DE3214604A1

DE3214604A1 - Verfahren und vorrichtung zur nachlaufregelung eines geschuetzes nach einem zielfernrohr

Info

Publication number: DE3214604A1
Application number: DE19823214604
Authority: DE
Inventors: Jacques 922240 Malakoff Bourger; Michel 27600 Port-Mort Letellier; Patrick 78350 Jouy-en-Josas Michon; Patrick 78150 Le Chesnay Nicolas
Original assignee: Direction General pour lArmement DGA; Etat Francais
Current assignee: Giat Industries SA
Priority date: 1981-04-24
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1982-11-25
Also published as: DE3214604C2; FR2504668A1; FR2504668B1

Description

&PABTNER

Patentanwälte»·* · *· European <■ PateifA Attorneys 3214604

München η Stuttgart

20. April 1982

L'Etat Francais represents par Ie
Delegue General pour l'Armement
14, rue Saint-Dominique
75997 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen: E 1093

Verfahren und Vorrichtung zur Nachlaufregelung eines Geschützes nach einem Zielfernrohr

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nachlaufregelung eines Geschützes nach einem Zielfernrohr und befaßt sich mit dem Problem, die Achse eines Geschützrohres bzw. die Abschußlinie parallel zu der durch ein Zielfernrohr bestimmten Visierachse auszurichten.

Die Bedienung eines Geschützes, insbesondere einer Panzerkanone, erfordert eine genaue Kenntnis der Richtung des Anfangsgeschwindigkeitsvektors des abgeschossenen Geschosses. Diese Richtung hängt von der Mündung bzw. vom Rohr des Geschützes ab. Das zugeordnete Zielfernrohr kann an der Rohrwiege des Geschützes befestigt sein, und die Visierachse wird zuvor auf bekannte Weise nach der Abschußlinie ausgerichtet. Wenn das Geschütz als unendlich starr angenommen wird, so kann die Parallelität der Achsen durch

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herkömmliche Ausfluchtungsverfahren erzielt werden.

In der Praxis wird jedoch festgestellt, daß die Ausfluchtung nicht genau ist, denn das Geschützrohr erfährt unter dem Einfluß verschiedener Faktoren eine Krümmung, insbesondere aufgrund von Temperatureinflüssen, die durch Abgabe von Schußsalven, Sonnenbestrahlung usw. bedingt sind. Ähnliche Effekte treten auf, wenn das Zielfernrohr sich in bezug auf das Geschütz verlagert, z.B. unter der Einwirkung des Rückstoßes, der Strukturdeformierungen verursacht. Daraus ergibt sich ein Zielfehler des Geschützes mit der Folge von Abschußfehlern in der Größenordnung von 1 bis 2 Milliradian.

Es wurden bereits zahlreiche Anordnungen vorgeschlagen, um diese Fehler zu korrigieren, jedoch ist es bisher nicht gelungen, bei der Nachlaufregelung des Geschützes automatisch den Winkelabstand zwischen der wirklichen Richtung der Abschußachse und der ursprünglichen Richtung zu berücksichtigen. Es ist auch bereits eine Anordnung bekannt, bei der eine punktförmige Marke Anwendung findet, die sich an dem Geschützrohr befindet. Die Ausfluchtung ist genau, wenn das Bild dieser Marke im Zielfernrohr mit einem Fadenkreuz zusammenfällt. Nachteilig ist bei dieser Anordnung jedoch, daß die Ausfluchtung von der Sehschärfe einer Person abhängt, so daß die Genauigkeit auch im günstigsten Falle begrenzt ist. Darüber hinaus ist der Ausfluchtvorgang zeitaufwendig, da die Ausfluchtung zunächst ausgemessen und dann korrigiert werden muß.

In der FR-PS 2 045 524 ist eine Vorrichtung zur überwachung der Biegung eines Geschützrohres bekannt, bei der ein Sender ein paralleles Lichtbündel auf einen Spiegel wirft, der sich auf dem Geschützrohr befindet, wobei ein Empfänger das von dem Spiegel reflektierte Bündel empfängt. Der Empfänger liefert die Winkelabweichung zwischen dem Geschützrohr und dem Sender und macht sie entweder auf

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einem Bildschirm oder in Form eines elektrischen Signals ablesbar. Der Meßwert der Abweichung wird jedoch nicht verwendet, um die Achse des Zielfernrohres, von dem nicht die Rede ist, der Abschußachse nachzuregeln. Bei der bekannten Vorrichtung werden auch nicht die unvorhersehbaren Relativbewegungen zwischen dem Sender und Empfänger berücksichtigt, die voneinander getrennt bleiben.

