DE3446447A1

DE3446447A1 - Verfahren und geraet zur beibehaltung eines schwebenden fahrzeugs in einer festen position

Info

Publication number: DE3446447A1
Application number: DE3446447A
Authority: DE
Inventors: Donald Roy Charles Maidstone Kent Price
Original assignee: GEC Avionics Ltd
Current assignee: Allard Way Holdings Ltd
Priority date: 1983-12-21
Filing date: 1984-12-20
Publication date: 1985-07-04
Also published as: FR2557319A1; FR2557319B3; GB8430046D0; GB2152319A

Description

-5- 3/.-"U-7

GEC AVIONICS LIMITED, Rochester, Kent, England

Verfahren und Gerät zur Beibehaltung eines schwebenden

Fahrzeugs in einer festen Position -

Die Erfindung beziehtTsich auf ein Verfahren und ein Gerät zur Beibehaltung eines schwebenden Fahrzeugs, beispielsweise eines"Hubschraubers, in einer festen Position in bezug auf eine gewünschte Bodenposition.

Ein Hubschrauber muß oft über einer ausgewählten Bodenposition schweben, beispielsweise bei einem Gefecht. In derartigen Situationen ist es erwünscht, daß der Hubschrauber seine Position über der ausgewählten Bodenposition mit einem Minimum an Mühe seitens der Hubschrauberbesatzung beibehalten kann. Die Aufrechterhai tung einer festen Hubschrauberposition über einer gewünschten Bodenposition ist beispielsweise notwendig, um eine vorbestimmte Schußrichtung aufrechtzuerhalten und um auch zu verhindern, daß der Hubschrauber nicht in Hindernisse abdriftet.

Zum Erfüllen der obigen Forderung ist es bekannt, ein beschwertes Kabel zu verwenden, das vom Hubschrauber aus herabhängt und auf dem Boden ruht. Dazu wird beispielsweise auf die FR-PS 25 02 772 verwiesen. Die Verwendung eines derartigen Kabels kann jedoch bei einem Gefecht zu Schwierigkeiten führen, und zwar beispielsweise dadurch, daß sich das Kabel an ortsfesten Gegenständen verfängt. Ferner besteht die Unzulänglichkeit, daß beim Abfeuern das Kabel ausgelenkt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Gerät anzugeben, die in der Lage sind, ein schwebendes Fahrzeug gefahrlos in einer vorbestimmten Position in bezug auf eine ausgewählte Bodenposition zu halten.

Ein Verfahren zur Beibehaltung eines schwebenden Fahrzeugs in einer festen Position in bezug auf eine ausgewählte Bodenposition zeichnet sich nach der Erfindung dadurch aus, daß vom Fahrzeug aus ein lichtreflektierender Gegenstand zu der ausgewählten Bodenposition ausgesetzt wird, daß vom Fahrzeug aus ein Lichtstrahl auf den Gegenstand gerichtet wird und daß die Position des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem vom Gegenstand "zum Fahrzeug reflektierten Licht des ausgesandten Strahls gesteuert wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das vom Gegenstand reflektierte Licht auf einen Lichtpositionsfühler innerhalb des Fahrzeugs gerichtet und die Position des Fahrzeugs wird so gesteuert, daß das reflektierte Licht bei einer vorbestimmten Position auf dem Fühler gehalten wird.

Ein Gerät zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch einen lichtreflektierenden Gegenstand, eine Vorrichtung zum Aussetzen oder Entwickeln des Gegenstands aus dem Fahrzeug heraus zu einer ausgewählten Bodenposition, eine Lichtquelle, einen Lichtpositionsfühler, eine optische Vorrichtung zum Fokussieren von Licht der Lichtquelle in einem auf den Gegenstand gerichteten Strahl, bei dessen Aussetzung, sowie zum Richten des vom Gegenstand reflektierten Lichts auf den Lichtpositionsfühler, und eine auf den Ausgang des Lichtpositionsfühlers ansprechende Vorrichtung zum Bereitstellen einer Ausgangsgröße oder eines Ausgangssignals, das die Position des Fahrzeugs in bezug auf den Gegenstand darstellt.

O - Γ - . —· —;■ -V /

Eine bevorzugte Weiterbildung des Geräts zeichnet sich nach der Erfindung dadurch aus, daß die optische Vorrichtung eine Strahlablenkvorrichtung zum Steuern der Richtung des Strahls enthält, und daß die auf den Ausgang des Lichtpositionsfühlers ansprechende Vorrichtung'eine Servoeinrichtung enthält, die die Strahlablenkvorrichtung derart steuert, daß das reflektierte~Licht bei einer vorbestimmten Position auf den Lichtpositionsfühler auftrifft.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand von Zeichnungen beispielshalber erläutert werden. Es zeigt:

FIG. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus und der Arbeitsweise eines nach der Erfindung ausgebildeten Geräts,

F I G . 2 einen Längsschnitt durch ein im schwebenden Fahrzeug vorgesehenes Geräteteil, 10

F I G . 3 eine teilweise Querschnittsansicht des Geräteteils nach FIG. 2 und"

F I G . 4 eine schematische Ansicht eines auf dem Boden benutzten Geräteteils.

