JPH081384B2 - 安定した指向反射鏡 - Google Patents
安定した指向反射鏡Info
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- JPH081384B2 JPH081384B2 JP1502627A JP50262789A JPH081384B2 JP H081384 B2 JPH081384 B2 JP H081384B2 JP 1502627 A JP1502627 A JP 1502627A JP 50262789 A JP50262789 A JP 50262789A JP H081384 B2 JPH081384 B2 JP H081384B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reflector
- axis
- line
- sight
- mirror
- Prior art date
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G3/00—Aiming or laying means
- F41G3/22—Aiming or laying means for vehicle-borne armament, e.g. on aircraft
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G3/00—Aiming or laying means
- F41G3/22—Aiming or laying means for vehicle-borne armament, e.g. on aircraft
- F41G3/225—Helmet sighting systems
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明はジンバル構造の指向反射鏡の安定化、特にそ
のための簡単化され正確なシステムに関する。
のための簡単化され正確なシステムに関する。
特に指向反射鏡が移動しているビークルに設けられる
場合、視界のように慣性基準に関する角度的基本運動に
対して指向反射鏡を安定させることが重要である。ビー
クルに与えられる運動はｘ、ｙおよびｚまたはｉ、ｊお
よびｋ軸のいずれかもしくは全てを中心にした回転を介
して反射鏡に伝達される。
場合、視界のように慣性基準に関する角度的基本運動に
対して指向反射鏡を安定させることが重要である。ビー
クルに与えられる運動はｘ、ｙおよびｚまたはｉ、ｊお
よびｋ軸のいずれかもしくは全てを中心にした回転を介
して反射鏡に伝達される。
従来の安定化された指向反射鏡の構成は、別々のジン
バルによる基準慣性に結合された２速度積分、一次自由
度ジャイロスコープを使用している。こえらの従来の構
造は反射鏡を安定させるために適切に動作するが、一方
比較的多数の機械部品を必要としたため、指向反射鏡シ
ステムの複雑性および費用を高めていた。さらに電気お
よび機械部品の数が増加すると、エラーの可能性が高く
なり、その指向精度が低下する。
バルによる基準慣性に結合された２速度積分、一次自由
度ジャイロスコープを使用している。こえらの従来の構
造は反射鏡を安定させるために適切に動作するが、一方
比較的多数の機械部品を必要としたため、指向反射鏡シ
ステムの複雑性および費用を高めていた。さらに電気お
よび機械部品の数が増加すると、エラーの可能性が高く
なり、その指向精度が低下する。
このような従来のシステムは、ウォルフおよびツィシ
ス著“The Infrared Handbook"（prepared by the Infr
ared Information and Analysis（IRIA）Center,Enviro
nmental of Naval Research,Department of the Navy,W
ashington,D.C.,First Edition 1978,Revised Edition
1985,in Chapter22 entitled“Tracking System"pages
22−1 etseq.,specifically,pages 22−9 and 22−10）
において例示される。そこでは指向反射鏡はベルトまた
はバンドによって平衡した慣性バンド駆動装置およびジ