In der US-PS 4 020 739 ist eine Anordnung beschrieben, bei der eine Diode 24 ein Lichtbündel auf einen Spiegel 10 wirft, der auf dem Geschützrohr befestigt ist. Das reflektierte Lichtbündel 22b wird nach Durchqueren einer Kollimatorlinse 30, Reflexion an einem Spalt 28 und Durchgang durch ein Filter 32 von einem Spiegel 40 zu einem Detektor 25 zurückgelenkt. Der Detektor 25 gibt ein elektrisches Signal ab, das von der Höhen- und Seitenwinkelbewegung des Geschützrohres abhängt. Das Signal wird an eine Schaltung 70 angelegt, welche die Bewegung des Fadenkreuzes 80 des Zielfernrohres 18 steuert. Es ist leicht einzusehen, daß die Messung der Winkelabweichung genau sein muß, so daß eine sehr hoch auflösende Fotodiodenmatrix verwendet werden muß; ferner muß eine Nachlaufregelung für das Fadenkreuz vorgesehen sein. Es wird also eine Messung des Absolutwertes der Winkelabweichung vorgenommen, wobei der Meßwert an der Matrix abgelesen wird.

In der US-PS 4 142 779 ist eine ähnliche Anordnung beschrieben, bei der das reflektierte Lichtbündel zu einem Prisma 9 gelenkt wird (wobei dieses Prisma auch für den Visiervorgang verwendet wird), anschließend zum Objektiv 14 des Zielfernrohres und schließlich zu einem Fadenkreuz 27 abgelenkt wird. Die Korrektur erfolgt manuell durch eine Person, die vor dem Abschuß das Fadenkreuz 6 des Zielfernrohres so bewegt, daß es mit dem anderen Fadenkreuz 27 zusammenfällt.

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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Ausfluchten der Abschußachse eines Geschützes mit der durch ein Zielfernrohr gegebenen Visierachse, durch die unabhängig von den herkömmlichen Korrekturen hinsichtlich Parametern wie klimatische Verhältnisse, Wind, Schiefheit des Geschützrohres, mehr oder weniger schnelle Bewegung des Ziels und Zielentfernung, eine automatische Korrektur der verschiedenen Bewegungen oder Deformierungen des Geschützes selbst erfolgt.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur automatischen Nachlaufregelung der Abschußachse eines Geschützes zur Visierachse, die durch ein am Geschützaufbau befestigtes Zielfernrohr bestimmt ist, geschaffen, bei dem ein autokollimiertes Lichtbündel auf einen Spiegel geworfen wird, der auf dem Geschützrohr angeordnet ist, dann die Winkelabweichung zwischen dem ausgesandten und dem reflektierten Lichtbündel ermittelt wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß in einer Regelschleife eine zugleich auf dem optischen Weg des ausgesandten Lichtbündels und des reflektierten Lichtbündels und auf der Visierachse angeordnete Ablenkeinrichtung, eine Einrichtung zum Messen der Winkelabweichung und Mittel verwendet werden, die es gestatten, die Winkelabweichung zum Verschwinden zu bringen und eine Bewegung der Ablenkeinrichtung zu steuern.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt Mittel zum Aussenden eines Lichtbündels, die in der Nähe

der Zielfernrohrs angeordnet sind, einen mit dem Geschützen

rohr fest verbundenen Spiegel, an dem das Lichtbündel reflektiert wird, wobei die Geschützrohrachse mit der Abschußachse zusammenfällt, eine Einrichtung zum Empfangen des von dem Spiegel reflektierten Lichtes, die ein Signal abgibt, das proportional der Winkelabweichung zwi-

sehen der Visierachse und der Geschützrohrachse ist, und eine Ablenkeinrichtung, die zwischen dem Spiegel und dem Autokollimator angeordnet und mit dem Zielfernrohr fest

verbunden ist, um die Visierachse um einen Wert zu verschieben, der gleich der gemessenen Abweichung zwischen der Visierachse und der Abschußachse ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die das Lichtbündel aussendende Einrichtung ein kollimierter Sender, und die Empfangseinrichtung ist ein Nulldetektor .

Der kollimierte Sender ist starr an dem Zielfernrohr befestigt.

Ferner sind bei der bevorzugten Ausführungsform der kollimierte Sender und der Nulldetektor in das Zielfernrohr integriert, wobei das ausgesandte Lichtbündel und das reflektierte Lichtbündel das Eintrittsfenster des Zielfernrohres durchqueren.

