DE3217980A1

DE3217980A1 - System mit gleichlaufkopplung

Info

Publication number: DE3217980A1
Application number: DE19823217980
Authority: DE
Inventors: Ralph Hilary Helensburgh Bagnall-Wild; David Scarth Bearsden Glasgow Ritchie; Gordon Robertson Torrance Glasgow Smith; John Hunter Glasgow Stewart
Original assignee: Thales Optronics Ltd
Current assignee: Thales Optronics Ltd
Priority date: 1981-05-15
Filing date: 1982-05-13
Publication date: 1982-12-02
Also published as: IT1155198B; IT8267614A0; FR2506003A1; FR2506003B1; BE893176A; IN155962B; YU100382A; US4418361A; SE8202707L; SE453430B

Description

-A-

Beschreibung:

Die Erfindung geht aus von einem System mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Viele Waffensysteme besitzen eine Visiervorrichtung und eine mit dieser gekoppelte, gezielt ausrichtbare Vorrichtung, deren relative (parallele) Ausrichtung zueinander bei Bewegungen der Vorrichtungen erhalten bleiben soll. Die Visiervorrichtung dient dazu, ein Bild von einer beobachteten Szene zu erhalten, auf welche die damit gekoppelte Vorrichtung,ζ .Β. eine Kanone, ein Entfernungsmesser oder eine weitere Visiervorrichtung, zielt. Diese Zielrichtung kann in der Visiervorrichtung durch eine feste Zielmarke angezeigt werden, welche dem Bild der beobachteten Szene überlagert wird. Diese Zielmarke kann ein Beobachter zu Hilfe nehmen, um die gezielt ausrichtbare Vorrichtung auf ein Zielobjekt auszurichten, indem er die Zielmarke auf der Sichtanzeige mit dem Bild des Zielobjekts zur Deckung bringt.

Die Genauigkeit, mit welcher sich die gezielt ausrichtbare Vorrichtung tatsächlich ausrichten läßt, hängt ab von der Genauigkeit, mit welcher die Lage der Zielmarke> die tatsächliche Zielrichtung der ausrichtbaren Vorrichtung wiedergibt.

Physikalische und konstruktive Zwänge können es erforderlich machen, die Visiervorrichtung und die mit ihr verbundene ausrichtbare Vorrichtung getrennt zu montieren. Dabei ist es jedoch üblich, sie auf einer gemeinsamen Querebene zu montieren; der Gleich-

lauf ihrer Bewegungen bei einer Änderung ihrer Elevation über diese Querebene seil durch ein mechanisches und/oder elektrisches Kopplungsglied bewirkt werden. Abweichungen der Zielrichtungen der Visiervorrichtung und der anderen ausrichtbaren Vorrichtung, welche sich darin äußern, daß die Zielmarke nicht exakt die Zielrichtunq angibt, können ihre Ursache im Kopplungsglied haben und durch toten Gang, Lagerreibung, Massenträgheit, durch mangelnde Parallelität der Drehzapfen, auf denen die beiden Vorrichtungen schwenkbar qelaqert sind, oder dadurch verursacht werden, daß eine der Vorrichtunqen qegen Bewegungen der gemeinsamen Querebene stabilisiert ist, die andere Vorrichtung jedoch nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die hierdurch auftretenden Ausrichtfehler auszugleichen, sodaß die Zielmarke auf der Sichtanzeige der Visiervorrichtunq exakt die Zielrichtunq der anderen, gezielt ausrichtbaren Vorrichtung angibt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der UnteransprUche.

Die erfindungsgemäß durchgeführte Verschiebung der Zielmarke bewirkt eine Kompensation von Ausrichtfehlern in Bezug auf die Elevationsachse, nämlich von Fehlern infolge von totem Gang, Reibung und

Massenträqheit beim Kopplungsglied, sowie eine .Kompensation von Ausrichtfehlern in Bezuq auf die Querachse, nämlich infolge mangelnder Parallelität der Drehzapfen, auf denen die gezielt ausrichtbare Vorrichtung und die Visiervorrichtung gelagert sind.

