EP0229864A1 - Einrichtung zur Stabilisierung hochdynamischer Geräte auf einem niederdynamischen Träger - Google Patents

Einrichtung zur Stabilisierung hochdynamischer Geräte auf einem niederdynamischen Träger Download PDF

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EP0229864A1
EP0229864A1 EP86100960A EP86100960A EP0229864A1 EP 0229864 A1 EP0229864 A1 EP 0229864A1 EP 86100960 A EP86100960 A EP 86100960A EP 86100960 A EP86100960 A EP 86100960A EP 0229864 A1 EP0229864 A1 EP 0229864A1
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EP
European Patent Office
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carrier
sensor block
central sensor
control loop
dynamic
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EP0229864B1 (de
EP0229864B2 (de
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Otto Dr. Rer.Nat. Beyer
Bertold Dipl.-Math. Kirst
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Northrop Grumman Litef GmbH
Original Assignee
Litef GmbH
Litef Litton Technische Werke Der Hellige GmbH
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    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G5/00—Elevating or traversing control systems for guns
    • F41G5/14—Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns
    • F41G5/24—Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns for guns on tanks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G5/00—Elevating or traversing control systems for guns
    • F41G5/14—Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns
    • F41G5/16—Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns gyroscopically influenced
    • G—PHYSICS
    • G12—INSTRUMENT DETAILS
    • G12B—CONSTRUCTIONAL DETAILS OF INSTRUMENTS, OR COMPARABLE DETAILS OF OTHER APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G12B5/00—Adjusting position or attitude, e.g. level, of instruments or other apparatus, or of parts thereof; Compensating for the effects of tilting or acceleration, e.g. for optical apparatus

Definitions

  • the invention relates to a method for stabilizing a on a low dynamic carrier, e.g. a tank, ship or the like, mounted higher dynamic device, in which the movements of the low dynamic carrier are detected by a central sensor block on the carrier.
  • a low dynamic carrier e.g. a tank, ship or the like
  • the invention also relates to a device according to the preamble of claim 3 for performing the method.
  • the sensor block can contain at least such a number of gyros as inertial sensors that the three rotary motion components can be measured in space (three independent measuring axes) and, depending on the version, three uniaxial accelerometers.
  • DE-Al-33 32 795 discloses a fire control and navigation system for movable weapon carriers, in particular for battle tanks, in which a single central sensor block using strapdown technology is used for primary stabilization, for example of a target or sighting device, and for secondary stabilization of a weapon.
  • an exact fire can be achieved with this known system line and a dynamic point stabilization of the weapon.
  • the line of sight must also be stabilized with a central sensor package.
  • a relatively small deflection mirror with a much higher dynamic range than the carrier (tank) can be stabilized in the rifle target.
  • the gyroscopes and accelerometers would have to be attached to the deflecting mirror and the inertial sensors and the entire digital processing would have to be designed for the high bandwidth of this deflecting mirror. This places high demands on the overall quality of the sensor block and on the bandwidth of the digital control in particular.
  • the invention has for its object to stabilize devices mounted on a comparatively low dynamic carrier with much higher dynamics in their position in space in a technically simple manner and with flexible adaptation options to the type, number and individual dynamics of the individual device, the common inertial sensors on Carriers are attached.
  • the invention is based initially on the knowledge that the angles of interference that occur on a comparatively slow carrier (armored turret) quickly become very small with increasing frequency.
  • an approximately three times larger bandwidth is required than the measured bandwidth of the interference angles at the tank tower.
  • the line of sight stabilization places even higher technical requirements, for which there is even one fifteen times the bandwidth of the control loops and sensors is required.
  • This basic knowledge is plausible, since an armored turret weighing several tons can only move relatively slowly.
  • the lighter cannon already shows a higher dynamic and the relatively light deflection mirror of the optical aiming devices (rifle scope of the gunner, periscope of the commander) show a very high dynamic.
