DE2500434B2

DE2500434B2 - Schaltungsanordnung zur Auswertung von Winkelabweichungen eines bewegten Körpers relativ zu einem Zielpunkt kennzeichnenden Signalen

Info

Publication number: DE2500434B2
Application number: DE19752500434
Authority: DE
Inventors: Gilbert Croissy Sur Seine Vallas (Frankreich)
Original assignee: Electronique Marcal Dassault SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1974-01-08
Filing date: 1975-01-07
Publication date: 1979-02-15
Also published as: FR2257180B1; NL7500184A; DE2500434C3; NL182674C; NL182674B; DE2500434A1; GB1500182A; FR2257180A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Auswertung von Winkelabweichungen eines bewegten Körpers relativ zu einem Zielpunkt kennzeichnenden Signalen, insbesondere zur selbsttätigen Steuerung von Flugkörpern oder Geschossen, mit einer mehrere Verstärkungskanäle für jeweils eines der Signale aufweisenden Verstärkeranordnung mit veränderbarer Verstärkung, bei der jeder Ventärkungskanal durch mehrere Verstärkerstufen gebildet ist, und mit einer der Verstärkeranordnung nachgeschalteten, die Winkelabweichungen aus den verstärkten Signalen berechnenden Codiereinrichtung.

Eine derartige Schaltungsanordnung ermöglicht eine Steuerung des bewegten Körpers bis zu seinem Zielpunkt durchlaufende Darstellung der Winkelabweichungen, mit denen dann Einfluß auf die Steuerung genommen werden kann. Die Genauigkeit der die Winkelabweichungen kennzeichnenden Signale hängt weitgehend davon ab, daß die Verstärkungskanäle übereinstimmende Verstärkungsfaktoren aufweisen. Es ist jedoch sehr schwierig und manchmal auch unmöglich, bei sehr unterschiedlichen Signalamplituden die Übereinstimmung der Verstärkungsfaktoren zu realisieren. Die US-PS 29 69 018, die eine ähnliche Schaltungsanordnung betrifft, gibt keinen Hinweis auf dieses Problem. Auch die DE-AS 12 10 071, die eine Regelvorrichtung zur Steuerung eines bewegten Körpers betrifft, welche mit eine gemeinsame Stellvorrichtung ansteuernden parallelgeordneten Verstärkungskanälen arbeitet, enthält lediglich Angaben zur Einstellung von Verstärkungsfaktoren, ohne daß das vorstehende Problem der Übereinstimmung der Verstärkungsfaktoren angesprochen wird, das dann vorliegt, wenn die Verstärkungskanäle für jeweils eines der die Winkelab-

weichungen kennzeichnenden Signale vorgesehen sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung anzugeben, bei der die Einstellung der jeweils erforderlichen Verstärkung in sehr einfacher Weise auch bei großen Amplitudenunterscliieden der den Verstärkungskanälen zugeführten Signale möglich ist und mit Steuersignalen erfolgt, die hierzu sehr einfach und ohne besonderen Aufwand abgeleitet werden können.

Eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß die Verstärkerstufen einen fest eingestellten Verstärkungsfaktor aufweisen und daß die Einstellung der jeweils für die Verstärkeranordnung erforderlichen Verstärkung durch von einem Ausgangssignal der Codiereinrichtung gesteuerte Zu- und Abschaltung von Verstärkerstufen erfolgt

Durch die Erfindung ist es möglich, wahlweise in jedem Verstärkungskanal diejenige Anzahl von Verstärkerstufen wirksam zu schalten, dit zur Erzielung einer insgesamt vorgegebenen Verstärkung erforderlich ist Die einzelnen Verstärkerstufen arbeiten mit fest eingestelltem Verstärkungsfaktor und haben daher keine Regelelemente, die die Stabilität ihrer Arbeitsweise beeinträchtigen könnten. Insgesamt ergibt sich eine sehr einfache Anordnung, die durch einfache Betätigung von Schaltkontakten eine Verstärkungsregelung erlaubt. Wie noch beschrieben wird, kann die von den Ausgangssignalen abhängige Art der Steuerung dieser Verstärkungsregelung durch die Doppelausnutzung der Codiereinrichtung besonders vorteilhaft zur Aufwandsverringerung bei der Darstellung der Winkelabweichungen beitragen.