Die Visiervorrichtung kann eine solche sein, die mit sichtbarem Licht arbeitet, sie kann alternativ oder zusätzlich mit einem Warmebilderzeuqer, mit einer Fernsehkamera und/oder mit einem Bildverstärker arbeiten. Die andere, gezielt ausrichtbare Vorrichtung kann eine Kanone, ein Entfernungsmesser, insbesondere ein Laser-Entfernungsmesser, oder eine weitere Visiervorrichtung sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt.

Figur 1 zeigt ein Blockdiaqramm eines erfindungsgemäßen Systems,

Figur 2 zeiqt das System aus Fig. 1 etwas detaillierter und in Anwendung auf ein Feuerleitsystem für eine Kanone,
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Figur 3 zeigt das System aus Fig. 2 in abgewandelter Form, und

Figur 4 zeiqt ein erfindunqsqemäßes System in Anwendunq auf ein U-Eioot-Periskop.

Das in Fig. 1 dargestellte System 10 enthält eine auf Drehzapfen gelagerte, gezielt ausrichtbare Vorrichtung 11 mit einer Zielrichtung 12, welche durch ein mechanisches Kopplungsglied 13 mit einer ebenfalls auf Drehzapfen gelagerten Visiervorrichtung 14 verbunden ist, deren Visierlinie (Sichtlinie) mit der Bezugszahl 15 bezeichnet ist; das Kopplungsglied 13 bewirkt einen Gleichlauf zwischen der Vorrichtung 11 und der Visiervorrichtung 14. Die Drehzapfen der Vorrichtungen 11 und 14 sind starr auf einem gemeinsamen Träger 9 befestigt, welcher in der Darstellung der Fig. 1 in der Zeichenebene drehbar ist. Die Visiervorrichtung 14 ist um eine mit der Längsachse des Kopplungsgliedes 13 zusammenfallende Achse drehbar, um die Visierlinie 15 anheben bzw. senken zu können, und infolge der Verbindung mittels des Kopplungsgliedes 13 wird die Zielrichtung 12 entsprechend angehoben bzw. abgesenkt. Die Visiervorrichtung 14 besitzt eine Sichtanzeige 16, auf welcher ein Bild des Gesichtsfeldes, auf welches die Visierlinie 15 gerichtet ist, erzeugt wird. Auf der Sichtanzeige 16 erscheint fine elektronisch erzeugte Zielmarke, deren Lage die Zielrichtung 12 der Vorrichtung 11 angeben soll, sodaß ein Beobachter auf der Sichtanzeige 16 das Bild des Gesichtsfeldes und die Zielmarke einander überlagert dargeboten erhält und erkennen kann, auf welchen Punkt innerhalb des Gesichtsfeldes der Visiervorrichtung 14 die Vorrichtung 11 zielt. In den Figuren nicht eingezeichnet sind der Träger 9 und die Antriebseinrichtungen für die Vorrichtung 11, mit denen der Beobachter die Zielrichtung 12 sowie das Gesichtsfeld der Visiervorrichtung 14 ändern kann.

Die Genauigkeit des GleicHlaufes von Visierlinie 15 und Zielrichtung 12 wird beeinträchtigt durch toten Ganq, Lagerreibung und Massenträgheit im Bereich des Kopplungsgliedes 13, d.h. ein Anheben der Visierlinie um einen bestimmten Betrag ist keine Gewähr dafür, daß die Ziellinie 12 um genau denselben Betrag angehoben wird. Eine weitere Ungenauigkeit kann dadurch eingeführt werden, daß die Drehzapfen der Vorrichtungen 11 und 14 nicht exakt parallel sind; dies wird sich mit zunehmendem Höhenwinkel stärker bemerkbar machen. Die vorliegende Erfindung bietet eine Lösung·, mit welcher diese Fehler im Gleichlauf von Zielrichtung und Visierlinie ausgeglichen werden können.

Die Erfindunq sieht zu diesem Zweck einen Meßfühler 18 für die Messunq des Höhenwinkels der Vorrichtung und einen weiteren Meßfühler Y) für die Messung des Höhenwinkels der Visiervorrichtung 14 vor. Die Ausqanqssiqnale der beiden Meßfühler 18 und 19 werden einer elektronischen Signal Verarbeitungseinheit 20 zugeleitet, welche über die Leitung 21 ein Ablenksignal an die Sichtanzeige 16 übermittelt, durch welches die elektronisch erzeugte Zielmarke so verschoben wird, daß sie im Einklang mit den gemessenen Höhenwinkeln die genaue Zielrichtung 12 angibt, die durch das Kopplunqsglied 13 eingeführten Ungenauigkeiten also kompensiert sind.

