DE2158244C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Zielhalten für ein auf einer stabilisierten Plattform eines Fahrzeugs angeordnetes Sichtgerät - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Zielhalten für ein auf einer stabilisierten Plattform eines Fahrzeugs angeordnetes SichtgerätInfo
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Description
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Zerlegung der Beschleunigungssignale
von deren Vertikalkomponenten die Schwerebeschleunigung abgezogen wird.
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 umwandelt, und eine Antriebseinrichtung (22, 24), die
der Plattform (16) ein den Signalen in Plattformkoordinaten entsprechendes Drehmoment erteilt.
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. 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 Zielentfernung
charakteristischen Signal gesteuert wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stabilisierte Plattform
(16) auf einem Luftfahrzeug (10) angeordnet und eine Steuereinrichtung (172) vorhanden ist. die
Steuersignale erzeugt, welche Befehlen für eine Bewegung
der Plattform in Piattformkoordinaten entsprechen, und daß die Vorrichtung eine Einrichtung
(178 bis 184) zur Verarbeitung der Steuersignale und eine Einrichtung zur Addition der verarbeiteten
Steuersignale zu den von den Beschleunigungsmessern (26, 28) gelieferten Signalen vor deren Zerlegung
umfaßt.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zielhalten für ein auf einer stabilisierten Plattform
eines Fahrzeugs angeordnetes Sichtgerät mit einer zu einem Ziel führenden Sichtlinie, wobei vom Fahrzeug
herrührende Winkelbeschleunigungen der Plattform durch eine Kreiselsteuerung 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. ,-W-U. i
Ein solches Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen
Durchführung sind aus der DT-PS 977 810 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird eine translatonsche
Bewegung des Sichtgeräts jedoch nur insoweit ausgeglichen als sie durch die nach Richtung und Betrag bekannte
Geschwindigkeit des Fahrzeugs bedingt ist. Das bekannte Verfahren dient also nur dazu, die Ausrichtung
der Geräte, die auf der drehbaren Plattform eines an einem Ziel vorbeifahrenden Fahrzeugs angeordnet
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 Maßnahmen
sind jedoch nicht ausreichend, um die Ausrichtung der Sichtlinie auf das Ziel auch dann beizubehalten,
wenn das Fahrzeug bei seiner Bewegung Höhen- und Seitenlage sowie seine Geschwindigkeit unregelmäßig
ändert. . .. , . K, .
Aus der US-PS 3 284 617 ist ein Tragheits-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 Winkelbewegungsfühler,
insbesondere Kreisel, enthalten, die auf Veränderungen der Winkellage der Plattform ansprechen,
die jedoch keine Fühler aufweisen, die auf unregelmäßige translatorische Bewegungen der Plattform
ansprechen und keine Mittel enthalten, um durch solche translatorischen Bewegungen hervorgerufene Abweichungen
der Sichtlinie vom Ziel zu korrigieren.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der aus der
DT-PS 977 810 bekannten Art so weiterzubilden, daß auch auf linearen Beschleunigungen der stabilisierten
Plattform beruhende Störungen der Sichtlinie zuverlässig
ausgeglichen werden können.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst daß der stabilisierten Plattform erteilte geradlinige
Beschleunigungen in zwei Richtungen, die miteinander und mit der Sichtlinie einen Winkel bilden, gemessen
und für die gemessenen Beschleunigungen charakteristische
Beschleunigungssignale erzeugt werden, daß die 3eschleunigungssignale in Vertikal- und Horizontalkomponenten
zerlegt werden, daß die Vertikal- und ic Horizontalkomponenten der Beschleumgungssignale
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 Lin'earbeschleunigungen eingetretene translator!-
ehe Bewegung der Plattform charakteristisch sind, daß die Signale aus den Vertikal- und Horizontalkomponenten
in die Plattformkoordinaten umgerechnet werden und daß der Plattform mit Hilfe der umgerechneten
Signale ein derartiges Drehmoment erteilt wird, daß die Sichtlinie wieder auf das Ziel gerientet ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach der Zerlegung
der Beschleunigungssignale von deren Vertikalkomponenten 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 gelieferten 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 eine Antriebseinrichtung, die der Plattform ein den'Signalen in Plattformkoordinalen entsprechendes
Drehmoment erteilt.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Recheneinrichtung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Einheit zum Subtrahieren der Schwerebeschleunigung von der Vertikalkomponente
umfassen.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darm, 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 die Plattform zugeführten Signale sowohl die von der Steuereinrichtung ausgelösten Befehle als auch
die zur Kompensation linearer Beschleunigungen der Plattform gebildeten Signale.
