verstärker 54 und 56 empfangen das angenäherte Vertikalbzw das wahre Horizontalbeschleunigungssignal. Die Verstärker 54 und 56 sind in F i g. 4 als Feldeffekttransistoren dargestellt jedoch können auch andere Verstärkeranordnungen zur Signalsteuerung benutzt wer-

lim die Linearbeschleunigungen in der Vertikal- und Horizontalrichtung in Signale umzuwandeln, die sich auf die entsprechende Wirikeibeschleunigung beziehen, muß die Zielentfernung berücksichtigt werden, Eine Einrichtung 58 erzeugt auf der Leitung 60 ein EntfernungssignaL Bei der Einrichtung 58 kann es sich entweder um ein manuelles oder automatisches Entfemungsmeßgerät handeln, oder es kann ein Gerät sein, m das eine geschätzte Entfernung eingegeben wird. Beispielsweise könnte ein Potentiometer eine geeignete Skala aufweisen, um ein der Entfernung entsprechendes Signal einzugeben, und die Entfernung, auf die das Potentiometer einzustellen ist könnte von dem Benutzer einfach geschätzt werden. Das Entfernungssignal wird den Verstärkern 54 und 56 zugeführt Das Ausgangssignal dieser Verstärker wird mit Hilfe von Integratoren 62 bzw 64 integriert. Diese Integratoren führen eine Integration des Signals über die Zeit aus und beziehen das Entfernungssignal in die Rückkopplungsschleife ein Die integrierten Signale stellen nun vertikale und horizontale Winkelwerte in rechtwinkligen Raumkoordinaten dar, die angenähert die Vertikale undI die wahre Horizontale wiedergeben. Diese Signale durchlaufen Modulatoren 66 und 68, werden in Filterverstärkern ίο weiterverarbeitet und einem Resolver 70 zugeführt. Der Resolver 70 kann ein Teil des Resolvers 38, mechanisch mit dem Resolver 38 gekoppelt oder aber auch ein getrennter Resolver sein. Er wird von einem Treiber 71 angetrieben, bei dem es sich um einen Ausgang ,< des Treibers 40 handeln kann. Er hat die gleiche Funktion in entgegengesetzter Richtung und löst die auf rechteckige Raumkoordinaten bezogenen Signale in Signale auf. die auf die rechtwinkligen, senkrecht und quer zur stabilisierten Plattform 16 verlaufenden Koordinaten bezogen sind. Die resultierenden Signale durchlaufen Phasendetektoren 72 und 74. um sie in Gleichstromsignale umzuwandeln und werden über die Leitungen 73 und 75 den Kreiseln 22 bzw. 24 zur Ausübung von Drehmomenten zugeführt Hierdurch wird i< die stabilisierte Plattform um einen solchen Winkel gedreht daß in einem Winkel zur Sichtlinie verlaufende Linearbeschleunigungen kompensiert werden. Dem nach werden Linearbeschleunigungen ausgeglichen, und es wird dadurch das Nachführen des Sichtgerätes unterstützt.

Einige der linearen, aufwärts und seitlich gerichteten Beschleunigungen werden durch Vibrationen, Luftströmungen und andere äußere Kräfte verursacht die auf den Hubschrauber 10 wirken. Andere werden von der Betätigung der Steuereinrichtungen des Hubschraubers durch den Piloten verursacht Zusätzlich zu der Ver wendung der Beschleunigungsmesser können Signale unmittelbar von den Steuereinrichtungen abgeleitet werden. In den F i g. 3 und 4 ist der Steuerknüppel 172 zur Steuerung der Bewegung des Hubschraubers dargestellt Der Steuerknüppel ist nur beispielsweise ange führt und es können, wenn andere Steuereinrichtungen benutzt werden, auch von denen Steuersignale abgeleitet werden. Mit dem Steuerknüppel 172 sind Stellurgsgeber verbunden, deren Ausgangssignale auf den Leitungen 174 und 176 Bewegungen m den Richtungen senkrecht und quer zur stabilisierten Plattform entspre chen. Diese Signale werden mit Hilfe von Modulatoren 178 und 180 moduliert und mit Hilfe von Füterverstär-50 kern 182 und 184 auf die richtige Größe gebracht. Sie werden zu den Signalen auf den Leitungen 30 und addiert und durchlaufen dann das System in der gleichen Weise wie die Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser.