Als Meßfühler werden zweckmäßig Winkelkodierer oder Drr'hqpber , und zwar entweder inkrempntale oder Ab—

solutwert angebende, verwendet; sie liefern exakte Informationen über die Elevation der Zielrichtung relativ zur Visierlinie 15 sowie deren beider EIevationen relativ zu einer Bezugslage, welche z.B. während einer täglichen Einrichtprozedur festgelegt wird.

Die Signalverarbeitunqseinheit 20 enthält einen Vergleicher, welcher die Differenz der Signale der beiden Meßfühler 18 und 19 feststellt und dadurch ein erstes Korrektursignal liefert, welches Fehler in der Drehlage in Bezuq auf die Elevationsachse kompensiert, die ihre Ursache im Kopplunqsglied 13 haben. Ein zweites Korrektursignal, welches die Signalverarbeitunqseinheit 20 liefert gleicht Fehler in Bezug auf /eine quer zur Elevationsachse -verlaufende Achse·' aus und ist eine Funktion des Parallelitätsfehlers der Drehzapfen (welcher als systematischer Fehler vorgegeben ist) und des absoluten Höhenwinkels der Visierlinie 15. Es sind diese beiden Korrektursiqnale, welche das Ablenksignal bilden, welches über die Leitung 21 übertragen wird.

Weil die Zielmarke elektronisch erzeugt und durch elektrische Signale verschoben wird, erfolgt eine solche Verschiebung natürlich ohne zeitliche Verzögerung, sodaß die Fehlerkompensation wirklich trägheitslos erfolgt.

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Die Erfindung läßt sich mit Erfolg anwenden auf Feuerleiteinrichtunqen für Kanonen in Panzerfahrzeugen, vergl. dazu die Darstellung in Fig. 2.

besitzen
Feuerleiteinrichtungen/zur Messung der Zielentfernung

üblicherweise einen Laser-Entfernungsmesser, welcher in Fig. 2 zwar nicht dargestellt ist, dessen Zielrichtung jedoch mit der Visierlinie 15 der Visiervorrichtung 14 übereinstimmt. Um den Laser-Entfernungsmesser mittels der Visiervorrichtung 14 ausrichten

1.0 zu können, wird eine Laserzielmarke eingeblendet, welche mit der durch die Rohrachse der Kanone 26 bestimmtei Zielrichtung 12 der Kanone 26 in Beziehung gesetzt wird; aus der gemessenen Entfernung des Zielobjekts berechnet ein Feuerleitrechner 25 den Höhenwinkel, welcher einzustellen ist, wenn die Kanone 26 das Zielobjekt treffen soll. Dann wird auf der Sichtanzeige 16 eine ballistische Zielmarke eingeblendet, und zwar soweit unterhalb der durch die Zielrichtung 12 der Kanone 26 bestimmten Marke (Laserzielmarke) auf der Sichtanzeige 16 wie der berechneten Elevation der Kanone 26 entspricht. Die Kanone 26 und die Visiervorrichtung 14 werden dann angehoben, bis die ballistische Zielmarke mit dem Zielobjekt auf der Sichtanzeige 16 zusammenfällt. Die Visiervorrichtung 14 oder deren oberer Spiegel 14A ist auf Drehzapfen gelagert, welche parallel zu den Drehzapfen der Kanone 26 ausgerichtet sind, und ist hinsichtlich des Anhebens der Kanone 26 mit dieser durch das Kopplungsglied 13 verbunden.

Diese Kopplung zwischen der Kanone 26 und der Visiervorrichtung kann durch mechanisch starre Verbindungsglieder oder durch einen Servomechanismus verwirklicht

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werden. In beiden Fällen hängt die Genauigkeit der Lage des Fadenkreuzes in der Bildfläche von diesen Kopplungsgliedern 13 ab, von deren toter Zone, Nichtlinearität und anderen Fehlerquellen, deren Einfluß mit der Erfindung kompensiert werden soll.