Wie es aus FIG. 1 hervorgeht, befindet sich das Hauptteil eines nach der Erfindung ausgebildeten Geräts in einem schwebenden Fahrzeug, beispielsweise in einem Hubschrauber. Dieses Gerätehauptteil enthält ein optisches System mit einer Lichtquelle 3, die so angeordnet ist, daß das von ihr ausgestrahlte Licht ein Linsensystem 5 durchsetzt. Das Linsensystem 5 erzeugt aus dem von der Lichtquelle 3 ausgestrahlten Licht einen Lichtstrahl mit einem vergrößerten Umfang. Der umfangsmäßig vergrößerte Lichtstrahl gelangt dann durch einen Strahlablenker 7 und ein im Boden 11 des Hubschraubers vorgesehenes durchsichtiges Fenster 9. Ferner weist das im Hubschrauber angeordnete optische System einen Strahlenspalter oder Strahlenteiler 13 auf, der in der Lichtbahn zwischen der Lichtquelle 3 und dem Linsensystem 5 vorgesehen ist. Neben dem Strahlenteiler 13 befindet sich ein Lichtpositionsdetektor 15. Der Detektor 15 ist ausgangsseitig an eine Servoeinrichtung 17 angeschlossen. Die Servoeinrichtung 17 dient zur Verstellung des Strahlablenker 7. Im Boden 11 des Hubschraubers ist angrenzend an das Fenster 9 oder nahe bei dem Fenster 9

- ein nicht dargestelltes Austrittsrohr vorgesehen, durch das ein vom Hubschrauber getragener, lichtreflektierender Gegenstand 19-iruRichtung auf eine ausgewählte Bodenposition ausgeworfen werden kann.

Beim Betrieb des Geräts wird der lichtreflektierende Gegenstand 19 zunächst durch das Austrittsrohrdes schwebenden -Hubschraubers ausgestoßen. Die Richtung des durch das Fenster 9 austretenden Strahls ist hierbei mit Hilfe des Strahlablenker 7 so eingestellt, daß der Gegenstand 19 in den Strahlengang gelangt. Vom Gegenstand 19 reflektiertes Licht durchsetzt in umgekehrter Richtung das optische System und gelangt über den Strahlenteiler 13 zum Detektor 15. Der Detektor 15 erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, das die Abweichung der Position des auftreffenden Lichts von einer Bezugsposition auf dem Detektor angibt, auf der das Licht auftreffen würde, wenn sich der Gegenstand 19 mitten im Strahl befände. Das Detektorausgangssignal gelangt zusammen mit Hubschrauber-Höhendaten, die von Hubschrauber-Höhengyroskopen (nicht gezeigt) stammen, zu der Servoeinrichtung 17. Die Servoeinrichtung 17 stellt den Strahlablenker 7 so nach, daß sich der Gegenstand 19 stets in der Mitte des Strahls befindet. Während der Gegenstand 19 zu Boden fällt, wird er somit vom Lichtstrahl verfolgt. Sobald der Gegenstand 19 den Boden 21 erreicht hat, bleibt er in der Mittenposition eines vom Lichtstrahl beleuchteten Bodenflecks 23.

Wenn dann nach dem Auftreffen des Gegenstands 19 auf dem Boden 21 der Hubschrauber eine Seitwärtsbewegung ausführt, zeigt das Ausgangssignal der Servoeinrichtung 17 diese Seitwärtsbewegung des Hubschraubers 1 bezüglich der Position des Gegenstands 19 auf dem Boden an. Dieses Ausgangssignal kann dann direkt einem automatischen Flugsteuersystem oder Flugregelsystem 22 des Hubschraubers zugeführt werden, wodurch der Hubschrauber

-ίο- 3446

veranlaßt wird, in seine ursprüngliche Position zurückzukehren. Andererseits besteht auch die Möglichkeit, das die Seitenversetzung anzeigende Ausgangssignal auf einem Anzeigefeld~24 dem Hubschrauberpiloten anzuzeigen. Der Hubschrauberpilot kann dann die Position des Hubschraubers korrigieren.

