DE2308251A1 - Einrichtung zum regulieren eines kursanzeigegeraetes - Google Patents

Description

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2308251 12.7.1973

ELECTiIONI-jUS KAitCEL DASSAULT, Soci6te Anonyme, 75016 Paris (Frankreich)

Einrichtung zum Regulieren eines Kursanzeigegerätes.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Winkels zwischen der Richtung eines Fahr- oder Flugzeuges und einer vorgegebenen festen Richtung auf dem Boden, insbesondere zum Einstellen des in einem Flugzeug befindlichen Kursanzeigegerätes mit Hilfe eines Strahles, der aus der Reflektion eines Schwenkbewegungen ausführenden Laserstrahls resultiert.

:ls ist bekannt, daß die meisten Flugzeuge mit einem Kursanzcige.fcerüt ausgerüstet sind, d. h. mit einem Gerät, das den V/ert des Winkels angibt, der zwischen der Flugzeuglängsuciise und der geografischen Nord-iiichtung gebildet v/ira.

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Es ist auch bekannt, daß die meisten Kursanzeigeräte, was ihre Anzeigegenauigkeit betrifft, oft überprüft werden müssen, und zwar aufgrund der Punktionsbedingungen des Kreisels, das sie enthalten. Dabei ist es üblich, die Kontrolle des Kursanzeigegerätes eines Flugzeuges jeweils unmittelbar vor dem Start vorzunehmen. Nach einer allgemein üblichen Methode versucht der Pilot, während er sein Flugzeug über eine Rollbahn rollen läßt, deren geografische Richtung ihm bekannt ist, sein Flugzeug auf die Achse dieser Rollbahn auszurichten. Wenn er glaubt, diese Ausrichtung vollzogen zu haben, kann er dann an dem an Bord befindlichen Kursanzeigegerät die Differenz zur wirklichen Kursrichtung ablesen und so das Kursanzeigegerät entsprechend nachjustieren. Diese Schnellmethode ist jedoch relativ ungenau.

Nach einer anderen bekannten Methode wird kurz vor den Start das Kursanzeigegerät des Flugzeuges mit einem Bezugsgerät verglichen, mit dem die Rollbahn ausgerüstet ist. Aber es ist dabei notwendig, dieses Bezugsgerät an Bord des Flugzeuges zu nehmen, es an einer bestimmten Position im Flugzeug aufzustellen, un dann dessen Anzeige zu kopieren. Unter anderera rauü dieses Bezugsgerät selbst sehr häufig überprüft und ^ebenenfalls nachjustiert werden, damit seine Anzeige ;enau bleibt. Die Gesamtheit der erforderlichen Arbeitsgänge beansprucht eine beträchtliche Zeit, die in manchen Füllen nicht

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zur Verfugung steht, insbeso ndere, wenn es sich ua Militärflugzeuge handelt, deren Start praktisch unmittelbar nach Erhalt des Sta-tbcieSils erfolgen rm:i.

Es sind auch schon Laserstrahlgerate vorgeschlagen worden, jedoch erfordert deren Anwendung einerseits, daß das Flugzeug unbeweglich auf de;u Hoden steht und andererseits, aaß mehrere Messungen zur Durchführung von trigonometrischen Berechnungen vorgenommen werden.

Bei einen anderen Gerät nuß das Flugzeug über einen rotierenden Spiegel verfugen, was eine Komplikation bedeutet.

Mit der erfinäungsgenäßen Einrichtung sollen diese Schwierigkeiten beseitigt und die Arbeitsgänge erleichtert werden.

Erreicht wird dies erfindungsgeoäß dadurch, daß der Laserstrahl von einer Bodenstation ausgestrahlt wird, welche eine Auslenkvorrichtung für den Laserstrahl enthält, und daß die Heflektion auf einem im oder am Fahr- bzw. Flugzeug angeordneten Spiegel stattfindet, wobei die Bodenstation eine Vorrichtung zur Bestimmung der jeweiligen Winkelposition des schwenkenden Strahls inbezug auf die vorgegebene dichtung enthält.

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Allgemeiner ausgedrückt, handelt es sich um die Anwendung eines kohärenten Lichtstrahls oder Laserstrahls, der eine Rollbahn, über welche das Flugzeug rollt, abtastet, und zwar als Bezugsgröße für die Bestimmung der wirklichen Kursrichtung des Flugzeugs, wobei der bestimmte Winkel-Wert das Nachjustieren des Kursanzeigegerätes im Flugzeug ermöglicht.