  • the inventive method defined in claim 1 for stabilizing a higher dynamic device mounted on a low dynamic carrier solves the task in two steps, namely by - Stabilization of the individual highly dynamic devices with respect to the carrier with the necessary wide bandwidth and - Determination and compensation of the slow carrier movement in a superimposed control loop with a correspondingly lower bandwidth.
  • a device according to the invention for carrying out the stabilization method according to the invention is the subject of patent claim 3.
  • the method according to the invention it is possible to stabilize the devices themselves using only a common inertial sensor package (for example a strapdown system) on the carrier and with angle sensors or rotary speed sensors or angle measuring devices, in particular resolvers. It is of great importance that the bandwidth of the inertial sensor package only has to be so large that the movements of the low-dynamic carrier are correctly recorded.
  • the bandwidth of the carrier is generally significantly smaller than that of the devices to be stabilized.
  • an analytical platform as an inertial sensor package, it also continuously delivers the position and location of the carrier itself and the quantities derived from it for additional tasks, for example in the context of a central fire control system. In principle, the number of devices to be stabilized and their bandwidth is not limited.
  • the process enables a modular structure in an optimal way and is suitable for different types of vehicles regardless of the number of devices to be stabilized.
  • the highest stabilization quality is required for the rifle target.
  • the control loops for this device with the corresponding angle encoders will therefore have the highest bandwidth.
  • the other devices to be stabilized for example a commander's periscope and the weapons, can then be equipped with control loops, the bandwidth of which is individually matched to the dynamics of these devices.
  • the gyros must act as sensors and the control loops to stabilize the Devices each have such a wide range that the movements of the devices in the room can be completely detected and stabilized.
  • a known main battle tank for example, six uniaxial turning gyros are currently required for this.
  • This known solution becomes particularly complex when several devices are to be stabilized on a common carrier, since one gyro package is required for each device.
  • the inertial sensor block senses the movements of the tower coordinate system.
  • the output variables of the inertial sensor block are used as reference variables for the individual stabilization control loops of the devices.
  • Each device e.g. weapon, sight device, sighting device and the like
  • Each device is each provided with its own control loop with the device-specific bandwidths.
  • the position of the devices in relation to the carrier is detected with angle sensors, the output signals of which control actuating devices on the devices via closed control loops with a high bandwidth. Changes in the position or movement of the tower are therefore taken into account as a reference variable in the control loops of the devices.
  • a main battle tank 1 with a turret 2 is provided as a low-dynamic carrier.
  • a number of devices to be stabilized are mounted in the turret 2, in particular a cannon 4 as the main weapon of the tank, a commander's periscope 5 and a gunner aiming device 6.
  • the central sensor block 3 is mounted as a complete unit in the turret and detects the relatively slow turret movements relative to one earth fixed navigation coordinate system.
  • the central sensor block 3 (e.g. strapdown package) delivers position data or changes in position of the carrier (tower 2) via a data line 12 to a connection point 13 within a closed control loop 10, which for Stabilization of one of the devices 4, 5, 6 mounted in the tower 2 is used.
  • the position data of the carrier supplied at the connection point 13 serve in the control loop 10 as a subordinate reference variable.
  • the (relative) position data of the control loop 10 (actual data) are supplied by angle encoders, in particular resolvers 14.
  • the command variable determining the position of the carrier is superimposed and fed as a manipulated variable to one or more actuators 15 for the respective device.
  • an inertial central sensor system with accelerometers
  • data about the location, the position and the movements of the wearer are available.
  • the central sensor block (the analytical platform) provides the position of the vehicle in an earth-fixed navigation system, so that orientation in unknown terrain and in poor visibility or under difficult environmental conditions is facilitated.
  • the strapdown system also provides data on the speed and angular velocity of the tower for better fire control, for example to correct the muzzle velocity of the projectile of the cannon 4. All of this data is provided via a data bus 12 (FIG. 2).
  • a data bus 12 (FIG. 2).
  • point stabilization and dynamic lead formation can be implemented exactly.