Der kollimierte Sender und der Nulldetektor bilden einen Autokollimator, der ferner eine Mischeinrichtung und eine reflektierende dichroitische Platte enthält.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sender aus einer Diode gebildet, die im Infrarotbereich aussendet, während der Detektor eine Vierquadrantendiode ist.

Die Vorrichtung ist ferner gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform mit einem Differentialautokollimator versehen, der zwischen dem mit einer Platte fest verbundenen Zielfernrohr und dem Spiegel angeordnet und an der Struktur befestigt ist, die die Platte mit dem Geschützrohr verbindet. Ein zweiter Spiegel ist an der Platte befestigt, um das von dem Geschützrohrspiegel reflektierte Lichtbündel zu dem Autokollimator zurückzuwerfen. Der Autokollimator mißt die relativen Winkelbewegungen zwischen dem mit der Platte fest verbundenen Spiegel und dem Geschützrohrspiegel .

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Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Zielkorrektur automatisch und ohne Mitwirkung von Personen erfolgt.

Durch die Erfindung wird folglich die Zielgenauigkeit verbessert, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, daß bereits der erste Schuß trifft.

Beim Abgeben von wiederholten Schüssen wird durch die Erfindung eine Korrektur unmittelbar vor jedem Abschuß mit hoher Genauigkeit gewährleistet.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Aufriß einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 2 eine Draufsicht der Vorrichtung;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zum Messen der Winkelabweichung;

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer Folgeregelung, die eine Berücksichtigung der gemessenen Winkelabweichung ermöglicht; und

Fig. 5 und 6

^O andere Ausführungsformen der in Fig. 1 gezeigten

Vorrichtung.

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Gemäß der Erfindung wird ein Spiegel auf dem Geschützrohr befestigt, und mittels eines Autokollimators werden die Winkelveränderungen in bezug auf die Senkrechte zu dem Spiegel ermittelt. In den Figuren 1 und 2 ist schematisch das Aufsetzen der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf ein Geschütz gezeigt, das auf einem Geschützturm aufgebaut ist, wovon nur die Abdeckung 1 gezeigt ist. Auf dem Geschütz 1a ist ein Spiegel 2 am Geschützrohr 3 über einer Halterung 4 befestigt. Die Halterung 4 enthält eine Platte 5, auf der der Spiegel montiert ist, und eine Spannschelle 6 zum Aufspannen auf das Geschützrohr, dessen Achse 7 eingezeichnet ist. Der Spiegel 2 ist in bezug auf die Platte 5 so eingestellt, daß seine Senkrechte parallel zu dem ausgesandten Lichtbündel ist, wenn das Geschützrohr im Ruhezustand ist. Ein Zielfernrohr 8 ist in herkömmlicher Weise fest mit einer Platte verbunden, die ihrerseits mit dem (nicht gezeigten) Gerüst des Geschützes verbunden ist. Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist in das Zielfernrohr ein Autokollimator 9 integriert, der ein codiertes Lichtbündel 10 zu dem Spiegel sendet. Z.B. wird eine auf der Wellenlänge 0,94 μπι aussendende Diode verwendet, die moduliert wird, um eine Synchrondetektion zu ermöglichen. Das ausgesandte Lichtbündel wird am Spiegel reflektiert und gelangt zu dem Zielfernrohr zurück, nachdem es dessen Eintrittsfenster durchquert hat. Der Autokollimator analysiert das reflektierte Lichtbündel und liefert in Form eines elektrischen Signals die Winkelabweichung zwischen der Senkrechten auf dem Spiegel und seiner eigenen Achse. Der Autokollimator ist ein Gerät, das auf dem Gebiet der optischen Messungen häufig verwendet wird. Es ist starr an dem Zielfernrohr" befestigt. Herkömmliche Mischsysteme ermöglichen es, die verschiedenen Lichtbündel durch das Fenster 11 hindurchzulassen. Das reflektierte Lichtbündel wird zu einem Empfänger gelenkt, bei dem es sich um einen bekannten Nulldetektor handelt, z.B. eine Vierquadrantendiode, eine

Schottky-diode oder eine Fotodiodenmatrix. Die Berücksichtigung der gemessenen Winkelabweichung kann auf verschiedene Weise erfolgen, wobei entweder eine automatische Korrektur durch Nachlaufregelung des Fadenkreuzes des Zielfernrohres oder eine Verschiebung der Visierlinie mittels eines Ablenkelementes vorgesehen ist.