55 Das von dem Steuerknüppel abgeleitete Signal ist ein Befehl im Koordinatensystem der stabilisierten Plattform und muß für eine richtige Integration zunächst hinsichtlich des Rollwinkels aufgelöst werden, bevor es integriert werden kann. Das eifindungsgemä 60 ße Verfahren hat also den Vorteil, daß auch eine Steue rung vorgesehen werden kann, die von der Betätigung des Steuerknüppels abgeleitet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   J. Verfahren zum Zielhalten für ein auf einer stabilisierten Plattform eines Fahrzeugs angeordnetes s Sichtgerftt mit einer zu einem Ziel fahrenden Sichtlinie, wobei vom Fahrzeug herrührende Winkelbeschleunigungen der Plattform durch eine Kreisel-Steuerung od. dgl und zusätzlich eine translatorische Bewegung des Sichtgeräts durch eine Winkelverstellung desselben selbsttätig derart ausgeglichen werden; daß die Sichtlinie stets auf das Ziel gerichtet bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß der stabilisierten Plattform erteilte geradlinige Beschleunigungen in zwei Richtungen, die miteinander und mit der Sicbtlinie einen Winkel bilden, gemessen und für die gemessenen Beschleunigungen charakteristische Beschleunigtmgssignale erzeugt werden, daß die Beschleunigungssignale in Vertikal- und Horizcntalkornponenten zerlegt werden, daß die Vertikal- und Horizontalkomponenten der Beschleunigungssignale über die Zeit integriert und in ihrer Größe gemäß der Entfernung des Zieles vom Sichtgerät derart geändert werden, daß Signale gebildet werden, die für die infolge der Linearbeschleunigungen eingetretene translatorische Bewegung der Plattform charakteristisch sind, daß die Signale aus den Vertikal- und Horizontalkomponenten in die Piattformkoordinaten umgerechnet werden und dall der Plattform mit Hilfe der umgerechneten Signale ein derartiges Drehmoment erteilt wird, daß die Sichtlinie wieder auf das Ziel gerichtet ist
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Zerlegung der Beschleunigungssignale von deren Vertikalkomponenten die Schwerebeschleunigung abgezogen wird.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Einrichtungen vorgesehen sind: zwei auf der Plattform (16) angeordnete Beschleunigungsmesser (26, 28), die für die lineare Beschleunigung der Plattform (16) charakteristische Signale liefern, ein Resolver (38) zum Zerlegen der von den Fühlern (26 und 28) gelieferten Signale in Vertikal- und Horizontalkomponenten, eine Recheneinrichtung (46 bis 68) zur Weiterverarbeitung der Vertikal- und Horizontalkomponenten, ein weiterer Resolver (70), der die Ausgangssignale der Recheneinrichtung in Signale in Plattformkoordinaten um- so wandelt, und eine Antriebseinrichtung (22, 24), die der Plattform (16) ein den Signalen in Plattformkoordinaten entsprechendes Drehmoment erteilt.
4. 4. Vorrichtung nach dem auf den Anspruch 2 rückbezogenen Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (46 bis 68) eine Einheit (48) zum Subtrahieren der Schwerebeschleunigung von der vom Resolver (38) gelieferten Vertikalkomponente umfaßt
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Recheneinrichtung (46 bis 68) enthaltene Einrichtung (62,64) zum Integrieren einen Verstärker zum Laden eines Kondensators und eine zum Kondensator parallele Rückkopplung umfaßt, die von einem für die Zielentfer· 6s nung charakteristischen Signal gesteuert wird.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stabilisierte Plattform (16) auf einem Luftfahrzeug (10) angeordnet unTe ne Steuereinrichtung (172) vorhanden ist, d.e uno cn«» *». .._ _we|_che Befehlen für eine Be-,«,„,«.„. in Plattformkoordinaten entmin daß die Vorrichtung eine Einrichtung his 'l84) zur Verarbeitung der Steuersignale «nd eme Einrichtung zur Addition der verarbeiteten Steuereignale zu den von den Beschleunigungsmessern (26Γ 28) gelieferten Signalen vor deren Zerlegung umfaßt