Hubschrauber-Höhen- und Stellungsdaten werden der Servoeinrichtung 17 zugeführt, um im Ausgangssignal der Servoeinrichtung 17 Änderungen zu berücksichtigen, die anstatt auf zu identifizierende Seitswärtsbewegungen oder Seitwärtsversetzungen des Hubschraubers auf Höhen- oder Stellungsänderungen des Hubschraubers zurückzuführen sind. Höhen- und Stellungsänderungen des Hubschraubers sollen nämlich zu einer seitlichen Korrektur keinen Anlaß geben.

Einzelheiten eines praktischen Ausführungsbeispiels des im Hubschrauber 1 vorgesehenen optischen Systems sind in FIG. 2 und 3 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält die Lichtquelle 3 eine Lichtemissionsdiode oder einen Laser geringer Leistung. Das von der Lichtquelle emittierte Licht wird zum Zwecke der leichteren Identifikation des reflektierten Lichts pulscodiert. Das Linsensystem 5 enthält bei dem betrachteten Beispiel drei konvexe und eine konkave Linse, deren gegenseitige Anordnung aus FIG. 2 hervorgeht. Der Strahlablenker 7 enthält zwei keilförmige Prismen und zwei Elektromotoren 25 und 27, die dazu dienen, jeweils eines der beiden Keilprismen des Strahlablenkers 7 um eine gemeinsame Achse zu drehen, die senkrecht durch die Mitte der Basisflächen der Prismen geht. Fühler 29 und 31 dienen zur Überwachung und Stabilisierung der Prismenservoeinrichtungen.

Wenn beim Betrieb des optischen Systems die beiden Prismen des Strahlablenkers 7 solche Stellungen

3 /. L ο 4 4

^ einnehmen,„daß ihre geneigten Flächen parallel zueinander verlaufen, wird der die beiden Prismen durchsetzende Lichtstrahl nicht abgelenkt. Werden die beiden Prismen relativ zueinander um die genannte gemeinsame Achse verdreht, erfolgt eine Ablenkung des Strahls um einen Winkel, der dem Verdrehungswinkel proportional ist, und wenn dann in diesem Zustand beide Prismen zusammen um die gemeinsame Achse gedreht werden, beschreibt der Strahl eine kreisförmige Bahn mit einem dem Ablenkwinkel entsprechenden Radius. Somit kann der Lichtstrahl mit Hilfe des Strahlablenkers 7 innerhalb einer Kreisfläche auf irgendeine ausgewählte Bodenposition gerichtet oder zentriert werden.

Der reflektierende Gegenstand 19 kann verschiedenartige Ausführungsformen annehmen. In seiner einfachsten Ausführungsform enthält der Gegenstand 19 einen spiegelnden Reflektor, der derart ausgestaltet ist, daß wenigstens ein Teil des reflektierten Lichts in das optische System eintritt, wenn sich der Gegenstand im Strahlengang befindet. Eine bevorzugte Ausführungsform für den Gegenstand 19 ist in FIG. 4 dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform hat der Gegenstand 19 vier teleskopische Beine 33, 35, 37 und 39, die von nicht dargestellten Federn entfaltet werden, wenn der Gegenstand aus dem Hubschrauber 1 ausgestoßen wird. Die Beine 33, 35, 37 und 39 sind am Gegenstand 19 so angeordnet, daß der Gegenstand stets eine solche Position einnimmt, daß -im Anschluß an das Ausstoßen aus dem Hubschrauber 1 stets ein und dieselbe Oberfläche nach oben zeigt, und zwar auch beim Landen auf dem Boden, wobei die Beine darüber hinaus sicherstellen sollen, daß sich der Gegenstand beim Landen nicht selbst eingräbt. Auf derjenigen Fläche des Gegenstands, die im Anschluß an das Landen des Gegenstands nach oben zeigt, befindet sich ein Muster aus Winkelreflektoren 41. Jeder der Winkelreflektoren 41 ist in der Lage, Licht in derjenigen

COPY

Richtung zu reflektieren, in der das Licht auf den Reflektor aufgetroffen ist. Auf diese Weise wird das ausgestrahlte Licht effizienter genutzt. Das Muster aus den Winkelreflektoren stellt sicher, daß der Gegenstand ohne weiteres identifiziert werden kann.