In den Figuren 1 und 2 ist ferner ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, bei der die gemessene Winkelabweichung berücksichtigt wird.

Das reflektierte Lichtbündel gelangt zu dem Zielfernrohr zurück und durchquert zunächst ein Ablenkelement 12, das vor dem Autokollimator 9 angeordnet ist. Die Aufgabe dieses Ablenkelementes besteht darin, die Visierachse um die verschiedenen Zielablagen zu verstellen, die erforderlich sind, um einen Präzisionsschuß zu erreichen. Bei dieser Ausführungsform fällt das Objektiv des Autokollimators mit dem des Zielfernrohres zusammen. Dieses Objektiv wird wegen der Parallaxe am Rande des Feldes verwendet.

Die Lage der Senkrechten auf diesem Spiegel ist charakteristisch für die Krümmung bzw. Durchbiegung. Das reflektierte Lichtbündel bildet also einen Winkel mit dem Einfallsbündel, der doppelt so groß wie der Krümmungswinkel ist. Nach Durchqueren der Ablenkeinrichtung und des Objektivs wird das reflektierte Lichtbündel auf dem Empfänger

fokussiert.
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In Fig. 3 ist eine Vorrichtung zum Messen der Winkelabweichung zwischen der Abschußachse 7 und der Visierachse des Zielfernrohres 8 gezeigt, wobei von dem Zielfernrohr nur das feststehende Fadenkreuz 8a gezeigt ist. Das Einfallsbündel 13a wird von einer Diode 14 ausgesendet, durchquert einen Lummer-Kubus 15 und wird an einer dichroitischen Platte 16 reflektiert. Es durchquert dann

das Objektiv 17 des Zielfernrohres und die Ablenkeinrichtung 12, die aus zwei Prismen 12a und 12b mit geneigten Flächen gebildet ist. Nach Reflexion am Spiegel 2 durchquert das reflektierte Lichtbündel 13b wieder die Ablenkeinrichtung 12 und das Objektiv 17, wird an der Platte reflektiert und schließlich auf einer Vierquadrantendiode 18 fokussiert.

Diese Diode liefert ein elektrisches Signal, das dann in bekannter Weise eine Formgebung erfährt und auf einen Integrator gegeben wird, der die Verstellung der Ablenkeinrichtung steuert, um die Winkelabweichung zum Verschwinden zu bringen.

In Fig. 4 ist die Regelschleife für die Nachstellung der Ablenkeinrichtung 12 durch die Vierquadrantendiode gezeigt, die einen Summierer 18a enthält. Die Diode 18 mißt die Differenz zwischen dem Krümmungswinkel Δ des Geschützrohres und dem Ablenkwinkel a_D, der durch die Ablenkeinrichtung verursacht wird. Das elektrische Signal wird nach Durchlaufen einer Formgebungsschaltung an einen Integrator 19 angelegt, der eine weitere Ablenkung A-a„ der Ablenkeinrichtung 12 steuert, um das Signal an der Vierquadrantendiode zum Verschwinden zu bringen.

Auf diese Weise wird eine praktisch augenblickliche und automatische Korrektur der Ausfluchtung erreicht, wobei die Bedienungsperson sich passiv verhält. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein Geschütz mit sehr hoher Genauigkeit in der Größenordnung von 0,05 Milliradian nachgestellt werden.

Wie bereits erwähnt wurde, kann die Berücksichtigung der gemessenen Winkelabweichung durch eine in die Regelung einbezogene Nachstellung des Fadenkreuzes des Zielfernrohres erfolgen.

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-AO-

Bei einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung ist das Fadenkreuz in zwei zueinander senkrechten Richtungen durch ein Antriebssystem bewegbar. Die Lage des Fadenkreuzes kann durch Fühler festgestellt werden, z.B. durch Fotodiodenketten.

Bei einer zweiten Ausführungsform wird das Fadenkreuz projiziert. Eine kleine optische Ablenkeinrichtung (vom Prismen- oder Spiegeltyp), die sich im Projektionsweg des Fadenkreuzes befindet, verstellt das Bild desselben in der Brennebene des Zielfernrohres. Geeignete Fühler, die mit der Ablenkeinrichtung verbunden sind, ermöglichen eine Kontrolle der Lage des projizierten Fadenkreuzes.

In den Figuren 1 und 2 ist die Ablenkeinrichtung 12 zwischen dem Spiegel 2 und dem Autokollimator, also vor diesem, angeordnet. Die Ablenkeinrichtung kann jedoch auch hinter dem Autokollimator angeordnet werden, der dann sich zwischen dem Spiegel und der Ablenkeinrichtung befindet. Die Arbeitsweise der Ablenkeinrichtung ist dieselbe und erfordert keine weitere Veränderung der Vorrichtung.