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Abstract

Das Verfahren und die Einrichtung zur Stabilisierung eines auf einem niederdynamischen Träger (1, 2) (beispielsweise einem Panzer) montierten höherdynamischen Geräts (4, 5, 6) (beispielsweise Sichtgerät) sieht die Erfassung der Bewegungen des niederdynamischen Trägers (1, 2) durch einen zentralen Sensorblock (3) vor. Der (inertiale) zentrale Sensorblock (3) besteht entweder aus einem Kreiselpaket oder aus Kreisel- und Beschleunigungsmesserpaket in Strapdown-Technik. Die Stabilisierungsaufgabe wird in zwei Schritten gelöst, nämlich einmal durch Stabilisierungen der einzelnen hochdynamischen Geräte (4, 5, 6) bezüglich des Trägers (1, 2) in Regelschleifen mit einer dazu erforderlichen großen Bandbreite. Zum anderen wird die sehr viel langsamere und durch den zentralen Sensorblock (3) erfaßte Trägerbewegung in einer überlagerten Schleife mit entsprechend niedrigerer Bandbreite zur Kompensation durch die Vorgabe einer Führungsgröße für die Regelschleifen der höherdynamischen Geräte bereitgestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines auf einem niederdynamischen Träger, z.B. einem Panzer, Schiff oder dergleichen, montierten höherdynami­schen Geräts, bei dem die Bewegungen des niederdynami­schen Trägers durch einen zentralen Sensorblock auf dem Träger erfaßt werden.
  • Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3 zur Durchfüh­rung des Verfahrens.
  • Der Sensorblock kann dabei als inertiale Sensoren wenig­stens eine solche Anzahl von Kreiseln enthalten, daß die drei Drehbewegungskomponenten im Raume gemessen werden können (drei unabhängige Meßachsen) und zusätzlich je nach Ausführung drei einachsige Beschleunigungsmesser.
  • Aus der DE-Al-33 32 795 ist ein Feuerleit- und Naviga­tionssystem für bewegliche Waffenträger, insbesondere für Kampfpanzer bekannt, bei dem zur Primärstabilisierung beispielsweise eines Ziel- oder Sichtgeräts sowie zur Se­kundärstabilisierung einer Waffe ein einziger zentraler Sensorblock in Strapdown-Technologie verwendet wird, der zwei zweiachsige, trockene, dynamisch abgestimmte Kreisel und drei einachsige Beschleunigungsmesser unfaßt, und bei dem die Beschleunigungswerte bzw. Drehraten im Digital­format ausgegeben und verarbeitet werden. Mit diesem be­kannten System läßt sich prinzipiell eine exakte Feuer­ leitung sowie eine dynamische Punktstabilisierung der Waffe erreichen.
  • Um die mit dem bekannten Feuerleit- und Navigationssystem durch Verwendung eines Strapdown-Systems verbundenen Vor­teile nutzen zu können, muß jedoch außer der Waffe auch beispielsweise die Sichtlinie mit einem zentralen Sensor­paket stabilisiert werden. Dies bedeutet, daß beispiels­weise im Richtschützenzielgerät ein relativ kleiner Um­lenkspiegel mit einer im Vergleich zum Träger (Panzer) wesentlich höheren Dynamik zu stabilisieren ist. Nach diesem bekannten Verfahren müßten die Kreisel- und Be­schleunigungsmesser also an dem Umlenkspiegel angebracht werden und die inertialen Sensoren sowie die gesamte digi­tale Verarbeitung müßten für die hohe Bandbreite dieses Umlenkspiegels ausgelegt sein. Dies stellt hohe Anforde­rungen an die Dunamik des Sensorblocks insgesamt und an die Bandbreite der digitalen Regelung im besonderen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einem ver­gleichsweise niederdynamischen Träger montierte Geräte mit wesentlich höherer Dynamik in ihrer Lage im Raum auf technisch einfache Weise und mit flexibler Anpassungsmög­lichkeit an Art, Anzahl und individuelle Dynamik des ein­zelnen Geräts zu stabilisieren, wobei die gemeinsamen inertialen Sensoren am Träger angebracht sind.