Claims

10852 GEC AVIONICS LIMITED, Rochester, Kent, England Patentansprüche

1. Verfahren zur Beibehaltung eines schwebenden Fahrzeugs in einer festen Position in bezug auf eine ausgewählte Bodenposition,

dadurch gekennzeichnet,

daß vom Fahrzeug aus ein lichtreflektierender Gegenstand (19) zu der ausgewählten Bodenposition (23) ausgesetzt wird,

daß vom Fahrzeug aus ein Lichtstrahl auf den Gegenstand gerichtet wird und

daß die Position des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem vom Gegenstand (19) zum Fahrzeug reflektierten Licht des ausgesandten Lichtstrahls gesteuert wird. 15

2. Verfahren nach Anspruch 1, ,, f dadurch gekennzeichnet, daß das vom Gegenstand reflektierte Licht auf einen Lichtpositionsfühler (15) innerhalb des Fahrzeugs gerichtet wird und daß die Position des Fahrzeugs so gesteuert wird, daß das reflektierte Licht in einer vorbestimmten Position auf dem Fühler (15) gehalten wird,

3. Verfahren nach Anspruch 2, . 25. dadurch gekennzeichnet,

daß die Richtung des Lichtstrahls bezüglich des Fahrzeugs derart gesteuert wird, daß das reflektierte Licht in einer vorbestimmten Position auf dem Fühler (15) gehalten wird.
30

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das vom Gegenstand (19) reflektierte Licht des Lichtstrahls während des Aussetzens des Gegenstands (19) mit Hilfe des Fühlers (15) überwacht wird.

O ·-■. -:■ ν/ S -ν /

5. Gerät zur Durchführung eines Verfahrens zur Beibehaltung eines schwebenden Fahrzeugs in einer festen Position in bezug auf eine ausgewählte Bodenposition, gekennze _i._c hnet durch einen lichtreflektierenden Gegenstand (19),

eine Vorrichtung (9) zum Aussetzen des Gegenstands vom Fahrzeug aus zu der ausgewählten Bodenposition, eine Lichtquelle (3),

einen Lichtpositionsfühler (15)» eine optische Vorrichtung (5, 7) zum Fokussieren von Licht der Lichtquelle in einem auf den ausgesetzten Gegenstand (19) gerichteten Strahl und zum Richten des vom Gegenstand reflektierten Lichts auf den Lichtpositionsfühler (15) und

eine auf den Ausgang des Lichtpositionsfühlers (15) ansprechende Vorrichtung (17) zur Bereitstellung einer Ausgangsgröße, die die Position des Fahrzeugs in bezug auf den Gegenstand darstellt.

6. Gerät nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung eine Strahlablenkvorrichtung (7) zur Steuerung der Richtung des Lichtstrahls aufweist und daß die auf den Ausgang des Lichtpositionsfühlers ansprechende Vorrichtung eine Servoeinrichtung (17) zum derartigen Steuern der Strahlablenkvorrichtung (7) enthält, daß das reflektierte Licht bei einer vorbestimmten Position auf den Fühler (15) auftrifft.

7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine auf Fahrzeug-Höhendaten ansprechende Einrichtung zum Identifizieren von solchen Änderungen in der Ausgangsgröße des Lichtpositionsfühlers, die auf Änderungen in der Fahrzeughöhe zurückzuführen sind.

^ 8. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine auf Fahrzeugstellungsdaten ansprechende Einrichtung zum Identifizieren von solchen Änderungen in der Ausgangsgröße des Lichtpositionsfühlers, die auf Änderungen in der Fahrzeugstellung zurückzuführen sind.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 5 Ms 8, gekennzeichnet durch ein automatisches Flugsteuersystem (22), das ansprechend auf die Ausgangsgröße, die die Position des Fahrzeugs in bezug auf den Gegenstand (19) darstellt, das Fahrzeug veranlaßt, die feste Position in bezug auf die ausgewählte Bodenposition (23) beizubehalten.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8,' gekennzeichnet durch eine Einrichtung (24) zur Sichtanzeige einer Darstellung der Ausgangsgröße, die die Position des Fahrzeugs in bezug auf den Gegenstand darstellt.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlablenkvorrichtung (7) zwei keilförmige Prismen enthält, die derart angeordnet sind, daß sie um eine durch die Prismen gehende gemeinsame Achse drehbar sind.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (3) derart ausgebildet ist, daß sie codierte Lichtimpulse aussendet.

COPT

13. Lichtreflektierender Gegenstand (19) zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche

1 bis 4 oder zur Verwendung in einem Gerät nach einem der Ansprüche 5~bis 12,
gekennzeichnet durch

wenigstens vier federbelastete teleskopische Beine
(33, 35, 37, 39), die bei der Landung entfaltet oder
entwickelt werden und am Gegenstand so angebracht
sind, daß der Gegenstand die Neigung hat, beim Landen auf dem Boden eine Position einzunehmen, bei der eine lichtreflektierende Oberfläche nach oben zeigt.

14. Gegenstand nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,

daß die lichtreflektierende Oberfläche ein Muster aus Winkelreflektoren (41) enthält, wobei jeder Winkelreflektor wirksam ist, Licht längs derjenigen Richtung zu reflektieren, in der Licht auf den Winkelreflektor auftrifft.