Die in Fig. 2 dargestellte Sichtanzeige 16 enthält ein Okular 27, in welches die Zielmarken mittels einer Kathodenstrahlröhre 28 eingeblendet werden.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der in Fig. 2 gestrichelt umrahmten Baugruppe,und zwar dient als Visiervorrichtung 14 ein Wärmebilderzeuger, dem eine Sichtanzeige 29 zugeordnet ist, welche ein Abtastrasterbild przpuqt. Die Sichtanzeige 29 muß nicht ein Bestandteil der Visiervorrichtung sein, sondern kann auch räumlich entfernt angeordnet sein.

Die Erfindung kann auch bei U-Boot-Periskopen verwendet werden.. Ein Beispiel dazu illustriert die Fiq. 4. Die gezielt ausrichtbare Vorrichtung 11 ist in diesem Fall das Periskop und enthält einen oberen Spiegel 30, weMier optisch entweder mit einem Okular 31 am F uß des Periskops oder mit einem für die Entfernungsmessung vorgesehenen Laser 32 gekoppelt werden kann. Die Visiervorrichtung 14 enthält einen oberen Spiegel 34 und einen Wärmebilderzeuger 33, dem ein Rasterbildwandler 35 und ein Monitor 36 nachqeordnet sind, auf welchem ein Bild der im Wärmestrahlunqsbereich beobachteten Szene erscheint. Die Zielmarke, welche die Zielrichtung 12 des Periskops angibt, wird von

der elektronischen Signalverarbeitungseinheit 20, welche Bestandteil eines größeren elektronischen Prozesses ist, welcher auch die Entfernungsmessung durchführt, in den Rasterbildwandler 35 eingeführt. Alternativ könnte man das vom oberen Spiegel 30 im Bereich des sichtbaren Lichts empfangene Bild zu einer Fernsehkamera 37 weiterleiten, welche auf einem Monitor 38 ein Fernsehbild der beobachteten Szene erzeugt, und könnte durch die Signalverarbeitungseln-

1.0 heit 20 die Zielmarke, welche die Zielrichtung 12 des Periskops angibt, direkt in die Fernsehkamera 37 einführen lassen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das vom oberen Spiegel 30 empfangene Bild und das vom einer Kathodenstrahlröhre 40 erzeugte Bild einander überlagert zum Okular 31 zu übertragen, wobei die Kathodenstrahlröhre 40 zur Erzeugung der Zielmarke, welche die Richtung des Periskops angibt, von da: Signalverarbeitungseinheit 20 gesteuert wird. Anstelle eines Wärmebilderzeugers 33 könnte man auch einen Bildverstärker in Kombination mit der Kathodenstrahlröhre 40 verwenden.

Die Kathodenstrahlröhre 40 wird mittels ihrer X- und Y-Ablenkspulen gesteuert und das dadurch auf ihrem Bildschirm erzeugte Bild wird dem vom oberen Spiegel 30 im sichtbaren Licht empfangenen Bild optisch überlaqert, wohingegen der Rasterbildwandler 35 und die Fernsehkfimcra 17 so gesteuert werden, daß sie die ZielmarkP in Form von auf die Rasterabtastung synchronisierten Video-Aufhellimpulsen erzeugen;

das zusammengesetzte Bildsignal wird dann zur Erzeugung des Ausganqsbildes benutzt.

Die Visiervorrichtung und die mit ihr gekoppelte, qezielt ausrichtbare Vorrichtunq können im vorliegenden Fall im Hinblick auf ihre Elevation relativ ^einander fehlerhaft ausgerichtet sein, sei es infolge von Fehlerquellen in den sie koppelnden mechanischen Gliedern oder Servomechanismen, sei es dadurch, daß eine der beiden Vorrichtungen mit ihrer Zielrichtung gegen Fahrzeugbewegungen stabilisiert ist, die andere Vorrichtung den Fahrzeugbewegungen aber folgt. Die hierdurch bewirkten Fehler in der Ausrichtung können durch die Anwendung der Erfindung kompensiert werden.

Vorzugsweise werden im Rahmen der Erfindunq Möglichkeiten zum Eichen vorgesehen, um file Laqr* dr»r 2if*l~ marke, welche die Zielrichtung 1? anqibt, justieren und den Einfluß einer systembedingten Verzerrung des Bildes von der im Gesichtsfeld liegenden Szene berücksichtigen zu können. Eine solche Justierung kann bequem mittels der Signalverarbeitungseinheit 20 vorgenommen werden, indem man diese mit Daten füttert, welche eine Beziehung zwischen dem Zielmarkenpositionssiqnal und dem vollen Höhenwinkelbereich herstellen.