Man macht sich hierbei die schwache Streuung eines Laserstrahls, dessen Richtung man mit großer Genauigkeit bestimmen kann, zunutze.

Weiter sieht die Erfindung eine Einrichtung vor, die am Boden den Generator eines dünnen Laserstrahls und im Flugzeug einen empfindlichen Laserstrahl-Empfänger aufweist, und die mit Übertragungsmitteln zur Übertragung zwischen dem Flugzeug und der Bodeneinrichtung ausgerüstet ist, um die Richtung des Flugzeuges in Abhängigkeit von der Richtung des Strahles bestimmen zu können.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Laserstrahlgenerator mit einer Winkelablenkvorrichtung versehen.

Die Erfindung ist u. a. auch dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung von Informationen zwischen der Bodeneinrichtung und dem Flugzeug bestimmte Bezugswinkel des

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Laserstrahls verwendet werden.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun im folgenden die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch die Anordnung der erfindungsgeraäßen Einrichtung,

Fig. 2 schematisch die erfindungsgemäße Einrichtung in Draufsicht,

Fig. 3 schematisch eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 4 eine Einzelheit der erfindungsgemäßen Einrichtung in größerem Maßstab,

Fig. 5 schematisch die im Flugzeug installierte Vorrichtung,

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 der Fig. 4, Fig. 7 und 8 Schaubilddiagramme,

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsforrn der Bodeneinrichtung.

Der Flugplatz, von dem die Flugzeuge starten sollen, deren Kursanzeigeräte zu überprüfen sind, ist am Rand einer Startbahn P (Fig. l) mit einer Bodeneinrichtung S ausgerüstet, die in einem Gehäuse 12 einen Laserstrahl-Generator 13 enthält, der einen Laserstrahl fl (Fig. 2) aussendet. i)er Öffnungswinkel des Laserstrahl fl liegt bei-

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spielsweise in der Größenordnung von 3 bis 4 Tausendstel Grad. Dieser Laserstrahl fl durchläuft eine Optik, bestehend aus einer Konvergenzlinse 14 (Fig. 2 und 3), die den Winkel des Laserstrahls auf einen Wert in der Größenordnung von einem Tausendstel Grad reduziert. Der so gebündelte Laserstrahl f2 verläßt die Linse I^, durchläuft danach eine zylindrisch divergierende Linse 15, die unter Beibehaltung des schwachen Öffnungswinkels den Laserstrahl in einer horizontalen Ebene empfängt und den Öffnungswinkel in einer vertikalen Ebene auf die Größenordnung von etwa o,5 Grad erweitert und so den Strahl f3 zu liefern. Dabei sind die oben angegebenen Zahlenwerte keineswegs als Beschränkung aufzufassen.

In diesem Laserstrahl f3, der einen im wesentlichen elliptisehen Querschnitt aufweist, ist ein halbdurchlässiger Spiegel 16 unter 45° angeordnet, der etwa den gleich grossen Anteil durchläßt wie er reflektiert, wobei der den Spiegel geradlinig durchlaufende Strahl Ik auf eine Facette 17 (Fig. 4) einer mit Spiegelfacetten versehenen Trommel 18 auftrifft, die um eine vertikale Achse 19 drehbar gelagert ist. Die Anzahl der Spiegelfacetten 17 beträgt beispielsweise 72, wobei diese Zahlenangabe wie alle .übrigen Zahlenangaben keineswegs beschränkenden Charakter haben soll. Die Troniniel 18 wird von einem Motor 19' in Drehung versetzt. Mittels eines Handrades 20, das im

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Übertragungsweg zwischen dem Motor 19' und der Trommel vorgesehen ist, wird die Drehzahlregulierting der Trommel 18 vorgenommen.

Die Reflektion des Laserstrahles fk auf einer Facette der Trommel 18 liefert einen Strahl f6, der eine dünne planparallele Platte 23 durchläuft. Diese planparallele Platte 23 weist einen sehr geringen Reflektionseffekt auf derart, daß der durchgehende Anteil des Strahls wesentlich höher ist als der reflektierende Anteil. Der durchgehende Anteil beträgt etwa 98 ⁰Jo₁ während der reflektierte Anteil etwu 2 % beträgt.

Der Strahl f7, der die dünne Platte 23 durchläuft, überstreicht die Piste P im Laufe der Drehung der Trommel Diese Streuung entspricht dem Durchlaufen einer Facette 17 vor dem Strahl f*i von einer Kante 2k dieser Facette, wo der Strahl f7 entlang der Linie 25 abgeleitet wird, bis zu der gegenüberliegenden Kante 26 dieser Facette, wo der Strahl f7 entlang der Linie 27 abgelenkt wird. Die Linien 25 und 27 bilden die Grenzen des Streuungswinkels des Strahles f7.

