DE2923547C2

DE2923547C2 - Zielsuchvorrichtung für Flugkörper

Info

Publication number: DE2923547C2
Application number: DE2923547A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Friedrich 7770 Überlingen Keller
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1979-06-09
Filing date: 1979-06-09
Publication date: 1981-04-09
Also published as: DE2923547B1; US4329579A

Description

d)

durch gekennzeichnet, daß der Abtastsignalgenerator (76) zur Erzeugung eines harmonischen Abtastsignals eingerichtet ist, dessen Amplitude und Frequenz so gewählt ist, daß eine rosettenartige Bewegung der Figurenachse (34) des Kreiselrotors (16) und eine entsprechende Abtastung des Suchergesichtsfeldes hervorgerufen wird.

6. Zielsuchvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekonnzeichnet, daß

s.) der Kreiselrotor (16) radial magnetisiert und von einer gehäusefesten Ringspule als Drehmomenterzeuger (40) umgeben ist,
auf die Ringspule sowohl das Nachführsignal von der Signalverarbeitungsschaltung (60) als auch das Abtastsignal von dem Abtastsignalgenerator (76) und diesem Abtastsignal entgegengeschaltet, ein Signal über die Rückführschleife (80) aufgeschaltet sind,
ein erster Lagefühler (42) auf den Winkel zwischen Figurenachse (34) und einer gehäusefesten Längsachse (20) anspricht und ein zweiter Lagefühler (44) ein Phasenreferenzsignal nach Maßgabe der Umlaufbewegung des Kreiselrotors (16) um seine Figurenachse (34) liefert,

Abtastsignalgenerator (76) und Rückführschleife (80) von den Phasenreferenzsignalen gesteuert und zur Erzeugung impulsartiger oder harmonischer Signale in definierter Phasenbeziehung zu den Phasenreferenzsignalen eingerichtet sind, und

e) die Nachführsignale über einen Führungsregler (58) aufgeschaltet sind, an dessen Eingang dem Nachführsignal das Signal des ersten Lagefühlers (42) entgegengeschaltet ist und der ebenfalls von den Phasenreferenzsignalen gesteuert und zur Erzeugung impulsartiger oder harmonischer Signale in definierter Phasenbeziehung zu den Phasenreferenzsignalen eingerichtet ist.

7. Zielsuchvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastsignalgenerator (76) und die Rückführschleife (80) von einem Steuersignal beaufschlagt sind, durch welches die Amplituden von Abtastsignal und Rückführsignal zur Veränderung des abgetasteten Suchergesichtsfeldes veränderbar sind.

8. Zielsuchvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Abtastsignalgenerator (76) zur Erzeugung von kurzen, impulsförmigen Abtastsignalen eingerichtet ist, welche eine Nutationsbewegung der Figurenachse des Kreiselrotors mit einem vorgegebenen öffnungswinkel einleiten, und

die optische Achse des auf dem Kreiselrotor angeordneten optischen Systems mit der Figurenachse den besagten vorgegebenen öffnungswinkel einschließt.

b)

Die Erfindung betrifft eine Zielsuchvorrichtung für Flugkörper, enthaltend: einen um seine Figurenachse umlaufenden Kreiselrotor, der in einer eine Winkelbewegung der Figurenachse mit zwei Freiheitsgraden

um einen zentralen Schwenkpunkt zulassenden Weise in einem Gehäuse gelagert ist, einen gehäusefest in dem zentralen Sch'venkpunkt angeordneten Detektor, ein auf dem Kreiselrotor angeordnetes optisches System, durch welches ein im Unendlichen liegendes Suchergesichtsfeld als Gesichtsfeldbild in der Ebene des Detektors abgebildet wird, Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen Gesichisf eldbild und Detektor, eine Signalauswerteschaltung, auf welche die Detektorsignale aufgeschaltet sind und welche zur Erzeugung von Nachführsignalen nach Maßgabe der Zielablage eingerichtet ist, Mittel zur Erzeugung einer Präzessionsbewegung des Kreiselrotors, auf welche die Nachführsignale aufgeschaltet sind, um den Kreiselrotor einem Ziel nachzuführen, und Lagefühler, welche auf die Winkellage der Figurenachse des Kreiselrotors relativ zum Gehäuse ansprechen.

Ein solcher Zielsuchkopf ist beispielsweise bekannt d-irch die DE-PS 1406578.

Bei dem bekannten Zielsuchkopf ist -ier Kreiselrotor allseitig winkelbeweglich und um seine Drallachse drehbar auf einem zentralen Stützglied gelagert. Die Lagerung erfolgt beispielsweise mittels einer Kardanrahmenanordnung mit Kugellagern. Der Kreiselrotor trägt eine Zielfeldabtastvorrichtung, die ein optisches System in Form einer gefalteten Spiegeloptik mit einem ringförmigen Hohlspiegel und einem Planspiegel enthält. Ein im Unendlichen liegendes Gesichtsfeld wird durch den Hohlspiegel über den Planspiegel in einer Bildebene abgebildet. In der Bildebene sitzt eine mit dem Kreiselrotor umlaufende Modulationsscheibe (Reticle). Ein auf die Strahlung eines zu verfolgenden Ziels ansprechender Detektor ist auf dem zentralen Stützglied angeordnet und wird von der durch die Modulationsscheibe hindurchtretenden Strahlung beaufschlagt. Der Kreiselrotor mit der Zielfeldabtastvorrichtung ist in der Spitze eines Flugkörpers angeordnet, welche durch einen strahlungsdurchlässigen Dom abgeschlossen ist

Bei dem bekannten Zielsuchkopf ist der Kreiselrotor radial magnetisiert und von einer Ringspule umgeben. Die Signale des Detektors werden verstärkt auf die Ringspule gegeben und erzeugen Momente auf den radial magnetisierten Kreiselrotor, durchweiche die Drallachse des Kreiselrotors und damit die optische Achse der Zielfeldabtastvorrichtung auf ein Ziel hinpräzediert und diesem Ziel ständig nachgeführt wird. Die der Ringspule zugeführten Signale beaufschlagen gleichzeitig das Steuerungssystem des Flugkörpers.

Durch den Kreiselrotor wird die Zielfeldabtastvorrichtung von Störbewegungen des Flugkörpers entkoppelt. Es erfolgt eine Ausrichtung der mit einem relativ engen Gesichtsfeld arbeitenden Zielfeldabtastvorrichtung auf ein Ziel und eine ständige Nachführung nach dem Ziel. Die auf die Ringspule und das Steuerungssystem gegebenen Signale sind proportional der Drehgeschwindigkeit der Sichtlinie im Raum, wie das für eine Proportionalnavigation erforderlich ist. Der Kreiselrotor wird z. B. durch Anblasen mit Druckgas auf seine Betriehsdrehzahl gebracht und läuft dann während des Fug*··; Jes Flugkörpers frei aus.

Bei einer Ausführungsform der DE-PS 1406578 sind Lagefühler vorgesehen, welche auf die Winkellage des Kreiselrotors relativ zu dem Gehäuse, d. h. dem Flugkörper ansprechen. Bei dieser Ausführungsform beaufschlagen die Signale der Lagefühler das

Steuerungssystem des Flugkörpers. Dabei suchen die Steuersignale die Flugkörperlängsachse nach der Sichtlinie zum Ziel auszurichten. Das ergibt ein ungünstigeres Steuerungsverhalten als bei Proportionalnavigation, wie sie mit der anderen Ausführungsform der DE-PS 1406578 erhalten wird.

Eine Anordnung, bei welcher das Gesichtsfeld mittels einer Modulationsscheibe abgetastet wird, gestattet nur die Erkennung von im wesentlichen punktförmigen Zielen. Bei größerer Ausdehnung der Zielfläche und stark strukturiertem Hintergrund ergeben sich Zielerkennungsschwierigkeiten. Intelligente Bildauswerteverfahren wie Mustererkennung können nicht angewandt werden.

i' Es sind Bildfeldabtastvorrichtungen bekannt, bei denen ein flächenhafter Detektor aus einem Raster einzelner Detektorelemente aufgebaut ist. Auf diesem flächenhaften »Mehrelement-Detektor« wird durch ein optisches System das im Unendlichen liegende Su-

-» chergesichtsfeld abgebildet.

Solche Bildfeldabtastvorrichtungen erfüllen /wai alle hinsichtlich der Bildverarbeitung gestellter) A · forderungen. Sie sind jedoch sehi aufwendig. Da> <>: tische System muß das gesamte Suchergesichts'd

3j gleichzeitig bis iuw Rand hin -,charf abbilden. Hs iv , den daher relativ hohe Anforderungen an die Ahbii dungseigenschaften des optischen Systems gestell' Der Mehrelement-Detektor ist in der Herstellung sdr aufwendig. Er besitzt eine große thermische Mass».

Es bereitet daher Schwierigkeiten, den Mehrek ment-Detektoi hinreichend schnell abzukühlen, wenn er zur Verbesserung des Signal-zu-Rausch-\ trhal;-nisses gekühlt wird. Ein weiterer Nachteil einer Bii»! feldabtastvorrichtungmit Mehrelement-Detekt'u K steht darin, daß die Signalverarbeitung eint grob». Anzahl paralleler Kanäle erfordert.

Es sind weiterhin Bildfddabtastvorrichtungen bekannt, bei denen ein mit einem einzigen Detektoren ment aufgebauter »Einzelelement-Detektor« v-.ngs.·-

sehen ist und das Suchergesichtsfeld über bewegliche optische Glieder abgetastet wird.

Im einfachsten Fall ist bei einer Anordnung nach der DE-PS 1 406 578 der mit dem Kreiselrotor umlaufende Planspiegel des optischen Systems als Taumel-

ή spiegel ausgebildet, der gegenüber der Umlaufachse des Kreiselrotors etwas geneigt ist. Dadurch führt das Gesichtsfeldbild eine kreisende Bewegung aus. Wenn ein Ziel auf der Figuren- oder Umlaufachse des Kreiselrotors sitzt, kreist das Zielbild symmetrisch um den

stillstehenden Einzelelement-Detektor. Weicht das Ziel von dieser Figuren- oder Umlaufachse des Kreiselrotors ab, so wird die kreisende Bewegung des Zielbildes unsymmetrisch in bezug auf den Einzelelement-Detektor und dieser liefen ein Wechselstromsi-

>5 gnal, dessen Amplitude und Phase die Größe bzw. Richtung der Zielablage angibt.

Eine solche Art der Abtastung ist ziemlich primitiv. Sie ist nur brauchbar, wenn das Ziel relativ dicht bei der Figuren- oder Umlaufachse des Kreiselrotors

bo liegt. Eine Störung durch strukturierten Hintergrund ist nicht auszuschließen. Bildauswerteverfahien sind nicht anwendbar.

Es ist weiterhin bekannt, mit einem Einzelelement-Detektor das Suchergesichtsfeld in zwei Di-

,5 mensionen abzutasten. Dazu sind jedoch zwei unabhängige Abtastbewegungen, z. B. mit Schwingspiegeln od. dgl. zu realisieren. Eine dieser Abtastbewegungen kann dabei die Umlaufbewegung des Kreisel-

rotors sein. Es ist jedoch auf jeden Fall eine zusätzliche Abtastbewegung erforderlich. Bekannte Konstruktionen dieser Art sind mechanisch oder optisch kompliziert aufgebaut.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei ei- ^r> nem Zielsuchkopf der eingangs definierten Art mit einfachen Mitieln eine definierte punktweise Abtastung eines Suchergesichtsfeldes zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ι»

a) als Mittel der Erzeugung der Relativbewegung zwischen Gesichtsfeldbild und Detektor ein auf den Kreiselrotor wirkender Drehmomenterzeuger vorgesehen ist, der von Abtastsignalen eines Abtastsignalgenerators beaufschlagt ist und ^r> Drehmomente auf den Kreiselrotor ausübt, unter deren Einfluß der Kreiselrotor eine das Suchergesichtsfeld abtastende Bewegung ausführt,

b) die aus dieser Bewegung resultierenden Signale der Lagefühler über eine Rückführschleife auf -" den Drehmomenterzeuger aufgeschaltet sind, und

c) die Signale der Lagefühler zusammen mit den Detektorsignalen auf die Signalauswerteschaltung zur Erzeugung der Nachführsignale aufge- -'"> schaltet sind.

Die punktweise Abtastung des Suchergesichtsfeldes erfolgt somit erfindungsgemäß dadurch, daß die Figurenachse des Kreiselrotors selbst die Abtastbewegung ausführt. Zu diesem Zweck werden geeignete J» Abtastsignale auf den Drehmomenterzeuger gegeben. Die Reaktion des Kreiselrotors auf die Abtastsignale und gewissermaßen die jeweilige »Adresse« des gleichzeitig erhaltenen Detektorsignals wird mittels der Lagefühler gemessen. Das Detektorsignal mit der r> zugehörigen Adresse wird der Signalauswerteschaltung zugeführt. Diese Signalauswerteschaltung erzeugt nach Abtastung des Suchergesichtsfeldes Nachführsignale, welche den Kreiselrotor und das optische System dem Ziel nachführt. Dabei können bekannte w Bildauswerteverfahren, z. B. Mustererkennung, Anwendung finden. Durch Rückführung der Signale der Lagefühler auf den Drehmomenterzeuger über eine geeignete Rückführschleife wird eine definierte Abtastbewegung erreicht. ₄-,

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: -,o

Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch den vorderen Teil eines Flugkörpers mit einem Ziel-

MHTlktipf

Fig. 2 bis 5 zeigen verschiedene Muster der Abtastung des Suchergesichtsfeldes, die mit dem Zielsuch- -,-, kopf von Fig. 1 erzielbar sind;

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild des Zielsuchkopfes mit der zugehörigen Elektronik;

Fig. 7 ist eine vereinfachte Darstellung einer Ausführungsform des Abtastsignalgenerators von Fig. 6; _bo

Fig. 8 ist eine vereinfachte Darstellung einer Ausführungsform der Rückführschleife von Fig. 6.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Flugkörper bezeichnet, der hier das »Gehäuse« bildet. Am vorderen Ende ist der Flugkörper 10 durch einen Dom 12 abgeschlossen. Hinter dem Dom 12 sitzt ein Zielsuchkopf 14.

Der Zielsuchkopf 14 enthält einen ringförmigen Kreiselrotor 16, der über eine zentrale Kardanrahmenanordnung 18 um einen auf der Flugkörperlängsachse 20 liegenden Schwenkpunkt allseitig winkelbeweglich an einem zentralen Stützglied 22 gelagert ist. Auf dem Stützglied 22 sitzt in dem Schwenkpunkt ein als Einzelelement-Detektor ausgebildeter Detektor 24. Durch ein optisches System bestehend aus einem ringförmigen Hohlspiegel 26 und einem Planspiegel 28 wird ein im Unendlichen liegendes Gesichtsfeld (Momentangesichtsfeld) auf dem Detektor 24 abgebildet. Anders ausgedrückt: Das Momentangesichtsfeld ist das durch das optische System 28, 26 im Unendlichen erzeugte Bild des Detektors 24. Der Hohlspiegel 26, der vorzugsweise ein Parabolspiegel ist, wird von der zielseitigen Stirnfläche des Kreiselrotors 16 gebildet. Der Planspiegel 28 ist über Stützen 30 an dem Kreiselrotor 16 gehaltert. Der Kreisel 16 ist über ein Kugellager 32 um seine Figurenachse 34 drehbar auf dem innersten Kardanring 36 der Kardanrahmenanordnung 18 gelagert. Diese Figurenachse 34 bildet auch die optische Achse des von dem Hohlspiegel 26 und dem Planspiegel 28 gebildeten optischen Systems.

Der Kreiselrotor 16 hat eine sphärische Mantelfläche und ist in einer konkav-sphärischen Ausnehmung 36 einer Zwischenwand 38 angeordnet. Die Zwischenwand 38 erstreckt sich senkrecht zu der Flugkörperlängsachse 20. In der Zwischenwand 38 sitzt eine Ringspule 40 zur Erzeugung von auf den Kreiselrotor 16 wirkenden Drehmomenten, welche gleichachsig zu der Flugkörperlängsachse 20 angeordnet ist und den Kreiselrotor 16 umgibt. Der Kreiselrotor 16 ist diametral magnetisiert.

Die Lage des Kreiselrotors 16 relativ zu dem Flugkörper 10 wird durch einen ersten Lagefühler 42 und einen zweiten Lagefühler 44 abgetastet. Der erste Lagefühler 42 spricht auf den Winkel an, den die Figuren- oder Umlaufachse 34 des Kreiselrotors 16 mit der Flugkörperlängsachse bildet. Der zweite Lagefühler 44 spricht auf den Drehwinkel des Kreiselrotors 16 um seine Figurenachse 34 an. Der erste Lagefühler 42 weist ein Paar von symmetrisch zur Flugkörperlängsachse 20 auf der Innenfläche der Ausnehmung 36 angeordneten elektrisch leitenden Platten 46, 48 auf, die mit der Mantelfläche des Kreiselrotors 16 je einen Kondensator bilden. In der Mittellage des Kreiselrotors 16, wenn die Figurenachse 34 mit der Flugkörperlängsachse 20 zusammenfällt, sind die Kapazitäten der beiden Kondensatoren gleich, während bei einer Auslenkung der Figurenachse 34 die Kapazität des einen Kondensators zu - und die des anderen Kondensators abnimmt. Die beiden Kondensatoren bilden in üblicher Weise Teil eines kapazitiven Abgriffs. Der zweite Lagefühier 44 kann ein magnetieidempfindliches Element, z. B. ein Hallgenerator sein, so daß durch die diametrale Magnetisierung des Kreiselrotors 16 ein periodisches Phasenreferenzsignal mit der Umlauffrequenz des Kreiselrotors 16 erzeugt wird.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, liegt an einem Eingang 50 ein Nachführ- oder Führungssignal, welches eine bestimmte Lage des Kreiselrotors 16 kommandiert. Dem Führungssignal ist an einem Summierpunkt 52 das Signal des ersten Lageabgriffs 42 über Verstärker 54, 56 entgegengeschaltet. Das erhaltene Differenzsignal liegt an einem Führungsregler 58, welcher durch ein Signal auf die Ringspule 40 die Figurenachse 34 des Kreiselrotors 16 und damit die optische Achse des Zielsuchkopfes 14 in die komman-

dierte Lage auszurichten trachtet. Das Nachführ- oder Führungssignal wird, wie dargestellt, von einer Signalverarbeitungsschaltung 60 geliefert. Der Signalverarbeitungsschaltung 60 werden an einem Eingang 62 das Signal von dem ersten Lageabgriff 42, an einem zweiten Eingang 64 das Detektorsignal von dem Detektor 24 über einen Verstärker 66 und an einem dritten Eingang 68 über einen Verstärker 70 das Phasenreferenzsignal von dem zweiten Lagefühler 44 zugeführt.

Der Führungsregler 58 erhält an einem Eingang 72 ebenfalls das Phasenreferenzsignal von dem zweiten Lagefühler 44. Der Führungsregler 58 ist zur Erzeugung impulsartiger oder harmonischer Signale von definierter Phasenbeziehung zu den Phasenreferenzsignalen eingerichtet. Diese Phasenbeziehung hängt von der Richtung der Zielablage ab. Das Ausgangssignal des Führungsreglers 58 wird über einen Verstärker 74 auf die Ringspule 40 gegeben. Es erzeugt in bekannter Weise ein Magnetfeld parallel zur Flugkörperlängsachse 20, welches mit der diametralen Magnetisierung des Kreiselrotors 16 zusammenwirkt und auf diesen ein Moment ausübt. Die Phasenlage oder der Zeitpunkt der Erzeugung dieses Magnetfeldes in bezug auf den Umlauf des Kreiselrotors 16 ist so gewählt, daß der Kreiselrotor 16 mit seiner Figurenachse 34 auf das Ziel hinpräzediert.

Dieser Nachführbewegung ist eine Abtastbewegung überlagert, die bewirkt, daß das enge Momentangesichtsfeld periodisch ein größeres Suchergesichtsfeld abtastet. Diese Abtastbewegung des Kreiselrotors 16 wird durch einen Abtastsignalgenerator 76 eingeleitet, der ein Abtastsignal liefert. Das Abtastsignal wird in einem Summierpunkt 78 dem Ausgangssignal des Führungsreglers 58 überlagert. Dem Abtastsignal wird ein Rückführsignal von einer Rückführschleife 80 entgegengeschaltet, welcher die Signale von dem ersten und dem zweiten Lagefühler 42 bzw. 44 erhält.

Der Abtastsignalgenerator 76 und die Rückführschleife 80 sind ebenfalls zur Erzeugung impulsartiger oder harmonischer Signale in definierter Phasenbeziehung zu den Phasenreferenzsignalen eingerichtet.

Der Abtastsignalgenerator 76 erzeugt Signale unterschiedlicher Polarität, deren Mittelwert null ist. Dadurch bleibt der Drallvektor des Kreiselrotors 16 im Mittel von den Abtastsignalen unbeeinflußt.

Die Abtastung kann in verschiedener Weise erfolgen.

Der Abtastsignalgenerator 76 kann zur Erzeugung eines kurzzeitigen Abtastsignals zu Beginn jeder Abtasxperiode eingerichtei sein, durch welches der Kreiselrotor 16 aus seiner stationären Lage 82 auslenkbar und zu einer kreisenden Bewegung seiner Figurenachse 34 anregbar ist. Wenn, wie oben erwähnt, der Mittelwert des Abtastsignals null ist, bleibt dann der Drallvektor des Kreiselrotors 16 raumfest, und die Figurenachse 34 kreist um diesen Drallvektor. Durch Reibung und sonstige Dämpfungseinflüsse wird diese kreisende Bewegung der Figurenachse 34 gedämpft, so daß die Figurenachse 34 längs einer Spiralbahn in ihre stationäre Lage zurückkehrt. Das ist in Fig. 2 dargestellt.

Durch das Abtastsignal wird die Figurenachse 34 aus der stationären Lage 82 längs der Bahn 84 ausgelenkt (Anregungsphase). Anschließend kehrt die Figurenachse 34 längs einer Spiralbahn 86 in die stationäre Lage 82 zurück (Dämpfungsphase). Das Momentangesichtsfeld 88 tastet dabei das Suchergesichtsfeld längs dieser Spiralbahn ab. Den dabei erhaltenen Detektorsignalen sind als »Adresse« jeweils die radiale Auslenkung, die von dem ersten Lagefühler '-> 42 gemessen wird, und die Winkellage um die Figurenachse 34 zugeordnet, die durch die Phasenbeziehung zu den Phasenreferenzsignalen von dem zweiten Lagefühler 44 gegeben ist.

Da die Dämpfungsphase bei reibungsarm gelager-

i» ten Kreiseln verhältnismäßig lange andauern kann, erfolgt vorzugsweise eine aktive Dämpfung durch Ströme, die über die Rückführschleife 80 auf die Ringspule 40 gegeben werden. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, kann diese Dämpfung so ausgelegt werden,

r> daß sich ein angenähert lineares Abklingen der kreisenden Bewegung der Figurenachse 34 ergibt, derart, daß das Suchergesichtsfeld von dem Momentangesichtsfeld 88 in aneinander anschließenden Streifen 90 abgetastet wird.

-'(> Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform des Abtastsignalgenerators 76.

Das Phasenreferenzsignal vom Lagefühler 44, das durch den Verstärker 70 verstärkt wird, liegt über Leitung 98 (Fig. 6) an dem Abtastsignalgenerator 76

.'■> an. Dieses Phasenreferenzsignal wird auf einen Schmitt-Trigger 99 gegeben, welcher definierte Zählimpulse liefert. Die Zählimpulse werden in einen vierstufigen Binärzähler 100 eingezählt. Die Zustände der vier Zählstufen liegen an den vier Eingängen eines

κ NAND-Gliedes. Der Ausgang des NAND-Gliedes 102 ist über einen Widerstand 104 mit der Basis eines Transistors 106 verbunden. Der Kollektor des Transistors 106 ist über einen Widerstand 108 mit dem Steuereingang 96 verbunden, an welchem je nach der ge-

jj wünschten Amplitude eine mehr oder weniger hohe Spannung anliegt.

Der Zähler 100 erhält während jeder Umdrehung einen Zählimpuls. Seine Zählstufen ändern ihre Zustände somit im Verlauf von 16 Umdrehungen von

■in 0000 bis LLLL, wobei L eine binäre »Eins« repräsentiert. Der Ausgang des NAND-Gliedes 102 bleibt »L« und der Transistor 106 bleibt leitend, bis nach der fünfzehnten Umdrehung des Kreiselrotors 16 der Zählerstand LLLL erreicht wird. Dann wird der Ausgang des NAND-Gliedes zu »0«, und der Transistor 106 wird gesperrt. An dem mit dem Summierpunkt 78 verbundenen Ausgang 110 des Abtastsignalgenerators 76 erscheint dann die Spannung, welche an dem Steuereingang 96 liegt. Der Transistor 106 bleibt gesperrt, bis der Zähler 100 nach der sechzehnten Umdrehung wieder auf 0000 springt. Es erscheint also ein irnpulsartigcs Abtastsignal während jeder sechzehnten Umdrehung des Kreiselrotors 16. Die Dauer des Abtastsignals entspricht genau einer Umdrehung des Kreiselrotors, und die Amplitude wird durch die Spannung am Steuereingang 96 bestimmt. Durch einen solchen Impuls wird der Kreiselrotor 16 in definierter Weise ausgelenkt. Er kehrt dann durch die Dämpfung in den Ausgangszustand zurück. Da näm-

bo lieh der Impuls genau für die Dauer einer vollen Umdrehung des Kreiselrotors 16 wirksam ist, ist der Mittelwert der auf den Kreiselrotor 16 ausgeübten Momente null. Der Kreiseldrallvektor behält somit seine Lage bei.

_b5 Die Bewegung des Kreiselrotors 16 wird durch die Rückführschleife 80 in definierter Weise gedämpft, so daß seine Figurenachse innerhalb der fünfzehn Umdrehungen wieder in die Ausgangslage zusam-

menfallend mit dem Keiseldrallvektor zurückkehrt. Diese Rückführschleife 80 ist in Fig. 8 dargestellt.

Das Signal der Lagefühler 42 wird auf einen Differentiator 112 geschaltet und elektrisch differenziert. Das differenzierte Signal liegt an einem Regelverstärker 114, dessen Verstärkungsgrad durch das Signal am Steuereingang 96 veränderbar ist. Das so verstärkte Signal wird durch einen Modulator oder Multiplikator 116 mit dem Phasenreferenzsignal von Leitung 98 moduliert bzw. multipliziert. Das so erhaltene Signal ,ist mit negativem Vorzeichen auf den Summierpunkt 78 geschaltet.

Dieses Signal bewirkt eine Dämpfung der Abtastbewegung des Kreiselrotors. Der Dämpfungsfaktor ist abhängig von der Verstärkung und kann über den Steuereingang 96 beeinflußt werden.

Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung einer Abtastbewegung ist die kontinuierliche Anregung des Kreiselrotors 16 durch ein harmonisches Abtastsignal, das von dem Abtastsignalgenerator 76 auf die Ringspule 40 gegeben wird. Eine solche Anregung führt zu einer rosettenförmigen Bahn 92, oder 94, wie sie in Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Dabei wird durch die Rückführschleife 80, welche die Signale der Lagefühler 42 und 44 auswertet, dafür gesorgt, daß sich eine stabile und reproduzierbare Bahn ergibt.

Eine solche Rosettenabtastung hat u. a. den Vortei^!, daß ein in der Umgebung des Mittelpunktes erfaßtes Ziel von allen Schleifen der Rosette mehr oder weniger überstrichen wird. Dabei läßt sich aus den erhaltenen Detektorsignalen und zugeordneten Adressen mit verhältnismäßig geringem Aufwand die Ablage des Ziels in bezug auf den Mittelpunkt ermitteln und die Zielsuchvorrichtung entsprechend nachführen. Die Abtastfrequenz kann relativ hoch gewählt werden, so daß auch schnelle Zielbewegungen verfolgt werden können.

Statt einer Rosettenabtastung kann durch geeigneten Verlauf der Abtastsignale auch eine Abtastung längs einer anderen geeigneten Bahn erzielt werden.

Während die gesteuerte Spiralabtastung nach Fig. 3 vor allem für das Absuchen eines bestimmten Raumwinkelbereichs zum Auffassen des Ziels geeignet ist, kann die eigentliche Zielverfolgung, d. h. das Nachführen des Zielsuchkopfes 14 nach dem Ziel, mittels einer Rosettenabtastung nach Fig. 4 oder 5 erfolgen. Es kann eine automatische Umschaltung von einer Art der Abtastbewegung auf die andere erfolgen, wenn z. B. das Ziel in einen bestimmten Mittelbereich des Suchergesichtsfeldes gebracht worden ist. ι In beiden Fällen können der Abtastsignalgenerator 76 und die Rückführschleife über einen Steuereingang 96 von einem Steuersignal beaufschlagt sein, durch welches die Amplituden von Abtastsignal und Rückführsignal zur Veränderung des abgetasteten Sucher-

Ki gesichtsfeldes veränderbar sind. Das ermöglicht es, die Größe des abgetasteten Suchergesichtsfeldes an die Größe des Zielbildes anzupassen, so daß die Signalverarbeitung z. B. unabhängig von der Entfernung zwischen Ziel und Flugkörper durchgeführt werden

ι *> kann. Zu diesem Zweck kann das Signal am Steuereingang 96 wiederum von der Verarbeitung des Detektorsignals durch die Signalverarbeitungsschaltung 60 abhängig gemacht werden.

Eine dritte Möglichkeit zur Erzeugung einer Ablastbewegung besteht darin, den Kreisel durch einen einzelnen Momentenimpuls in eine Nutationsbewegung zu versetzen, so daß die Figurenachse eine mit der Nutationsfrequenz umlaufende Kreisbewegung beschreibt. Sorgt man gleichzeitig dafür, daß die op-

2^ri tische Achse der Optik um einen geringen Winkel von der Kreiselfigurenachse abweicht, gerade so viel wie der Öffnungswinkel der Nutationsbewegung beträgt, so ergibt sich eine überlagerte Abtastbewegung, die sich aus einer kreisförmigen Nutationsbewegung mit

jo der Umlauffrequenz der Nutation und einer ebenfalls kreisförmigen Bewegung, hervorgerufen durch die Schiefstellung der optischen Achse, die mit der Kreiseldrehzahl umläuft, zusammensetzt. Nutationsfrequenz und Kreiseldrehzahl sind voneinander ver-

i) schieden und durch das Verhältnis von Hauptträgheitsmoment zu Querträgheitsmoment bestimmt. • Durch entsprechende Auslegung des Kreisels können sowohl spiralförmige als auch rosettenförmige Abtastfiguren erzielt werden.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß der Steueraufwand minimal ist und auf den Kreisel nach der Anregung keine weiteren Momente wirken, die bei fehlerhafter Ansteuerung zu Driften führen könnten. Die Schrägstellung der optischen Achse läßt sich

leicht durch einen gekippten Sekundärspiegel erreichen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zielsuch vorrichtung für Flugkörper, enthaltend:

einen um seine Figurenachse urnlaufenden Kreiselrotor, der in einer eine Winkelbewegung der Figurenachse mit zwei Freiheitsgraden um einen zentralen Schwenkpunkt zulassenden Weise in einem Gehäuse gelagert ist,

einen gehäusefest in dem zentralen Schwenkpunkt angeordneten Detektor,

ein auf dem Kreiselrotor angeordnetes optisches System, durch welches ein im Unendlichen liegendes Suchergesichtsfeld als Gesichtsfeldbild in der Ebene des Detektors abgebildet wird,

Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen Gesichtsfeldbild und Detektor,

eine Signalauswerteschaltung, auf welche die Detektorsignale aufgeschaltet sind und welche zur Erzeugung von Nachführsignalen nach Maßgabe der Zielablage eingerichtet ist,

Mittel zur Erzeugung einer Präzessionsbewegung des Kreiselrotors, auf welche die Nachführsignale aufgeschaltet sind, um den Kreiselrotor einem Ziel nachzuführen, und

Lagefühler, welche auf die Winkellage der Figurenachse des Kreiselrotors relativ zum Gehäuse ansprechen,
dadurch gekennzeichnet, daß

a) als Mittel zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen Gesichtsfeldbild und Detektor (24) ein auf den Kreiselrotor (16) wirkender Drehmomenterzeuger (40) vorgesehen ist, der von Abtastsignalen eines Abtastsignalgenerators (76) beaufschlagt ist und Drehmomente auf den Kreiselrotor (16) ausübt, unter deren Einfluß der Kreiselrotor (16) eine das Suchergesichtsfeld abtastende Bewegung ausführt,

b) die aus dieser Bewegung resultierenden Signale der Lagefühler (42, 44) über eine Rückführschleife (80) auf den Drehmomenterzeuger (40) aufgeschaltet sind, und

c) die Signale der Lagefühler (42, 44) zusammen mit den Detektorsignalen auf die Signalauswerteschaltung (60) zur Erzeugung der Nachführsignale auf geschaltet sind.

2. Zielsuchvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastsignalgenerator (76) Signale unterschiedlicher Polarität erzeugt, deren Mittelwert null ist.

3. Zielsuchvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastsignalgenerator (76) zur Erzeugung eines kurzzeitigen Abtastsignals zu Beginn jeder Abtastperiode eingerichtet ist, durch welches der Kreiselrotor (16) aus einer stationären Lage (82) auslenkbar und zu einer kreisenden Bewegung seiner Figurenachse (34) anregbar ist, wobei der Kreiselrotor (16) gedämpft auf einer Spiralbahn in die stationäre Lage (82) zurückkehrt.

4. Zielsuchvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß von den Lagefühlern (42, 44) über die Rückführschleife (80) ein definiertes Dämpfungssignal auf den Drehmomenterzeuger (40) aufschaltbar ist.

5. Zielsuchvorrichtung nach Anspruch 2, da-

b)