  • Die Erfindung geht zunächst von der Erkenntnis aus, daß die auftretenden Störwinkel an einem vergleichsweise trä­gen Träger (Panzerturm) mit wachsender Frequenz schnell sehr klein werden. Für die nach der genannten DE-Al-Druck­schrift realisierte Stabilisierung der Panzerkanone ist dagegen immerhin eine etwa dreimal größere Bandbreite er­forderlich als die gemessene Bandbreite der Störwinkel am Panzerturm. Noch höhere technische Anforderungen stellt die Sichtlinienstabilisierung, für die sogar eine etwa fünfzehnmal größere Bandbreite der Regelkreise und Senso­ren erforderlich ist. Diese Grunderkenntnisse sind plau­sibel, da sich ein mehrere Tonnen schwerer Panzerturm nur relativ träge bewegen kann. Die leichtere Kanone zeigt schon eine höhere Dynamik und die relativ leichten Um­lenkspiegel der optischen Zieleinrichtungen (Zielfern­rohr des Richtschützen, Periskop des Kommandanten) weisen eine sehr hohe Dynamik auf.
  • Das im Patentanspruch 1 definierte erfindungsgemäße Ver­fahren zur Stabilisierung eines auf einem niederdynami­schen Träger montierten höherdynamischen Geräts löst die gestellte Aufgabe in zwei Schritten, nämlich durch
    - Stabilisierung der einzelnen hochdynamischen Geräte bezüglich des Trägers mit der dazu notwendigen großen Bandbreite und
    - Ermittlung und Kompensation der langsamen Trägerbewe­gung in einer überlagerten Regelschleife mit entspre­chend niedrigerer Bandbreite.
  • Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Stabilisierungsverfahrens ist Gegen­stand des Patentanspruchs 3.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in abhängigen Patentansprüchen gekennzeichnet.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, al­lein mit Hilfe eines gemeinsamen inertialen Sensorpakets (z.B. Strapdown-System) auf dem Träger und mit Winkelge­bern oder Drehgeschwindigkeitsgebern bzw. Winkelmeßgerä­ten, insbesondere Resolvern, an den Geräten eine Stabili­sierung der Geräte selbst durchzuführen. Von großer Be­deutung ist dabei, daß die Bandbreite des inertialen Sen­sorpakets nur so groß sein muß, daß die Bewegungen des niederdynamischen Trägers richtig erfaßt werden. Die Bandbreite des Trägers ist im allgemeinen deutlich klei­ner als die der zu stabilisierenden Geräte. Im Fall ei­ner analytischen Plattform als inertialem Sensorpaket liefert diese darüber hinaus ständig auch die Position und Lage des Trägers selbst und daraus abgeleitete Größen für zusätzliche Aufgaben, beispielsweise im Rahmen einer zentralen Feuerleitung. Die Anzahl der zu stabilisieren­den Geräte und deren Bandbreite ist im Prinzip nicht be­schränkt. Das Verfahren ermöglicht einen modularen Auf­bau in optimaler Weise und eignet sich für untershiedli­che Fahrzeugtypen unabhängig von der Anzahl der zu stabi­lisierenden Geräte. In einem Kampfpanzer beispielsweise wird für das Richtschützenzielgerät die höchste Stabili­sierungsgüte gefordert. Die Regelkreise für dieses Gerät mit den entsprechenden Winkelgebern werden also die höch­ste Bandbreite aufweisen. Die anderen zu stabilisierenden Geräte, beispielsweise ein Kommandantenperiskop und die Waffen, können dann mit Regelkreisen bestückt werden, de­ren Bandbreite individuell auf die Dynamik dieser Geräte abgestimmt ist.
  • Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens soll an einem Beispiel erläutert werden, bei dem die obige Vor­aussetzung hinsichtlich eines mechanisch steifen Trä­gers erfüllt ist. Als Träger wird ein gepanzertes Kampf­fahrzeug (Kampfpanzer) angenommen. Beweglich angebrachte Geräte sind also z.B. das Hauptzielfernrohr des Richt­schützen, das Periskop des Kommandanten und die Hauptwaf­fe des Panzers. Stabilisiert werden sollen in diesem Fall die Visierlinien der Richtschützen- und Kommandanten-Ziel­geräte sowie die Lage der Waffe. Nach der bisher üblichen Technik werden je zu stabilisierendem Gerät zwei einach­sige Wendekreisel mit entsprechenden Regelkreisen verwen­det. Die Stabilisierung erfolgt damit bezüglich Seite und Höhe für jedes Gerät einzeln. Dabei müssen die Kreisel als Sensoren und die Regelkreise zur Stabilisierung der Geräte jeweils eine so große Bandbreite aufweisen, daß die Bewegungen der Geräte im Raum vollständig erfaßt und stabilisiert werden können. Bei einem bekannten Kampfpan­zer sind dafür zur Zeit beispielsweise sechs einachsige Wendekreisel erforderlich. Diese bekannte Lösung wird al­so dann besonders aufwendig, wenn mehrere Geräte auf ei­nem gemeinsamen Träger zustabilisieren sind, da pro Ge­rät ein Kreiselpaket benötigt wird.
  • Im Gegensatz zu dieser weit verbreiteten Technik, aber auch in Verbesserung gegenüber dem in der genannten DE-Al-­Druckschrift genannten System wird mit der Erfindung ein Verfahren realisiert, das die fahrzeugfeste Montage eines zentralen Sensorblocks an geschützter Stelle zuläßt und gleichzeitig die Stabilisierung der höherdynamischen Ge­räte auf einfache Weise ermöglicht. Technisch sind zwei Fälle zu unterscheiden.
    • 1. Fall: Der zentrale Sensorblock besteht allein aus einem Kreiselpaket. Dieses Kreisepaket enthält dabei we­nigstens eine solche Anzahl von Kreiseln, daß in drei un­abhängigen Meßachsen Meßgrößen zur Verfügung stehen. Das bedeutet, daß bei z.B. zweiachsigen Kreiseln mindestens zwei Kreisel erforderlich und bei z.B. einachsigen Krei­seln mindestens drei Kreisel erforderlich sind. In diesem ersten Fall kann nur eine Stabilisierung der Geräte bezüg­lich des Inertialraums durchgeführt werden, ähnlich den zur Zeit in Kapmpfpanzern realisierten Systemen, aller­dings jetzt unter Verwendung nur eines einzigen Kreisel­pakets für alle Geräte.
    • 2. Fall: Der inertiale Sensorblock enthält nicht nur ein Kreiselpaket wie im Fall 1, sondern zusätzlich eine solche Anzahl von Beschleunigungsmessern, daß Meßwerte in drei unabhängigen Achsen zur Verfügung stehen. Ein sol­ches Sensorpaket steht beispielsweise mit einem Strapdown-­System (analytische Plattform) zur Verfügung. Ein solches Strapdown-System liefert z. B. Informationen über Posi­tion, Geschwindigkeit, Geschwindigkeitsänderung, Lage und Lageänderung des Trägers gegenüber einem erdbezogenen Na­vigationskoordinatensystem. Das bedeutet, daß hier vor­teilhaft eine Stabilisierung der Geräte gegen ein erdbe­zogenes Navigationskoordinatensystem realisiert werden kann.
  • In beiden Fällen sensiert der inertiale Sensorblock die Bewegungen des Turmkoordinatensystems. Erfindungsgemäß werden die Ausgangsgrößen des inertialen Sensorblocks als Führungsgrößen für die einzelnen Stabilisierungsregelkrei­se der Geräte verwendet. Jedes Gerät (z.B.Waffe, Sicht­gerät, Visiereinrichtung und dergleichen) ist jeweils mit einem eigenen Regelkreis mit den gerätespezifischen Band­breiten versehen. Die Lage der Geräte gegenüber dem Trä­ger (Turm des Kampfpanzers) wird mit Winkelgebern erfaßt, deren Ausgangssignale über geschlossene Regelschleifen hoher Bandbreite Stelleinrichtungen an den Geräten steu­ern. Lage- bzw. Bewegungsänderungen des Turms werden also als Führungsgröße in den Regelschleifen der Geräte be­rücksichtigt.
  • Vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden nachfol­gend unter Bezug auf die Zeichnung durch ein Ausführungs­beispiel veranschaulicht. Es zeigen:
    • Fig. 1. einen mit verschiedenen zu stabilisierenden Geräten bestückten Kampfpanzer als Geräteträ­ger, und
    • Fig. 2 eine Regelschleife hoher Dynamik zur Stabilisie­rung der Geräte, welcher Daten aus einem zen­tralen Sensorblock als Führungsgrößen unterla­gert werden.
  • Im Anschauungsbeispiel der Fig. 1 ist ein Kampfpanzer 1 mit Turm 2 als niederdynamischer Träger vorgesehen. Im Turm 2 ist eine Reihe von zu stabilisierenden Geräten montiert, insbesondere eine Kanone 4 als Hauptwaffe des Panzers, ein Kommandantenperiskop 5 sowie ein Richtschüt­zen-Zielgerät 6. Der zentrale Sensorblock 3 ist als kom­plette Einheit im Turm montiert und erfaßt die relativ langsamen Turmbewegungen gegenüber einem erdfesten Navi­gationskoordinatensystem.
  • Wie die Baugruppenanordnung der Fig. 2 erkennen läßt, liefert der zentrale Sensorblock 3 (z. B. Strapdown-Paket) über eine Datenleitung 12 Lagedaten bzw. Lageänderungen des Trägers (Turm 2) an einen Verknüpfungspunkt 13 inner­halb einer geschlossenen Regelschleife 10, die zur Stabi­lisierung eines der im Turm 2 montierten Geräte 4, 5, 6 dient. Die am Verknüpfungspunkt 13 zugeführten Lagedaten des Trägers dienen in der Regelschleife 10 als unterlager­te Führungsgröße. Die (relativen) Lagedaten der Regel­schleife 10 (Ist-Daten) werden durch Winkelgeber, insbe­sondere Resolver 14 geliefert. Am Verknüpfungspunkt 13 wird die die Lage des Trägers bestimmende Führungsgröße überlagert und als Stellgröße einem oder mehreren Stell­gliedern 15 für das jeweilige Gerät zugeführt.
  • Gegenüber den bisher üblichen Stabilisierungsverfahren ergeben sich insbesondere für Kampfpanzersysteme folgende erhebliche Vorteile:
  • Für den ersten Fall:
    • (a) Die inertialen Sensoren des zentralen Sensorblocks (der analytischen Plattform) können an geschützter Stelle angebracht sein, müssen also nicht mehr expo­niert werden.
    • (b) Größen- und Gewichtsbeschränkungen für den zentralen Sensorblock sind nicht mehr gegeben.
    • (c) Der zentrale Sensorblock in standardisierter Bauform ist leicht zugänglich und kann einfach gewartet wer­den.
    • (d) Mit einem inertialen Sensorblock lassen sich belie­big viele Geräte gleichzeitig stabilisieren.
    • (e) Der zentrale Sensorblock in Digitaltechnik muß nur mit so hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit ausgestat­tet werden, daß die Bewegungen des Trägers richtig beschrieben werden. Gleichzeitig können die Regel - kreise an den Geräten selbst weiterhin als schnelle Analogregelkreise ausgeführt werden. Dies ermöglicht kostengünstige Lösungen und den Einsatz von Stan­darsystemen beim zentralen Sensorblock.
    • (f) Im inertialen Sensorblock wird ein Satz hochwertiger Kreisel verwendet. Da z. B. Strapdown-Kreisel gegen­über den üblicherweise bei Panzerwaffen zur Stabili­sierung verwendeten Wendekreiseln eine deutlich höhe­re Lebensdauer aufweisen, erreicht man eine höhere Systemzuverlässigkeit und Verfügbarkeit.