ャイロスコープ的に安定した基準に機械的に固定されて
いる。平衡した慣性バンド駆動装置およびジャイロスコ
ープ的に安定化された基準の一方または両方の平衡が保
持されている場合、反射鏡の平衡が保たれる。しかしな
がら、その構造が電気的および機械的に複雑であり、高
い帯域幅制御の実現または反射鏡から電子装置を介して
反射鏡に戻る電子・機械的ループの閉じることを妨げる
付加的な構造を伴う。知られているように、帯域幅が大
きくなると、減衰される周波数が高くなる。しかしなが
ら、上述のように機械部品がさらに複雑になるため、安
定した閉ループを実現することはさらに困難になる。問
題は主に十分な構造的一体性、すなわち入力要求に応答
する能力を持たない機構にあり、これは安定した閉ルー
プを損ない、結果的に反射鏡の振動となる。
ス著“The Infrared Handbook"（prepared by the Infr
ared Information and Analysis（IRIA）Center,Enviro
nmental of Naval Research,Department of the Navy,W
ashington,D.C.,First Edition 1978,Revised Edition
1985,in Chapter22 entitled“Tracking System"pages
22−1 etseq.,specifically,pages 22−9 and 22−10）
において例示される。そこでは指向反射鏡はベルトまた
はバンドによって平衡した慣性バンド駆動装置およびジ
ャイロスコープ的に安定した基準に機械的に固定されて
いる。平衡した慣性バンド駆動装置およびジャイロスコ
ープ的に安定化された基準の一方または両方の平衡が保
持されている場合、反射鏡の平衡が保たれる。しかしな
がら、その構造が電気的および機械的に複雑であり、高
い帯域幅制御の実現または反射鏡から電子装置を介して
反射鏡に戻る電子・機械的ループの閉じることを妨げる
付加的な構造を伴う。知られているように、帯域幅が大
きくなると、減衰される周波数が高くなる。しかしなが
ら、上述のように機械部品がさらに複雑になるため、安
定した閉ループを実現することはさらに困難になる。問
題は主に十分な構造的一体性、すなわち入力要求に応答
する能力を持たない機構にあり、これは安定した閉ルー
プを損ない、結果的に反射鏡の振動となる。
発明の要約 本発明は、２つの二次自由度ダイナミック同調ジャイ
ロスコープを使用することによってこれらおよびその他
の問題を解決するものである。ジャイロスコープは、反
射鏡が取付けられたビークルに設けられた反射鏡の妨害
によって発生された選択された角度的回転を感知するこ
とができるように反射鏡およびその支持構造に固定され
ている。
ロスコープを使用することによってこれらおよびその他
の問題を解決するものである。ジャイロスコープは、反
射鏡が取付けられたビークルに設けられた反射鏡の妨害
によって発生された選択された角度的回転を感知するこ
とができるように反射鏡およびその支持構造に固定され
ている。
好ましい実施例において、特定の組の回転角速度がそ
の他の速度全てに対して選択される。選択された角速度
は４つのベクトル、すなわち反射鏡の上下角を測定する
ベクトル、反射鏡垂線に対してある角度の方向のベクト
ル、方位角ジンバルの上下角を測定するベクトル、およ
び方位角ジンバルを測定するベクトルを含む。反射鏡垂
線に対してある角度の方向のベクトルの好ましい角度は
45゜であることが発見された。これら４つのベクトル
は、視線ピッチおよびヨー軸のそれぞれを中心とする反
射鏡の角運動の慣性ベクトル速度を計算するために使用
される。これらベクトルの後者の２つは加算すると視線
が安定する点でゼロに等しい。上記４つのベクトルの選
択は後者２つのベクトルを加算してゼロにするための計
算を簡単にする。式を簡単にするために、電子および機
械システムの両方が簡単化されることができ、それによ
って正確性が高くなる。
の他の速度全てに対して選択される。選択された角速度
は４つのベクトル、すなわち反射鏡の上下角を測定する
ベクトル、反射鏡垂線に対してある角度の方向のベクト
ル、方位角ジンバルの上下角を測定するベクトル、およ
び方位角ジンバルを測定するベクトルを含む。反射鏡垂
線に対してある角度の方向のベクトルの好ましい角度は
45゜であることが発見された。これら４つのベクトル