Der Strahl f8, der aus der partiellen Reflektion des Strahles f6 auf der dünnen Platte 23 resultiert, wird durch eine Linse 28 gebündelt und fällt auf eine fotoelektrische Zelle 29, und zwar jedesmal dann, wenn der

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Strahl f6 von dem Teil einer Facette 17 ausgeht, der unnittelbar neben einerKante 2k liegt.

Wenn im Verlauf der Streu- oder Schwenkbewegung der Strahl f7 von einem außerhalb der Anordnung liegenden Spiegel in sich selbst reflektiert wird, wie es beispielsweise beim Strahl f9 der Fall ist, so wird er, nachdem er auf seinem Rückweg die dünne Platte 23 mit geringem Verlust durchlaufen hat, von der Facette 17 zum Strahl flO reflektiert und danach von dem halbdurchlässigen Spiegel 16 in Form des Strahles f5 abgelenkt, der durch die Optik 21 auf dem Weg zur fotoelektrischen Zelle 22 gebündelt wird.

Das Flugzeug A, dessen Kursanzeigegerät D (Fig. l) zu justieren ist, weist einen fest mit dem Gerät D verbundenen Spiegel 31 (Fig. 5 und 6) auf, der an einer Wand 30 des Gerätes D angeordnet ist, die vorzugsweise in einer zur Mittellinie des Flugzeuges parallelen Ebene liegt oder dazu einen bekannten Winkel bildet. Dieser Spiegel 31 weist auf seiner wirksamen Seite eine Folge von reflektierenden Flächen 32, 33 usw. auf, die zueinander einen Winkel von 90° bilden. Der Spiegel 31 ist somit halb-katoptrisch, d. h. er ist in der Lage, keinen einfallenden Strahl zu reflektieren, den er empfängt auf der Bahn eines reflektierenden Strahles, welcher eine mit dem einfallenden Strahl identische Lage und eine Richtung aufweist, die zu der des einfallenden Strahles symmetrisch

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ist. Der Spiegel 31 kann z. B. im wesentlichen rechteckfönaig ausgebildet sein und eine Höhe von'etwa 6 cm sowie eine Breite von ca. 4 cm aufweisen. Sr kann hinter einer Luke 3¹* des Flugzeuges angeordnet und durch eine Fallklappe geschützt sein.Eine Fotozelle 35 ist unmittelbar neben den Spiegel 31 an der ,/and 30 befestigt.

Die Funktionsweise der eben beschriebenen Vorrichtung ist folgende:

Vor dem Start rollt das Flugzeug, dessen Kursanzeigegerc.t i) nachzujustieren ist, langsam auf die Piste P, und zwar ohne daß der Pilot sich damit beschäftigen muß, eine bestimmte auf der Piste markierte Richtung genau einzuhalten. Durch die erfindungsgemäße Einrichtung wird die Piste horizontal periodisch von dem Laserstrahl f7 überstrichen, und zwar in einem sehr engen Bereich durch eine horizontale Ebene, aber in einem relativ ausgedehnten Bereich durch eine querverlaufende senkrechte Ebene: Das Bestreichen findet statt von der Begrenzung 25, die der Reflektion des Strahles £h auf dem Teil der Facette 17 entspricht, der unmittelbar neben der Kante 2^;i liegt, bis zu der Grenzlinie 27, die der Reflektion des Strahles tk_t die auf der Facette 17 unmittelbar in der Nähe der Kante 26 stattfindet, entspricht. Danach beginnt die Bestreichung augenblicklich wieder bei der Linie 25 bis zur Linie 27 usw. Im Schaubild der Fig. 7 sind auf den Abszissen die Zeiten und auf den Ordinaten die

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Schwenkwinkel des Strahles f7 aufgetragen. Die V/inkelposition der Achse des Laserstrahles f7 ist durch die Linie ral dargestellt, deren Ursprung al der ?_Leflektion des Strahles ΐ^ιί einer Facette 17 in der Nähe der Kante 2k entspricht und wobei der Punkt a2 der Reflektioii dieses Strahles auf dieser Facette 17 unmittelbar neben der Kante 26 entspricht. Da die empfindliche Fotozelle 29 so angeordnet ist, daß sie von dem Strahl f8, der von der planparallelen dünnen Platte 23 reflektiert wird, jedesmal dann getroffen wird, wenn der Strahl f6 von dem unmittelbar neben der Kante 2k liegenden Bereich der Facette ausgeht, ist der von ihr durch den Empfang des Strahles f8 erzeugte Impuls durch die Linie rl in Fig. 8 dargestellt, wobei in dem Diagramm der Fig. 8 die Zeiten auf der Abszisse genau senkrecht unter dem Punkt al eingetragen sind, und die Ausgangspunkte der Zeiten in den Figuren 7 und genau senkrecht untereinander liegen.