    • (g) Strapdown-Kreisel in Navigationsqualität sind um Grö­ßenordnungen driftärmer als übliche Wendekreisel. Da­her ist die Naviationsinformation zusätzlich mit gu­ter Genauigkeit zu gewinnen.
  • Zusätzlich für den zweiten Fall:
    Verwendet man einen inertialen Sensorblock mit Beschleuni­gungsmesser (z. B. Strapdown-System), so bieten sich die folgenden weiteren Vorteile:
    • (h) Die Erddrehrate (maximal 4, 5 Strich/min) wird bei der Stabilisierung mitberücksichtigt und kompensiert, da bezüglich eines erdfesten Koordinatensystem stabili­siert wird. Dies bringt Vorteile bei der Beobachtung und Überwachung von Geländeteilen mit Hilfe einer Zieloptik.
    • (i) Die Transportrate des Trägers kann kompensiert wer­den. Dadurch ergibt sich auch beim Fahren ein drift­freies Bild, wenn es sich beispielsweise bei den zu stabilisierenden Geräten um ein Beobachtungs- oder Zielgerät handelt.
    • (j) Eine dreiachsige Stabilisierung ist ohne zusätzliche inertiale Sensoren möglich. Dadurch werden Drehbewe­gungen des Bildes um die Kantachse des Trägers ver­hindert und eine ruhige Bilddarstellung auf Sichtge­räten ermöglicht.
    • (k) Zur Berücksichtigung des Kantwinkels ist bisher ein Lotsensor erforderlich, der jedoch aufgrund der Er­findung entfallen kann, da seine Aufgabe vom zentra­len Sensorblock mit wahrgenommen wird.
  • Als vorteilhafter Teilaspekt der Erfindung aufgrund der Verwendung eines inertialen zentralen Sensorsystems mit Beschleunigungsmessern stehen Daten über den Ort, die La­ge und die Bewegungen des Trägers zur Verfügung. Daraus lassen sich im Falle eines gepanzerten Fahrzeugs weitere vorteilhafte Funktionen realisieren. So liefert der zen­trale Sensorblock (die analytische Plattform) die Posi­tion des Fahrzeugs in einem erdfesten Navigationssystem, so daß die Orientierung im unbekannten Gelände und bei schlechten Sichtverhältnissen oder unter schwierigen Um­gebungsbedingungen erleichtert ist. Das Strapdown-System liefert außerdem Daten über Geschwindigkeit und Winkelge­schwindigkeit des Turms für eine bessere Feuerleitung, beispielsweise zur Korrektur der Mündungsgeschwindigkeit des Geschosses der Kanone 4. Alle diese Daten werden über einen Datenbus 12 (Fig. 2) bereitgestellt. Weiterhin las­sen sich unter Zuhilfenahme von Entgernungsmessungen vom gepanzerten Fahrzeug zum Ziel eine Punktstabilisierung und eine dynamische Vorhaltbildung exakt realisieren.