In den Figuren 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, bei welcher der Autokollimator auf einem Träger befestigt ist, der von dem Zielfernrohr getrennt ist. Dabei wird ein Differentialautokollimator 20 verwendet, dessen Halterung mit der Abdeckung 1 des Geschützes 1a verbunden ist. Ein ^ zweiter Spiegel 22 ist an dem Zielfernrohr 8 befestigt und ermöglicht eine Kompensation der Relativbewegungen der verschiedenen Träger bzw. Halterungen. Auf diese Weise wird die Messung der Abweichung unabhängig von der Lage

der Trägerplatte des Autokollimators. 35

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Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung können bei allen Arten von Nachlaufregelungen zum Nachstellen eines Geschützes nach einem Visier Anwendung finden. Als Beispiel kann die DE-OS 21 43 871 genannt werden, wonach die Ablenkeinrichtung (3) in eine zweite Nachlaufregelung einbezogen ist, welche die oben beschriebenen Elemente der Erfindung enthält. Dabei werden ein gemeinsames Objektiv 17 (bzw. 19) und eine gemeinsame dichroitische Platte 16 (bzw. 11) verwendet. 10

4b

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Claims

Patentanwälte*-- ■ ^European 'ΡβΓβιΊΓ Attorneys 321 4604 München Stuttgart 20. April 1982 L'Etat Francais represents par Ie Delegue General pour l'Armement , rue Saint-Dominique 75996 PARI S / Frankreich Unser Zeichen: E 1093 Patentansprüche

1. Verfahren zur automatischen Nachlaufregelung der Abschußachse eines Geschützes nach der Visierachse, die durch ein auf dem Gerüst des Geschützes befestigtes Zielfernrohr bestimmt ist, bei welchem ein autokollimiertes Lichtbündel auf einen Spiegel geworfen wird, der auf dem Geschützrohr angeordnet ist, und dann die Winkelabweichung zwischen dem ausgesandten Lichtbündel und dem reflektierten Lichtbündel ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Regelschleife eine zugleich auf dem optischen Weg des ausgesandten Lichtbündels und dem optischen Weg des reflektierten Lichtbündels sowie auf der Visierachse angeordnete Ablenkeinrichtung, eine Einrichtung zum Messen der Winkelabweichung und Mittel verwendet werden, die es ermöglichen, die Winkelabweichung zum Verschwinden zu bringen, indem eine Verstellung der Ablenkeinrichtung gesteuert wird.

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2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zum Aussenden eines Lichtbündels, die in der Nähe des Zielfernrohres angeordnet sind, einen mit dem Geschützrohr fest verbundenen Spiegel, an dem das Lichtbündel reflektiert wird, wobei die Geschützrohrachse mit der Abschußachse zusammenfällt, eine Einrichtung zum Empfangen des an dem Spiegel reflektierten Lichtes und Erzeugen eines zu der Winkelabweichung zwischen der Visierachse und der Geschützrohrachse proportionalen Signals und eine zwischen dem Spiegel und dem Autokollimator angeordnete Ablenkeinrichtung umfaßt, die mit dem Zielfernrohr fest verbunden ist, um die Visierachse um einen Wert zu verstellen, der gleich der gemessenen Ablage zwischen der Visierachse und der Abschußachse ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Aussenden eines Lichtbündels ein kollimierter Sender ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kollimierte Sender starr an dem Zielfernrohr befestigt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kollimierte Sender und die Empfangseinrichtung in das Zielfernrohr integriert sind und daß das ausgesandte Lichtbündel und das reflektierte Lichtbündel das Eintrittsfenster des Zielfernrohres durchqueren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kollimierte Sender und die Empfangseinrichtung einen Autokollimator bilden, der ferner eine Mischeinrichtung

und eine reflektierende dichroitische Platte enthält. 35

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung ein Nulldetektor ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender durch eine im Infrarotbereich aussendende Diode und der Detektor durch eine Vierquadrantendiode gebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Differentialautokollimator enthält, der zwischen dem mit einer Platte fest verbundenen Fernrohr und dem Spiegel angeordnet und an der Struktur befestigt ist, die die Platte mit dem Geschützrohr verbindet, wobei ein zweiter Spiegel an der Platte befestigt ist, um das von dem Geschützrohrspiegel reflektierte Lichtbündel zum Autokollimator zurückzusenden.