Wenn im Laufe der Fahrbewegung des Flugzeuges Λ auf der Piste der Strahl f7 auf den im Flugzeug angeordneten Spiegel 31 auftrifft, wird er dann zum Strahl f9 reflektiert, der genau auf der Bahn des einfallenden Strahles liegt, wenn in diesem Augenblick der horizontale Abschnitt des Spiegels 31, genauer gesagt die Kanten 36 des Spiegels 31 und die v/and 30 des Gerätes D gemeinsam zum Strahl f7 senkrecht stehen. Der Strahl f9 verläuft

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in diesem Augenblick rückwärts auf dem Strahl f7, er wird von der Facette 17 der Trommel 18 reflektiert und nach der Reflection auf der Iialbdurchlässigen Platte 16 durch die Linse 21 gebondet und auf die Zelle 22 geleitet. Diese gibt einen Impuls r2 ab, wie das in Fig. 8 dargestellt ist.

Wenn Co die Richtung ist, die der Richtung des Laserstrahles im Punkt al des Diagramms der Fig. 7 entspricht, so ist das Zeitintervall zwischen den Impulsen rl und r2 ein Maß für den Winkelet, um welchen sich der Strahl f7 von der Grenzlinie 25 entfernt hat, bevor er auf den Spiegel 31 traf. Die Messung dieses Zeitintervalls bestimmt also den l/inkel<" .

v/enn der Strahl f7 auf den Spiegel 31 auf trifft, trifft er auch die fotoelektrische Zelle 35. Während der ersten Schwenkbewegungen wird der vom Generator 13 ausgesandte Laserstrahl nicht moduliert. Ein z. B. auf 5 MHz abgestimmtes Filter, das hinter der Zelle 35 angeordnet ist, ist nicht durchlässig. In dem Augenblick, wo die Zelle 22 der Bodeneinrichtung erregt wird, d. h. im Augenblick der Richtungsmessung, wird der Laserstrahl auf 5 MHz moduliert. Der Impuls, der dann das Filter durchläuft, wird dazu benutzt, die Speicherung der durch das Gerät D angezeigten Richtung zu bewirken. Die Kenntnis der Richtung C uncl der Vergleich mit den Wert (Co +'-^r ), der die wirk-

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licae ilichtung angibt, ermöglicht die Ermittlung des Wertes -C, um den das Gerät D korrigiert werden muß, um es auf den richtigen Kichtungswert einzustellen, üei den in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Bodeneinrichtung mit einem Modulator 50 zur Modulation des von Generator 13 ausgesendeten Laserstrahles fl ausgerüstet. Dieser Modulator 50 kann mit einer ersten Frequenz von beispielsweise 5 MHz arbeiten, solange der schematisch dargestellte Commutator 51 Mit dem Ausgang 52 eines Frequenzraodulationssteuergerätes 53 verbunden ist. Das Steuergerät 53 ist durch eine Leitung 5^ auf die Zelle 22 geschaltet. Diese ist zugleich durch eine Leitung 55 Mit einem die wirkliche Richtung errechnenden Rechner 56 verbunden, der sich in der Bodeneinrichtung befindet und von dem ein weiterer Eingang 57 Mit der Zelle 29 verbunden ist. Der Ausgang 58 des Rechners 56 ist mit einem Frequenzsteuergerät 59 verbunden, das in der Lage ist, den Modulator 50 mit der einen oder anderen von zwei Modulationsfrequenzen arbeiten zu lassen, z. B. 6 oder 7 MHz in Abhängigkeit von den am Ausgang 58 des binären Rechners 56 anstehenden Signalen und den wirklichen Richtungswert zu übersetzen.

Wenn der horizontale Bereich des Spiegels 31 zum Strahl f7 senkrecht steht, wird die Zelle 22 der Bodeneinrichtung durch den zurückkommenden Strahl f9 erregt. Der Modulator

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50 ist durch den Commutator 51 auf das Frequenzmodulationssteuergerät 53 geschaltet. Wenn die Facette 17, die derjenigen folgt, welche den Strahl f7 erzeugt hat, der in sich selbst durch den Spiegel 31 reflektiert wurde, den Strahl Ik passiert, wird dieser Strahl moduliert: der modulierte Strahl, der die Zelle 35 praktisch beispielsweise 1 Millisekunde nach der Reflektion des Strahles f7 auf dem Spiegel 31 erreicht, (falls die Schwenkfrequenz 1 kHz beträgt) wird dazu benutzt, die Richtungsanzeige des Gerätes D zu speichern.

Die Erregung der Zelle 22 dient ebenso mit dem von der Zelle 29 erzeugten Impuls zur Berechnung der wirklichen Richtung des Flugzeuges im Rechner 56. Dieser Richtungswert wird in das Flugzeug übertragen durch den Laserstrahl f7 selbst, mittels der Modulation, die ihn unterbricht, mit Hilfe des Modulators 59 entsprechend den beiden unterschiedlichen charakteristischen Frequenzen der Signale, die den wahren Richtungswert des Flugzeuges übersetzen. Im Falle der Übertragung eines aus 15 Signalen dargestellten Wertes wird diese Übertragung im Laufe des Vorbeidrehens von 15 Facetten der Trommel 18 vor dem Strahl th bewerkstelligt.

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Claims (1)

1. 230825

   Patentansprüche

   1. Vorrichtung zur Bestimmung des Winkels zwischen der Richtung eines FrJir- oder Flugzeuges und einer vorgegebenen festen liichtung auf dem Boden, insbesondere zum Einstellen des in einem Flugzeug befindlichen Kursanzeigegerätes mit Hilfe eines Strahles, der aus der Reflection eines Schwenkbewegungen ausführenden Laserstrahls resuliertj dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (f7) von einer Bodenstation (S) ausgestrahlt wird, welche eine Auslenkvorrichtung für den Laserstrahl (f7) enthält, und daß die Reflektion auf einem im oder am Fahr- oder Fltigzeug (a) angeordneten Spiegel (31) stattfindet, wobei die Bodenstation (s) eine Vorrichtung zur Bestimmung der jeweiligen >/inkelposition des schwenkenden Strahls (f7) inbezug auf die vorgegebene Richtung (25) enthält.

   2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dai.· die Schwenkbewegungen des Laserstrahls (f7) periodisch sind.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dai. die Schwenkbewegungen des Laserstrahls (f7) durch dessen Reflektion an Spiegelfacetten (17) einer drehbeweglich gelagerten Trommel (18) erzeugt werden, deren Achse (19) auf der Richtung des einfallenden Laserstrahls (f7) senkrecht steht. _309841/105,

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   h. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenstation (s) mit einer Empfangsvorrichtung (22, 25) ausgerüstet ist, welche ein Signal liefert, wenn die Richtung des an Spiegel (31) des Fahr- oder Flugzeuges (A) reflektierten Laserstrahls (f9) mit der Richtung des auf diesen Spiegel einfallenden Laserstrahls (f7) zusammenfällt.

   5-. Vorrichtimg nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (31) am Fahr- oder Flugzeug fest angeordnet ist und daß der Spiegel (31) halb-katoptrisch ist.

   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine erste fotoelektrische Zelle (29) derart angeordnet ist, daß sie in einer der Grenzlagen des schwenkenden Laserstrahls (f7) erregt wird und ein Signal liefert.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (f7) zur Informationsübertragung zwischen dem Strahlensender (s) und dem F_ahr- oder Flugzeug (A) benutzt wird.

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   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung einer zweiten fotoelektrischen Zelle (22), die durch den am Spiegel (31) des Fahr- oder Flugzeuges (A) reflektierten Strahl (f9, flO, f5) bewirkt wird, den Befehl zur Modulation des Laserstrahls (f7) für dessen Verwendung als Inf oruiationsübertrager erzeugt.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung im Fahr- oder Flugzeug (A) mit einer Empfangsvorrichtung zum Empfang einer vom modulierten Laserstrahl (f7) übertragenen Information ausgerüstet ist.

   10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (s) des Laserstrahlsenders mit einem sowohl an die eine als auch die andere der fotoelektrischen Zellen (22 bzw. 29) angeschlossenen Winkelrechner (56) ausgerüstet ist.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung mit einer Vorrichtung zur Modulation als auf zwei verschiedene Frequenzen zur Übertragung der den errechneten Winkelwert übersetzenden Zeichen ausgerüstet ist.

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   12. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (f7) in einer vertikalen Ebene merklich divergiert.

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