Claims

DR. RUDOLF BAUER · DIPU:'1Ν<5.'ΉELWItTT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER weS Π ICHF 79 31 (AM I EOPOtDPLATZl D-7530 PFORZHEIM (WFST GEBMANYl S (072111 1OJJSO/7II TfUPGRAMMF PATMARK 12. Mai 1982 III/Be Barr & Stroud Limited, Glasqow G13 1HZ Schottiand/Großbritannien System mit Gleichlaufkopplunq Patentansprüche:

1. System mit Gleichlaufkopplunq zwischen einer

auf Drehzapfen qelaqerten, qezielt ausrichtbaren Vorrichtunq (11) mit der Zielrichtunq (12) und einer auf Drehzapfen qelaqerten Visiervorrichtunq (74) mit der Visierlinie (15), welcher eine Sichtanzeiqe (16) zuqeordnet ist zur Darstellunq eines Bildes von einer Szene in dem die Visierlinie (i£) enthaltenden Gesichtsfeld der Visiervorrichtung /(14), mit einer Antriebsvorrichtunq für die qezielt ausrichtbare Vorrichtung (ff) zum Ändern der Elevation der Zielrichtung (12),

und mit einem Kopplunqsqlied (13), welches die qezielt ausrichtbare Vorrichtunq (11) und die Visiervorrichtung (14) miteinander verbindet,um eine Übereinstimrnung der Elevation der Zielrichtunq (12) und der Visierlinie (15) zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß pin erster Meßfühler (18) zur Bestimmunq der auf einen Bezuqswert bezoqenen tatsächlichen Elevation der qezielt ausrichtbaren

Vorrichtung (11)

~und ein zweiter Meßfühler (19) zur Bestimmung der auf denselben Bezugswert bezogpnr-n tatsächlichen Elevation der Visiervorrichtung (14) vorgesehen ist,

daß eine Einrichtung (28) zur Erzeugung einer die Zielrichtung (12) anzeigenden Zielmarke auf der Sichtanzeige (16) vorgesehen ist, und daß eine elektronische Signalverarbeitungseinheit (Prozessor 20) vorgesehen ist, welcher die Ausganqssiqnale der Meßfühler (18,19) zugeleitet werden und welche aus diesen Meßfühlerausgangssignalen Korrektursignale ableitet, durch welche die elektronisch erzeugte Zielmarke auf der Sichtanzeige (16) ggfs.

so verschoben wird, daß sie die tatsächliche, durch den Meßfühler (18) ermittelte Zielrichtung (12) anzeigt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sichtanzeige (16) eine Kathodenstrahlröhre (28,40) qehört, auf welcher die Zielmarke erzeugtwird, wobei die elektronische Signalverarbeitungs— einheit (20) zur Verschiebung der Zielmarke entsprechend den Ausganqssiqnalen der Meßfühler (18,19) mit den X- und Y-Ablenkeinheiten der Kathodenstrahlröhre (28,40) verbunden ist und eine optische Einrichtung zur Überlagerung des von der Kathodenstrahlröhre (28,40) erzeugten Bildes und des Bildes der im Gesichtsfeld der Visiervorrichtung (14) beobachteten Szene vorgesehen ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sichtanzeige (16) eine

Fernsehkamera (37) gehört, welche das Bild der im Gesichtsfeld der Visiervorrichtung (14) gelegenen Szene aufnimmt, und daß die elektronische Signalverarbeitungseinheit (20) die Zielmarke in Gestalt von Video-Aufhellimpulsen erzeugt, welche auf die Rasterbildabtastung der Fernsehkamera (37) synchronisiert sind, wobei das zusammengesetzte Videosignal einem Rasterbildmonitor (3R) zur Anzeige zugeleitet wird.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Visiervorrichtung (14) einen Wärmebilderzeuger (33) oder einen Bildverstärker enthält.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine der beiden auf Drehzapfen

gelagerten Vorrichtungen (11,14) gegen die Elevation ändernde Bewegungen ihres Trägers (9) kompensiert ist.