Wenn die Übereinstimmung der Verstärkungsfaktoren mehrerer Verstärkungskanäle erzielt werden soll, ist es viel leichter und einfacher, mehrere Verstärker mit einem fest eingestellten Verstärkungswert vorzusehen, der durch äußere Einflüsse, insbesondere durch Temperaturen .'erungen, nicht beeinflußt werden kann, als einen Verstärker mit veränderlicher Verstärkung zu benutzen, über dessen Steuereingang neben einem Steuersignal auch Fehlersignale wirksam werden können. So würde beispielsweise bei Anwendung der bekannten Verstärkungsregelung auf den Anmeldungsgegenstand eine erhöhte Gefahr für die Beeinflussung der berechneten Winkelabweichungen durch Fehlerspannungen entstehen, deren Ursache verschiedenster Art sein könnte. Werden jedoch Verstärker mit fest eingestelltem Verstärkungsfaktor verwendet und diese Verstärker wahlweise zu- oder abgeschaltet, so ist bereits in dem Bereich, der die der späteren Rechnung zugrunde zu legende Signale liefert, eine wesentlich höhere Genauigkeit gewährleistet, durch die es möglich wird, die Recheneinrichtungen verhältnismäßig einfach auszuführen.

Bei Funkempfängern mit mehreren Verstärkungskanälen, die durch von einem Zielpunkt abgegebene Signale angesteuert werden und zur Darstellung von Winkelabweichungen dienen, müssen häufig numerische Rechnungen mit den Signalwerten durchgeführt werden, insbesondere digitale Divisionen. Bei den bisher bekannten Empfangsschaltungen sind solche Operationen nur schwierig durchzuführen, so daß man bereits vorgeschlagen hat, derartige Funktionen zu vermeiden, indem für den Wert der jeweils darzustellenden Winkelabweichung diejenige Verstärkung für die Verstärkungskanäle zugrunde gelegt wird, bei der ein konstantes Ausgangssigns! an einem der Verstärkungskanäle gewährleistet ist Schaltungsanordnungen diesel Art sind aber relativ schwierig aufzubauen und in der Herstellung deshalb sehr aufwendig.

Die Erfindung bietet auch in dieser Hinsicht eine > weitgehende Vereinfachung, denn sie ermöglicht eine Durchführung der genannten Divisionen mit einer sehr einfachen Anordnung. Hierzu wird eine Division auf der Grundlage stochastischer Werte durchgeführt. Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung enthält dann ίο einen Codierer, der die analogen Ausgangssignale der Verstärkeranordnung in stochastische Signale umsetzt Die Division einer Signaldifferenz durch eine Signalsumme zwecks Darstellung von Winkelabweichungen kann dadurch mit sehr einfachen Mitteln verwirklicht ι > werden.

Die Erfindung wird im fogenden an Hand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt:

F i g. 1 eine Blockdarstellung einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

F i g. 2 die schematische Darstellung eines auf einer fotoelektrischen Zelle dargestellten Zielpunktes und

Fig.3 eine Blockdarstellung des innerhalb der Schaltungsanordnung nach der Erfindung verwendeten 2) Codierers.

In F i g. 1 ist eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung dargestellt, die vier Verstärkungskanäle 1,2,3 und 4 aufweist. Am Eingang eines jeden Verstärkungskanals t, 2,3, 4 tritt ein Empfangssignal auf, das jeweils «ι von einem der Sektoren H₁, 1I₂, H₃ und H₄ einer in Fig.2 dargestellten fotoelektrischen Zelle 12 abgegeben wird. Auf dieser Zelle 12 ist das Bild 13 eines Zielpunktes mit einer gewissen Defokussierung erzeugt. Die darzustellenden bzw. gesuchten Winkelabwei-Ji chungen ει und 62 sind durch die folgenden Beziehungen gegeben:

C| + C.2 — E₃ — £4

■Γ)

E₁ - E₂ +JE₃ + E₃V

In diesen Ausdrücken sind Ei, £2, £3 und £t die Signalwerte, welche von den Sektoren 11,, H₂, H₃, IU abgegeben werden.

Jeder Verstärkungskanal 1, 2, 3, 4 ist durch mehrere Verstärkerstufen gebildet, beispielsweise jeweils durch zwei Verstärkerstufen 14i, 15,; 14₂,15₂; 14₃,15i; 14₂,15₃. Jede Verstärkerstufe 14 bzw. 15 hat einen fest eingestellten Verstärkungsfaktor, so daß übereinstimmende Verstärkungsfaktoren von Verstärkungsstufen gleicher Rangordnung sowie der Verstärkungskanäle 1, 2,3,4 leicht zu verwirklichen sind. Der Verstärkungsfaktor jeweils einer Verstärkerstufe 14 bzw. 15 kann außerdem gegenüber demjenigen der anderen unterschiedlich sein.

Jede Verstärkerstufe 14 bzw. 15 der Verstärkungskanäle 1, 2, 3, 4 kann durch einen Schaltkontakt 16,, 17i; •62,17₂; 16₃,17₃; I64,174 ein- oder ausgeschaltet werden. Sind die Schaltkontakte geöffnet, so sind die jeweils zugeordneten Verstärkerstufen 14 bzw. 15 bzw. die entsprechenden Verstärkungskanäle in Funktion.

Die Schaltkontakte 16 der ersten Verstärkerstufen 14 werden gleichzeitig betätigt, d. h. geöffnet oder geschlossen. Hierzu ist eine Steuerverbindung I81 schematisch dargestellt. Gleiches gilt für die Schalter 17 der zweiten Verstärkerstufen 15 bzw. für die Steuerverbindung I82-

Die Verstärkungskanäle 1, 2, 3, 4 enthalten ferner weitere Verstärker 19i, 192, 193, 194, denen Extrapolationsvorrichtungen 211,2I2,2I3,2I4 nachgeschaltet sind. Diese sind schematisch durch Kapazitäten 22|, 22₂, 223, 224 dargestellt, welche an den Ausgängen 23i, 232, 233, 234 der Verstärkungskanäle 1, 2, 3, 4 mit einer zur folgenden Auswertung ausreichenden Länge abgeben.

Jeder Verstärkungskanal 1, 2, 3, 4 kann über einen Wahlschalter 24 mit einer stochastisch arbeitenden Schaltung 25 verbunden werden, die einen Codierer und einen Teiler bildet.

Wie aus F i g. 3 hervorgeht, enthält die Schaltung 25 einen geschlossenen Kreis, der einen digitalen Vergleicher 27 aufweist. Erste Eingänge 28 dieses Vergleichers 27 sind mit einem Vorwärts-Rückwärtszählregister 29 verbunden. Ein Eingang 31 dieses Registers 29 (z. B. Vorwärts-Zähleingang) ist mit dem Ausgang 32 eines UND-Gliedes 33 verbunden, dessen einer Eingang 34 mit einem Ausgang 35 eines analogen Vergleichers 36 verbunden ist. Ein Eingang 37 dieses Vergleichers 36 wird mit der jeweils zu codierenden Spannung χ angesteuert, die an einem der Ausgänge 23 der Verstärkungskanäle 1, 2, 3, 4 auftritt. Auf den zweiten Eingang des UND-Gliedes 33 sind die Impulse eines Taktgenerators 57 geführt. 1;

Zweite Eingänge 38 des digitalen Vergleichers 27 sind mit den Ausgängen eines Pseudo-Zufallsregisters 39 verbunden, welches seinen Schaltzustand mit jedem ihm über seinen Eingang 41 zugeführten Taktimpuls eines Taktgenerators 42 ändert. Alle Schaltzustände des Zufallsregisters 39 erscheinen nacheinander an den Eingängen 38 des Vergleichers 27 gemäß einem gleichmäßigen Verteilungsgesetz, welches nach Pseudo-Zufallsprinzip abläuft.

Der digitale Vergleicher 27 gibt Signale »1« oder »0« r> abhängig davon ab, ob die von dem Register 29 ihm zugeführten binären Signale x„ einen größeren oder kleineren Wert haben als der zum jeweiligen Zeitpunkt von dem Pseudo-Zufallsregister 39 abgegebene Signalwert.

Die am Ausgang 43 des digitalen Vergleichers 27 auftretenden Ausgangssignale x_s mit den Werten »1« oder »0« stellen das stochastische Abbild der Signale x„ dar.

Ein Schalter 44 wird über die strichpunktiert -n dargestellte Steuerverbindung 45 durch die Signale x_s in deren Rhythmus gesteuert und schaltet eine Bezugsspannung Vo, die an dem Punkt 46 erscheint, auf den Eingang 47 eines Filters 48, welches aus einem Widerstand 49 und einer Kapazität 50 gebildet ist. Der >« Wert x_a der am Ausgang 51 des Filters 48 auftretenden Spannung wird auf den zweiten Eingang 52 des analogen Vergleichers 36 geführt. Ein zweiter Ausgang 53 dieses Vergleichers 36 ist mit dem ersten Eingang 54 eines UND-Gliedes 55 verbunden, auf dessen zweiten Eingang 56 die Taktimpulse eines Taktgenerators 57 geführt sind, welcher durch den Taktgenerator 42 gesteuert werden kann. Der Ausgang 58 des UND-Gliedes 55 ist mit dem zweiten Eingang 59 des Vorwärts-Rückwärtszählregisters 29 verbunden. bo

Innerhalb der geschlossenen Regelschleife, die das Vorwärts-Rückwärtszählregister 29, den digitalen Vergleicher 27, den Schalter 44, das Filter 48 und den analogen Vergleicher 36 umfaßt, werden die Impulse der Taktschaltung 57 dem Vorwärts-Zähleingang 31 oder dem Rückwärts-Zähleingang 59 des Vorwärts-Rückwärtszählregisters 29 so lange zugeführt, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Die dem analogen Wert χ der jeweils zu codierenden Spannung entsprechende stochastische Information tritt also am Ausgang 43 des digitalen Vergleichers 27 auf.

Der analoge Vergleicher 36 enthält zur Stabilisierung der so gebildeten Schleife eine Kippschwelle.

Die in F i g. 1 gezeigte Schaltungsanordnung 25 enthält außerdem Schaltelemente, die an ihrem Ausgang 61 die Summe aller Werte S₁ liefern, die durch die Spannungen Si, 52, S3, S4 an den Ausgängen 23|, 232, 233,234 der Verstärkungskanäle 1,2,3,4 gegeben sind.

Durch die Schaltungsanordnung 25 werden nacheinander die folgenden Operationen nur für positive Werte durchgeführt:

S₁

Hierbei wird die Schaltungsanordnung 25 als Teiler betrieben, wozu als Referenzspannung ein der Information

Vc

entsprechender Wert verwendet wird, der als analoger Wert beispielsweise bei der vorhergehenden Funktionsfolge erhalten wurde.

Die verschiedenen so erhaltenen Quotienten werden parallel zwei Vorwärts-Rückwärtszählern zugeführt, um die folgenden Beziehungen zu realisieren:

S₄

Si Σ

S₃

Σ s\

s»

Am Ende dieses ersten Rechenzyklus stehen die Winkelabweichungen, d. h. die Werte ei und 62 in den beiden Vorwärts-Rückwärtszählern in binärer Form (Zweierkomplement) zur Verfügung.

Bei einem zweiten Rechenzyklus wird dann

Σ s,

berechnet, indem eine Referenzspannung Vo an die Schaltungsanordnung 25 angeschaltet wird, so daß diese als reiner Codierer arbeitet.

Aufeinanderfolgend ergeben sich dann die Informationen Si, S2, S3, S) als positive Werte in einem Zählregister in rein binärer, geradzahliger Form.

Eine Steuerlogik 62, die von dem Speicherinhalt dieses Zählers angesteuert wird, ihrerseits über die Steuerverbindungen 63-18i und 63-18₂ die Schaltkontakte 16 und 17.

Eine Decodiermatrix kann die Summe aller Werte S; in analoger Darstellung liefern. Dieser Ausdruck dient als Referenzwert für die Funktionsfolge der Extrapolationsvorrichtungen und zur Berechnung der Winkelabweichungen in beschriebener Weise.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

25 OO Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Auswertung von Winkelabweichungen eines bewegten Körpers rela- ·> tiv zu einem Zielpunkt kennzeichnenden Signalen, insbesondere zur selbsttätigen Steuerung von Flugkörpern oder Geschossen, mit einer mehrere Verstärkungskanäle für jeweils eines der Signale aufweisenden Verstärkeranordnung mit veränderbarer Verstärkung, bei der jeder Verstärkungskanal durch mehrere Verstärkerstufen gebildet ist, und mit einer der Verstärkeranordnung nachgeschalteten, die Winkelabweichungen aus den verstärkten Signalen berechnenden Codiereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerstufen (1, 2, 3, 4) einen fest eingestellten Verstärkungsfaktor aufweisen und daß die Einstellung der jeweils für die Verstärkeranordnung erforderlichen Verstärkung durch von einem Ausgangssignal der Codiereinrichtung (25) gesteuerte Zu- und Abschaltung von Verstärkerstufen erfolgt

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer die genannte Zu- und Abschaltung bewirkenden Steuergröße eine die Ausgangssignale der Verstärkungskanäle summierende Vorrichtung vorgesehen ist, die Teil der Codiereinrichtung (25) ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Verstärkurigskanä- w Ie (1, 2, 3, 4) die Summierungsvorrichtung und eine Anordnung (62) zur Zu- und Abschaltung einen geschlossenen Kreis bilden.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (62) zur Zu- und r> Abschaltung der Verstärkerstufen (1, 2, 3, 4) eine Steuerlogik ist, die durch die Summe der Amplituden der Ausgangssignale der Verstärkungskanäle (1,2,3,

4) ansteuerbar ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Verstärkeranordnung nachgeschaltete Codiereinrichtung (25) die analoge Signaldarstellung der Ausgangssignale der Verstärkungskanäle (1, 2,3, 4) in eine stochastische Signaldarstellung umsetzt, daß <r> die codierten stochastischen Signale einem Teiler (Fig.3) zugeführt werden und daß ferner eine Umsetzungsvorrichtung zur Umsetzung des mit dem Teiler (F i g. 3) stochastisch erzeugten Quotienten in einen analogen oder digitalen, die jeweilige Winkel- w abweichung angebenden Wert vorgesehen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Codiereinrichtung (25) innerhalb eines geschlossenen Kreises einen Analog-Digitalumsetzer (F i g. 3), einen mit digitalen und η mit Pseudo-Zufallswerten angesteuerten digitalen Vergleicher (27) zur Erzeugung eines stochastischen Vergleichsergebnisses und einen Umsetzer (44, 48) zur Umsetzung dieses Vergleichsergebnisses in einen analogen Vergleichswert umfaßt und daß der w> Analog-Digitalumsetzer (F i g. 3) durch diesen analogen Vergleichswert zwecks Angleichung an den jeweils zu codierenden Wert ansteuerbar ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Vergleicher (27) an μ ersten Signaleingängen (38) mit den Ausgangssignalen eines Pseudo-Zufallsregisters (39) und an zweiten Signaleingängen (28) mit den Ausgangssignalen eines zu dem Analog-Digitalumsetzer gehörenden Vorwärts-Rückwärtszählregisters (29) angesteuert ist daß das Pseudo-Zufallsregister (39) durch einen ersten Taktgenerator (42) gesteuert ist und daß Vorrichtungen (33,55) zur Zuführung der Taktimpulse eines zweiten, vorzugsweise von dem ersten (42) gesteuerten Taktgenerators (57) auf den Vorwärts-(31) oder auf den Rückwärts-Zähleingang (59) des Vorwärts-Rückwärtszählregisters (29) abhängig von dem Ausgangssignal eines analogen Vergleichers (36) vorgesehen ist der durch den zu codierenden Wert (x) und durch den in die analoge Form umgesetzten stochastischen Wert (x_a) angesteuert ist

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß der stochastisch-analoge Umsetzer (44,48) einen Schalter (44) aufweist, der durch den jeweils um Ausgang des digitalen Vergleichers (27) auftretenden stochastischen Wert (x_s) ansteuerbar ist und in jeder Schaltstellung eine von zwei Referenzspannungen auf den Eingang eines Filters (48) schaltet dessen Ausgang (51) mit einem Eingang (52) des analogen Vergleichers (36) verbunden ist.

£. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (33, 55) zur Zuführung der Taktimpulse auf die Zähleingänge (31,59) des Vorwärts Rückwärtszählregisters (29) zwei UND-Glieder (33, 55) sind, die jeweils durch eines der beiden Ausgangssignale des analogen Vergleichers (36) aufgesteuert werden.