Claims (11)

1. Verfahren zur Stabilisierung eines auf einem nie­derdynamischen Träger (2) montierten höherdynamischen Ge­räts (4, 5, 6), bei dem die Bewegungen des niederdynami­schen Trägers durch ein zentrales inertiales Sensorpa­ket (3) auf dem Träger (2) erfaßt werden,dadurch gekennzeichnet, daß
- das inertiale Sensorpaket (3) ein Kreiselpaket mit we­nigstens drei unabhängigen Meßachsen ist,
- die Bandbreite der Sensoren des zentralen Sensorblocks (3) nur für die Dynamik des Trägers (2) ausgelegt ist,
- die Lage des Geräts (4, 5, 6) relativ zum Träger (1, 2) durch mit diesem verbundene Winkelgeber (14) in wenig­stens zwei Achsen erfaßt wird,
- die Ausgangssignale der Winkelgeber (14) über eine ge­schlossene Regelschleife (10) mit einer an die höhere Dynamik des Geräts (4, 5, 6) angepaßten Bandbreite eine Stelleinrichtung (15) für das Gerät (4, 5, 6) beauf­schlagen, und daß
- der dem Gerät (4, 5, 6) zugeordneten Regelschleife (10) die mittels des zentralen Sensorblocks (3) ermittelte Lageänderung des Trägers (2) als Führungsgröße überla­gert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß
- das inertiale Sensorpaket (3) eine analytische Plattform (Strapdown-System) ist und daß
- der dem Gerät (4, 5, 6) zugeordneten Regelschleife (10) die mittels des zentralen Sensorblocks (3) ermittelte Lage und/oder Lageänderung des Trägers (2) als Führungs­größe überlagert wird.
3. Einrichtung zur Stabilisierung eines auf einem niederdynamischen Träger (2) montierten höherdynamischen Geräts (4, 5, 6),mit einem zentralen Sensorblock (3) am Träger (2) zur Bestimmung der Lageänderung des Trägers (2) gegenüber einem Inertialsystem, dadurch gekennzeichnet, daß
- der zentrale Sensorblock (3) ein Kreiselpaket mit we­nigstens drei unabhängigen Meßachsen ist,
- die Bandbreite der Sensoren des zentralen Sensorblocks (3) nur auf die Dynamik des Trägers (2) abgestimmt ist,
- das Gerät (4, 5, 6) mit Winkelgebern (14) versehen ist, die seine Lage relativ zum Träger (1, 2) in wenigstens zwei Achsen erfassen,
- die Ausgangssignale der Winkelgeber (14) eine Regel­schleife (10) mit einer an die höhere Dynamik des Ge­räts (4, 5, 6) angepaßten Bandbreite als Stellgröße für eine dem Gerät (4, 5, 6) zugeordnete Stelleinrichtung (15) beaufschlagen, und daß
- die durch den zentralen Sensorblock (3) ermittelten Si­gnale für den Träger (2) der Regelschleife (10) des zu stabilisierenden Geräts (4, 5, 6) als Führungsgröße überlagert sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­kennzeichnet, daß der zentrale Sensorblock (3) eine analytische Plattform (Strapdown-System) ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da­durch gekennzeichnet, daß das Gerät (4, 5, 6) mit drei Winkelgebern (14) zur Bestimmung sei­ner Lage relativ zum Träger (1, 2) in drei zueinander or­thogonalen Achsen bestückt ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da­durch gekennzeichnet, daß Resolver als Winkelgeber (14) eingesetzt sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da­durch gekennzeichnet, daß Tachoge­neratoren zur Messung von Drehgeschwindigkeiten verwen­det sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da­durch gekennzeichnet, daß den Gerä­ten (4, 5, 6) analoge Regelschleifen zugeordnet sind und daß die dem inertialen Sensorblock (3) zugeordnete Elektronik in Digitaltechnik ausgeführt ist.
9. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü­che 3 bis 8, dadurch gekennzeich­net, daß der Träger (1, 2) ein Panzer und das Gerät eine Kanone (4) oder eine Zieleinrichtung (6) oder ein Periskop (5) ist.
10. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 9,dadurch gekennzeichnet, daß die erforderlichen Navigationsrechnungen zur Ermitt­lung der Position des Trägers (1, 2) mit der digitalen Elektronik des zentralen Sensorpakets erfolgt.
11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Kompensation der ballistischen Störungen beim Abschuß und/oder die zur dynamischen Vorhaltbildung benötigten Meßwerte vom inertialen Sensorblock (3) ermittelt und für die Feuer­leitrechnung zur Verfügung gestellt werden.
EP86100960A 1986-01-24 1986-01-24 Einrichtung zur Stabilisierung hochdynamischer Geräte auf einem niederdynamischen Träger Expired - Lifetime EP0229864B2 (de)

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