Die Erf:ndung ist in der folgenden Beschreibung
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles noch näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 die perspektivische Ansicht des Hauptteiles
eines Hubschraubers, in den eine nach der Erfindung ausgebildete Vorrichtung eingebaut ist,
F i g. 2 eine Ansicht von oben auf eine in den Hubschrauber
nach F i g. 1 eingebaute stabilisierte Plattform in schematischer Darstellung,
F ig. 3 die schematische Dai stellung eines in den Hubschrauber eingebauten Steuerknüppels für die stabilisierte
Plattform und
F i g. 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 gieichartiges
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 dem optischen Sichtgerät 14 und dem Infrarotdetektor 18 durch elektronische
Schaltungsanordnungen gekoppelt, die sich in einem Gestell 20 befinden. Die Anordnung ist so getrotten,
daß dann, wenn das optische Sichtgerät 14 auf ein Ziel
gerichtet und eine Rakete abgefeuert wird, der Infrarotdetektor 18 die Position der Rakete vor dem Huoschrauber
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 ig. 2 ersichtlich, ist die Plattform 16 kardanisch
aufgehängt und unter dem Einfluß eines Kreisels 22 um eine Querachse und unter dem Einfluß eines Kreisels
um eine Elevationsachse drehbar.
Bei der nach der Erfindung vorgesehenen Vorrichtung müssen Linearbeschleunigungen gemessen wer
den. Die Linearbeschleunigungen werden mit Hüte von zwei auf der stabilisierten Plattform 16 angeordneten
Beschleunigungsmessern festgestellt. Be. der Anordnung von zwei Beschleunigungsmessern auf der stabilisierten
Plattform ergibt die geringe Anzahl von Bauteilen eine hohe Zuverlässigkeit. Der Beschleunigungsmesser
26 mißt die Linearbeschleunigung senkrecht zur Sichtlinie längs der Elevationsachse der Plattform
Der Beschleunigungsmesser 28 mißt Linearbeschleumeuneen
senkrecht zur Plattform.
Wie aus F i g. 4 ersichtlich ist, werden die Ausgangssignale
der Beschleunigungsmesser 26 und 28 auf Leitungen 30 und 32 gegeben. Es handelt sich um modulierte
Signale, die über Verstärker 34 und 36 einem Resolver 38 zugeführt werden. .
Wie vorher erläutert, messen die Beschleunigungsmesser
26 und 28 lineare Beschleunigungen in bezug auf die stabilisierte Plattform 16. 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 Horizontalkomponent.e und eine Vertikalkomponente aufgelöst sind. Der
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 Auflösung angenähert in diese Richtungen ausreichend. Die
annähernd bestimmte Vertikalkomponento des Beschleunigungssignals findet sich auf der Leitung 42,
während die echte Horizontalkomponente auf der Leitung 44 ist.
Da 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 zur Sichtlinie senkrechten Richtung abweicht. Der Rollwinkel wird an Hand der
Daten berechnet, die von dem Vertikalkreisel und den Schwenkwinkeln um die Plattform-Querachse und die
Elevationsachse der kardanischen 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 ein Schwerkraftsignal erzeugt, das von dem Vertikalsignal 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 Gleichstromsignale
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 werden.
Um die Linearbeschleunigungen in der Vertikal- und Horizontalrichtung in Signale umzuwandeln, die sich
auf die entsprechende Winkelbeschleunigung 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 Entfernungsmeßgerät
handeln, oder es kann ein Gerät sein, in 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 und 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 3B, 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 lös,t 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 die stabilisierte Plattform um einen solchen Winkel gedreht,
daß in einem Winkel zur Sichtlinie verlaufende Linearbeschleunigungen kompensiert werden. Demnach
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 Verwendung
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 angeführt, und es können, wenn andere Steuereinrichtungen
benutzt werden, auch von denen Steuersignale abgeleitet werden. Mit dem Steuerknüppel 172 sind Stellungsgeber
verbunden, deren Ausgangssignale auf den Leitungen 174 und 176 Bewegungen in den Richtungen
senkrecht und quer zur stabilisierten Plattform entsprechen. Diese Signale werden mit Hilfe von Modulatoren
178 und 180 moduliert und mit Hilfe von Filterverstärkern
182 und 184 auf die richtige Größe gebracht. Sie werden zu den Signalen auf den Leitungen 30 und 3:
addiert und durchlaufen dann das System in der glei chen Weise wie die Ausgangssignale der Beschleuni
gungsmesser.
Das von dem Steuerknüppel abgeleitete Signal is ein Befehl im Koordinatensystem der stabilisierte!
Plattform und muß für eine richtige Integration zu nächst hinsichtlich des Rollwinkels aufgelöst werder
bevor es integriert werden kann. Das erfindungsgemä ße Verfahren hat also den Vorteil, daß auch eine Steue
rung vorgesehen werden kann, die von der Betätigun des Steuerknüppels abgeleitet ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Verfahren zum Zielhalten für ein auf einer stabilisierten Plattform eines Fahrzeugs angeordnetes
Sichtgerät mit einer zu einem Ziel führenden Sichtlinie, wobei vom Fahrzeug herrührende Winkelbeschleunigungen
der Plattform durch eine Kreiselsteuerung 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 Sichtlinie einen Winkel bilden, gemessen und für die gemessenen Beschleunigungen
charakteristische Beschleunigungssignale erzeugt werden, daß die Beschleunigungssignale in Vertikal-
und Horizontalkomponenten 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 Plattformkoordinaten umgerechnet werden und daß der Plattform mit Hilfe der umgerechneten
Signale ein derartiges Drehmoment erteilt wird, daß die Sichtlinie wieder auf das Ziel gerichtet
ist.
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E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |