DE3208882C1

DE3208882C1 - Goniometer

Info

Publication number: DE3208882C1
Application number: DE19823208882
Authority: DE
Inventors: Volkmar Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 8011 Vaterstetten Held
Original assignee: ESG ELEKTRONIK SYSTEM GmbH
Current assignee: ESG ELEKTRONIK SYSTEM GmbH
Priority date: 1982-03-11
Filing date: 1982-03-11
Publication date: 1983-07-07

Abstract

In order to measure the angle ( epsilon p) between the swivelling axis (13) of a measuring platform (11) swivellably held on an instrument platform (1) and a plane that is axially normal to an axis of rotation (3) of the instrument platform (1), it is proposed to hold on the instrument platform (1) a gyroscopic measuring instrument (9) which upon rotation of the instrument platform (1) generates a signal proportional to the angular velocity component in the direction of the swivelling axis (13). A quotient circuit forms the ratio of the signal from the gyroscopic measuring instrument (9) to a signal that is proportional to the angular velocity of the rotation of the instrument platform, and for its part generates a signal which corresponds to the angle ( epsilon p). The angle ( epsilon p) is displayed in a display device and/or stored in a non-erasable memory as correction value for a subsequent follow-up operation. Instead of the quotient circuit, an integration device can integrate the signal from the gyroscopic measuring instrument (9) over a prescribed rotational angle of the instrument platform (1). The integration device is preferably formed by a follow-up circuit for the measuring platform (11) which is controlled by the gyroscopic measuring instrument. <IMAGE>

Description

Unter einem ersten Aspekt wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Geräteplattform ein Kreiseimeßgerät gehalten ist, das bei Drehung der Geräteplattform ein der Winkelgeschwindigkeitskomponente in Richtung der Schwenkachse proportionales Signal erzeugt, daß eine Quotientenschaltung ein vom Verhältnis des Signals des Kreiselmeßgeräts zu einem der Winkelgeschwindigkeit der Geräteplattformdrehung proportionalem Signal abhängiges Signal erzeugt, welches dem zu messenden Winkel entspricht und daß das dem Winkel entsprechende Signal einer Anzeigeeinrichtung und/oder einem Signal-Dauerspeicher zuführbar ist. Die Komponente der auf die Drehung der Geräteplattform zurückzuführenden Winkelgeschwindigkeit in Richtung der Schwenkachse ist proportional zum Sinus des zu messenden Winkels bzw. für kleine zu messende Winkel unmittelbar dem Winkel proportional. Die Anzeigeeinrichtung zeigt das dem Winkel entsprechende Signal an bzw. dieses Signal wird in einem Signal-Dauerspeicher zur Korrektur des Betriebs von Nachführ-Servoantrieben oder der Feuerleitanlage gespeichert Zur Erhöhung der Genauigkeit, mit der der Winkel gemessen wird, können mehrere Messungen aufeinanderfolgend unter Mittelwertbildung durchgeführt werden. According to the invention, this object is thereby achieved in a first aspect solved that a circular measuring device is held on the device platform, which upon rotation the device platform and the angular velocity component in the direction of the pivot axis proportional signal generates that a quotient circuit is a ratio of the Gyroscope signal to one of the angular velocity of the device platform rotation proportional signal generated dependent signal, which corresponds to the angle to be measured corresponds and that the signal corresponding to the angle of a display device and / or can be fed to a permanent signal memory. The component of the rotation the device platform due to the angular velocity in the direction of the pivot axis is proportional to the sine of the angle to be measured or for small angles to be measured Angle directly proportional to the angle. The display device shows this to the Angle corresponding signal to or this signal is in a signal permanent memory to correct the operation of tracking servo drives or the fire control system stored To increase the accuracy with which the angle is measured, you can several measurements can be carried out in succession with averaging.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung, der bereits von sich aus genauere Ergebnisse liefert, ist dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Quotientenschaltung der vorstehend erläuterten Aufgabenlösung eine Integrationseinrichtung vorgesehen ist, die das Signal des Kreiselmeßgeräts zur Bildung eines dem zu messenden Winkel entsprechenden Signals über einen vorgegebenen Drehwinkel der Geräteplattform integriert Bei kleinen zu messenden Winkeln repräsentiert in dieser Ausführungsform -das Ausgangssignal des Integrators unmittelbar den zu messenden Winkel. A second aspect of the invention that is already more precise in itself Provides results is characterized in that instead of the quotient circuit an integration device is provided for the solution of the problem explained above is the signal from the gyroscope to form an angle to be measured corresponding signal integrated over a predetermined angle of rotation of the device platform In the case of small angles to be measured, -represents the output signal in this embodiment of the integrator directly the angle to be measured.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der letztgenannten Lösungsversion besteht darin, daß die Meßplattform mittels eines von dem Kreiselmeßgerät gesteuerten Servoantriebs bezüglich der Schwenkachse lagestabilisiert ist und daß ein Winkelgeber vorgesehen ist, der bei Drehung der Geräteplattform um den vorgegebenen Drehwinkel ein vom servogetriebenen Schwenkwinkel der Meßplattform abhängiges Signal erzeugt Auf diese Weise kann ein insbesondere bei der automatischen Nachführung von Waffen ohnehin vorhandener Servoantrieb der Meßplattform zur Integration mit ausgenutzt werden. Die Geräteplattform wird zusammen mit der mittels des Servoantriebs auf eine willkürliche Schwenkposition lagestabilisierten Meßplattform gedreht. Das während der Drehung von dem Kreiselmeßgerät für die Winkelgeschwindigkeitskomponente in Richtung der Schwenkachse erzeugte Servo-Fehlersignal verstellt hierbei die Meßplattform. Der Winkel, um den der Servoantrieb die Meßform nach Durchlaufen eines Drehwinkels von 360 verstellt hat, repräsentiert den zu messenden Winkel. There is a preferred embodiment of the last-mentioned version of the solution in that the measuring platform by means of a servo drive controlled by the gyroscope is position-stabilized with respect to the pivot axis and that an angle encoder is provided is that when rotating the device platform by the specified angle of rotation from The servo-driven swivel angle of the measuring platform generates a dependent signal on this This can be a particular way of automatically tracking weapons anyway existing servo drive of the measuring platform can be used for integration. The device platform is set to an arbitrary one by means of the servo drive Pivoting position stabilized measuring platform rotated. That during the rotation from the gyro for the angular velocity component in the direction of the The servo error signal generated by the swivel axis adjusts the measuring platform. Of the Angle by which the servo drive moves the measurement form after passing through a rotation angle of 360 has moved represents the angle to be measured.

Die Geräteplattform wird bevorzugt mittels einer Antriebsvorrichtung mit konstanter Drehgeschwindigkeit über einen Drehwinkel von 360" in beiden Drehrichtungen angetrieben. Bei Integration über eine volle Umdrehung der Geräteplattform werden Fehlereinflüsse aufgrund der Erddrehgeschwindigkeit eliminiert Durch Differenzbildung der in entgegengesetzten Drehrichtungen über 360" gemessenen Winkel, lassen sich Driftfehler des Kreiselmeßgeräts eliminieren. The device platform is preferably by means of a drive device with constant rotation speed over a rotation angle of 360 "in both directions of rotation driven. When integrated over a full rotation of the device platform Influences of errors due to the earth's rotation speed eliminated by forming the difference the angle measured in opposite directions of rotation over 360 "can be Eliminate gyro meter drift errors.

Weitere Fehler können entstehen, wenn die Kreiselmeßachse nicht identisch mit der Schwenkachse der Meßplattform ist. Um derartige Fehler eliminieren zu können, ist die Meßplattform bevorzugt zusätzlich um wenigstens 1800 um eine zur Schwenkachse senkrechte Drehachse relativ zur Geräteplattform schwenkbar. Die beiden vorstehend erläuterten, in entgegengesetzten Drehrichtungen der Geräteplattform erfolgenden, vollen Meßumdrehungen werden für zwei Meßplattformstellungen durchgeführt, für die die Meßplattform um 1800 um ihre zusätzliche Drehachse gedreht wurde. Further errors can arise if the gyro measuring axis is not identical with the pivot axis of the measuring platform. To be able to eliminate such errors, the measuring platform is preferably additionally by at least 1800 about a pivot axis vertical axis of rotation pivotable relative to the device platform. The two above explained, taking place in opposite directions of rotation of the device platform, full measuring revolutions are carried out for two measuring platform positions for the measuring platform was rotated around its additional axis of rotation by 1800.

Ausführungsformen der Erfindung werden bevorzugt in Verbindung mit automatischen Waffennachführsystemen benutzt Um die Elevationsachse der Zieloptik solcher Waffen nicht mechanisch zur Schildzapfenachse der Waffe parallel ausrichten zu müssen, ist bevorzugt vorgesehen, daß eine Korrektureinrichtung den durch Parallelitätsfehler der Schildzapfenachse und der Elevationsachse hergerufene Azimutfehler (Lotablauffehler) der Waffennachführung abhängig von dem Signal des Signal-Dauerspeichers korrigiert. Embodiments of the invention are preferred in connection with Automatic weapon tracking systems used around the elevation axis of the target optics Do not align such weapons mechanically parallel to the trunnion axis of the weapon to have to, it is preferably provided that a correction device eliminates the parallelism errors azimuth errors caused by the trunnion axis and the elevation axis (plumb line error) of weapon tracking corrected depending on the signal from the signal memory.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung des Turms eines Panzers mit darauf montierter Waffe und Periskop und F i g. 2 von Vektordiagramm zur Erläuterung der Winkelgeschwindigkeitsverhältnisse bei Drehung des Turms. In the following, an embodiment of the invention will be based on Drawings are explained in more detail. It shows F i g. 1 is a schematic representation of the turret of a tank with a weapon and periscope mounted on it, and F i g. 2 of Vector diagram to explain the Angular velocity ratios during rotation of the tower.

In F i g. list ein Turm 1 eines Panzers dargestellt, der um eine im wesentlichen vertikale Turmdrehachse 3 drehbar ist. Auf dem Turm ist eine Waffe 5 um ihre Schildzapfenachse 7 in Elevationsrichtung schwenkbar gelagert. Der Turm 1 trägt ferner ein allgemein mit 9 bezeichnetes Periskop, dessen Zieloptik 11 um eine Elevationsachse 13 und um eine dazu senkrechte Drehachse 15 schwenkbar ist. Jede der Achsen 13, 15 des Periskops 9 ist mit einem Winkelgeber 17 gekuppelt, von denen lediglich der Winkelgeber der Elevationsachse 13 dargestellt ist Ein Kreiselgerät 19, welches Drehgeschwindigkeitskomponenten in Richtung der Elevationsachse 13 und einer dazu senkrechten Achse mißt, führt über Servosteuerungen die Sichtlinie des Periskops 9 nach, so daß unabhängig von der räumlichen Lage und der Bewegung des Turms 1 die Zieloptik 11 in einer vorgegebenen räumlichen Ausrichtung gehalten wird. Der Winkelgeber 17 der Elevationsachse 13 steuert einen Servokreis für die Schildzapfenachse 7 der Waffe 5, der die Waffe 5 in Elevationsrichtung parallel zur Zieloptik des Periskops 9 nachführt. Der Winkelgeber der Drehachse 15 steuert den Antrieb des Turms 1 um die Turmdrehachse 3, so daß die Waffe 5 auch in horizontaler Richtung der Zieloptik 11 nachgeführt wird Die Schildzapfenachse 7 ist in aller Regel nicht achsnormal zur Turmdrehachse 3 ausgerichtet, sondern schließt zu einer achsnormalen Ebene der Turmdrehachse 3 einen Winkel 5t ein. Die Elevationsachse 13 schließt zu einer achsnormalen Ebene der Turmdrehachse 3 einen Winkel 5p ein, der in aller Regel vom Winkel St abweicht Ohne zusätzliche Korrekturmaßnahmen ergeben sich bei unterschiedlichen Winkeln 5p und Et Azimutalfehler zwischen der Waffe 5 und der Zieloptik 11, wenn die Elevationsrichtung des Periskops 9 und damit die Elevationsrichtung der Waffe 5 geändert wird. In Fig. list shows a turret 1 of a tank that is around a essentially vertical tower axis of rotation 3 is rotatable. There's a gun on the tower 5 mounted pivotably about its trunnion axis 7 in the elevation direction. The tower 1 also carries a periscope, generally designated 9, around which target optics 11 are an elevation axis 13 and is pivotable about an axis of rotation 15 perpendicular thereto. Each of the axes 13, 15 of the periscope 9 is coupled to an angle encoder 17, from which only the angle encoder of the elevation axis 13 is shown. A gyroscope 19, which rotational speed components in the direction of the elevation axis 13 and measures an axis perpendicular to it, guides the line of sight of the via servo controls Periscope 9 according to, so that regardless of the spatial location and the movement of the Tower 1, the target optics 11 is held in a predetermined spatial orientation. The angle encoder 17 of the elevation axis 13 controls a servo circuit for the trunnion axis 7 of the weapon 5, which the weapon 5 in the elevation direction parallel to the target optics of the Periscope 9 tracks. The angle encoder of the axis of rotation 15 controls the drive of the Tower 1 around the tower axis of rotation 3, so that the weapon 5 also in the horizontal direction the target optics 11 is tracked. The trunnion axis 7 is usually not aligned axially normal to the tower rotation axis 3, but closes to an axially normal Plane of the tower axis of rotation 3 an angle 5t. The elevation axis 13 closes an axis-normal plane of the tower axis of rotation 3 an angle 5p, which as a rule deviates from the angle St Without additional corrective measures, different Angles 5p and Et azimuthal error between the weapon 5 and the target optics 11, if the direction of elevation of the periscope 9 and thus the direction of elevation of the weapon 5 is changed.

Der Winkel St der Schildzapfenachse 7 wird üblicherweise beim Bau des Panzers ermittelt und liegt fest. Das Periskop 9 hingegen muß zu Wartungszwecken oder dergleichen oftmals entnommen werden, so daß der Winkel 5p variieren kann. The angle St of the trunnion axis 7 is usually used in construction of the tank is determined and is fixed. The periscope 9, however, must for maintenance purposes or the like are often removed so that the angle 5p can vary.

Der Winkel 5p läßt sich aufgrund folgender Beziehung ermitteln: P = )T' Sin£p (1) Hierbei bedeutet wt die Winkelgeschwindigkeit, mit der der Turm 1 um seine Turmdrehachse 3 gedreht wird. The angle 5p can be determined from the following relationship: P =) T 'Sin £ p (1) Here wt means the angular velocity with which the tower 1 is rotated about its turret axis of rotation 3.

ist ist die Komponente der Winkelgeschwindigkeit des Turms in Richtung der Elevationsachse 13 des Periskops 9. Wie das in Fig.2 dargestellte Vektordiagramm der Winkelgeschwindigkeiten zeigt, ist die Winkelgeschwindigkeitskomponente æp proportional dem Sinus des gesuchten Neigungswinkels £p Da der Winkel so sehr klein ist, kann er näherungsweise aus dem Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten ermittelt werden: Bp # P, (2) OT' Der Winkel Bp kann genauer ermittelt werden, wenn ausgehend von Gleichung 1 das Integral der Winkel geschwindigkeitskomponente t9p gebildet wird. Es gilt: Io,dt(3) s dDTdt (3) Der Winkel £p läßt sich mit der vorstehend erläuterten Nachführanordnung in folgender Weise ermitteln. Das Periskop 9 wird bezüglich seiner Drehachse 15 blockiert. Dann wird der Turm 1 mit konstanter Drehgeschwindigkeit um 360" um seine Turmdrehachse 3 gedreht. Das Kreiselgerät 19 der Elevationsachse 13 gibt während der Umdrehung des Turms 1 ein Fehlersignal ab, welches der Winkelgeschwindigkeitskomponente o, proportional ist. Die Lagesteuerung der Elevationsachse 13 wird durch dieses Signal kontinuierlich verstellt Nach der vollständigen Umdrehung wurde die Elevationsachse 13 um den Winkel £p/21; geschwenkt. Der Winkelgeber 17 der Elevationsachse 13 gibt an eine Anzeigeeinrichtung ein den Schwenkwinkel BP repräsentierendes Signal ab, an der es abgelesen und zur Justierung des Periskops 9 herangezogen werden kann.is is the component of the angular velocity of the tower in the direction the elevation axis 13 of the periscope 9. Like the vector diagram shown in FIG which shows angular velocities, the angular velocity component æp is proportional the sine of the desired angle of inclination £ p Since the angle is so very small, can it can be determined approximately from the ratio of the angular velocities: Bp # P, (2) OT 'The angle Bp can be determined more precisely if starting from Equation 1 the integral of the angular velocity component t9p is formed. The following applies: Io, dt (3) s dDTdt (3) The angle £ p can be compared with the above Determine the tracking arrangement explained in the following way. The periscope 9 is blocked with respect to its axis of rotation 15. Then the tower 1 is rotating at a constant speed rotated 360 "around its tower axis of rotation 3. The gyro device 19 of the elevation axis 13 emits an error signal during the rotation of the tower 1, which is the angular velocity component o, is proportional. The position control of the elevation axis 13 is through this Signal continuously adjusted After the complete revolution, the elevation axis was 13 at the angle £ p / 21; panned. The angle sensor 17 of the elevation axis 13 is there a signal representing the swivel angle BP to a display device, from which it can be read and used to adjust the periscope 9.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß das den Winkel BP repräsentierende Signal in einen Dauerspeicher eingeschrieben wird, in dem es für den späteren Nachführbetrieb, bei dem die Waffe 5 der Lage der Zieloptik 11 nachgeführt wird, zur Korrektur des Azimutalfehlers gespeichert wird. Furthermore, it can be provided that the one representing the angle BP Signal is written into a permanent memory, in which it is necessary for the subsequent tracking operation, in which the weapon 5 is tracked to the position of the target optics 11 to correct the Azimuthal error is saved.

Der Winkel £p kann anteilig auch durch kleinere Drehwinkel des Turms 1 ermittelt werden. Der Drehwinkel von 360" ist jedoch bevorzugt, da auf diese Weise der Einfluß der Erddrehgeschwindigkeit auf das Signal des Elevationskreisels eliminiert wird. Zur Eliminierung der Kreiseldriftfehler wird der Winkel 5P einmal bei einer Drehung des Turms 1 im Uhrzeigersinn und einmal gegen den Uhrzeigersinn ermittelt Kreiseldriftfehler werden durch Differenzbildung der ermittelten Winkelwerte kompensiert Schließlich können Kreiseleinbaufehler an dem Periskop auftreten. Kreiseleinbaufehler ergeben sich, wenn die Kreiselmeßachse des Elevationskreisels nicht identisch mit der Elevationsachse 13 des Periskops ist. Derartige Fehler lassen sich eliminieren, indem vier Messungen durchgeführt werden, wobei die Zieloptik il entweder parallel zum Rohr der Waffe 5 oder um 1800 um die Achse 15 geschwenkt ist und jeweils eine Messung bei Drehung des Turms 1 im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn durchgeführt wird. The angle £ p can also be proportionately due to smaller angles of rotation of the tower 1 can be determined. However, the angle of rotation of 360 "is preferred as doing this the influence of the rotational speed of the earth on the signal of the elevation gyro eliminated will. To eliminate gyro drift errors, the angle is 5P once at a Rotation of tower 1 clockwise and once counterclockwise determined Gyro drift errors are compensated for by calculating the difference between the determined angle values Finally, gyro installation errors can occur on the periscope. Gyro installation fault arise when the gyro measuring axis of the elevation gyro is not identical to is the elevation axis 13 of the periscope. Such errors can be eliminated, by performing four measurements with the aiming optics il either parallel is pivoted to the barrel of the weapon 5 or 1800 about the axis 15 and each one Measurement carried out with the rotation of the tower 1 clockwise and counterclockwise will.

Claims

Claims: 1. Device for measuring the angle (Ep) between the pivot axis (13) of a measuring platform pivotably held on a device platform (1) (11) and a plane normal to the axis of a rotation axis (3) of the device platform (1), characterized in that on the device platform (1) or the measuring platform (11) a gyroscope (9) is held, which when the device platform (1) is rotated the angular velocity (p) in the direction of the pivot axis (13) proportional signal produces that a quotient circuit is a ratio of the signal from the gyroscope (9) to one of the angular velocity (wT) of the device platform rotation proportional Signal-dependent signal generated, which corresponds to the angle to be measured (8p) and that the signal corresponding to the angle (ep) is provided by a display device and / or can be fed to a permanent signal memory 2. Device for measuring the angle (£ p) between the pivot axis (13) a pivotably held on a device platform (1) Measuring platform (11) and one to an axis of rotation (3) of the device platform (1) normal to the axis Level, characterized in that on the device platform (1) or the measuring platform (11) a gyroscope (9) is held, which when the device platform (1) is rotated one of the angular velocity component (a) p) in the direction of the pivot axis (13) proportional signal that an integrator generates the signal from the gyroscope (9) to generate a signal corresponding to the angle (ep) to be measured via a predetermined angle of rotation of the device platform (1) integrated and that the angle (sp) corresponding signal from a display device and / or a signal permanent memory 3. Device according to claim 2, characterized in that the measuring platform (11) by means of a servo drive controlled by the gyroscope (19) the pivot axis (13) is stabilized in position and an angle encoder (17) is provided, the pivot angle when the device platform (1) is rotated by the specified angle of rotation the servo-driven measuring platform (11) generates a dependent signal, 4th device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the device platform by means of a drive device with constant rotational speed via a Rotation angle of 360 "can be driven in both directions of rotation. 5. Device according to Claim 4, characterized in that the measuring platform (11) additionally by at least 1800 about an axis of rotation (15) perpendicular to the pivot axis (13) relative to the device platform (1) is pivotable 6. Device according to one of the preceding claims, wherein the device platform as a mount that can be rotated about a substantially vertical axis of rotation (1) a weapon (5) is formed, the measuring platform around one to the approximately horizontal Trunnion axis (7) of the weapon (5) at least approximately parallel elevation axis (13) is pivotable and a target device (11), in particular a periscope optics or wears an optronic device, and wherein an elevation angle encoder (17) elevation pivoting movements the target optics (11) relative to the mount (1) via a weapon servo drive on the Weapon (5) transmits, characterized in that a correction device through the Parallelism errors of the trunnion axis (7) and the elevation axis (13) caused Azimuth error of the weapon tracking depending on the signal of the signal permanent memory corrected.

The invention relates to a device for measuring the angle between the pivot axis of a measuring platform pivotably held on a device platform and a plane normal to the axis of rotation of the device platform.

With automatically position-controlled weapons, such as. B. the cannon one Tank, the elevation direction of the weapon is determined by means of a servo device of the aiming direction tracked by a periscope. The target optics of the periscope is measured using a gyroscope position stabilized so that pivoting movements of the weapon mount on which the periscope is mounted, must be compensated.

Becomes the direction of elevation of the periscope and thus the direction of elevation changed the weapon, there will be azimuthal errors between the aiming direction of the Periscope and the direction of the weapon if the elevation axis of the periscope and the The trunnion axis of the weapon are not aligned exactly parallel to one another.

The alignment methods used so far were based on optical measurements, which were extremely time consuming and tedious.

The object of the invention is to show a way of how the angle between the pivot axis of a measuring platform, for example the elevation axis a periscope and one to the axis of rotation of an equipment carrier, for example one Weapon mount normal to the axis plane with little technical effort and in extremely can be measured in a short time. In particular, already existing, z. B. Devices intended for fire control can also be used.