は、視線ピッチおよびヨー軸のそれぞれを中心とする反
射鏡の角運動の慣性ベクトル速度を計算するために使用
される。これらベクトルの後者の２つは加算すると視線
が安定する点でゼロに等しい。上記４つのベクトルの選
択は後者２つのベクトルを加算してゼロにするための計
算を簡単にする。式を簡単にするために、電子および機
械システムの両方が簡単化されることができ、それによ
って正確性が高くなる。
複数の目的および利点がそこから生じる。第１に本発
明の安定化された指向反射鏡構造は従来技術の構造に比
べて簡単である。その製造費用は、その他の既存する安
定化された指向反射鏡の知られている費用よりも著しく
減少される。本発明の二次自由度ダイナミック同調ジャ
イロスコープの対のために、別々のジンバルによる基準
慣性に結合された従来技術の２速度積分一次自由度ジャ
イロスコープの使用を避けることによって、機械部品の
個数の著しい減少が達成される。費用の減少に加えて、
機械部品の個数の減少は正確性を高める。
明の安定化された指向反射鏡構造は従来技術の構造に比
べて簡単である。その製造費用は、その他の既存する安
定化された指向反射鏡の知られている費用よりも著しく
減少される。本発明の二次自由度ダイナミック同調ジャ
イロスコープの対のために、別々のジンバルによる基準
慣性に結合された従来技術の２速度積分一次自由度ジャ
イロスコープの使用を避けることによって、機械部品の
個数の著しい減少が達成される。費用の減少に加えて、
機械部品の個数の減少は正確性を高める。
本発明のその他の目的および利点、並びにもっと完全
な内容は以下の実施例の説明および添付図面に示されて
いる。
な内容は以下の実施例の説明および添付図面に示されて
いる。
図面の簡単な説明 第1a図および第1b図は本発明の好ましい実施例であ
り、第1a図は基体として示されたビークル上に支持され
た指向反射鏡を示し、第1b図は反射鏡上で付勢される３
次元回転の妨害からの視線を安定させるために反射鏡を
安定させるシステムのブロック図である。
り、第1a図は基体として示されたビークル上に支持され
た指向反射鏡を示し、第1b図は反射鏡上で付勢される３
次元回転の妨害からの視線を安定させるために反射鏡を
安定させるシステムのブロック図である。
第２図は、第１図の反射鏡の斜視図であり、上下角お
よび方位軸並びに視線に沿った角度的回転ベクトルを示
す。
よび方位軸並びに視線に沿った角度的回転ベクトルを示
す。
第3a図および第3b図は、角速度信号から得られたベク
トル量の処理における数学的な計算のグラフィック（シ
ンボル的）表現である。
トル量の処理における数学的な計算のグラフィック（シ
ンボル的）表現である。
第４図は反射鏡およびその視線を安定させるときに使
用される数学的な計算のグラフィック（シンボル的）表
現である。
用される数学的な計算のグラフィック（シンボル的）表
現である。
好ましい実施例の説明 第1a図を参照すると、タンクのようなビーグル10は長
方形の平行６面体で表されている。ビーグルが移動する
と、それは３つの直交するように与えられた軸i,jおよ
びｋに沿って発生するものとして示され、角速度ベクト
ルωi,ωj,ωｋによって表された３次元的な妨害を受け
る。
方形の平行６面体で表されている。ビーグルが移動する
と、それは３つの直交するように与えられた軸i,jおよ
びｋに沿って発生するものとして示され、角速度ベクト
ルωi,ωj,ωｋによって表された３次元的な妨害を受け
る。
視線13を有する（第２図も参照）指向反射鏡12は、ブ
ラケット16が固定されているポスト14によってビーグル
10上に設けられている。視線13は反射鏡に垂直のライン
17から角度を付けられている。反射鏡12はシャフト18上
のブラケット16に設けられている。反射鏡は、両頭の矢
印19および20によってそれぞれ示されているようにシャ
フト18を中心にしてブラケット16に関して角度的に移動
されることができ、ブラケット16はポスト14に関して角
度的に移動されることができる。シャフト18はポスト14
に関して直交するように設けられているので、反射鏡12
はビーグル10に関する直交する２つの回転角度を有す
る。角度的回転のこれら２つの範囲は、シャフト18を通
過する上下角軸22、およびポスト14を通過する方位角軸
24を中心とするものである。方位角および上下角リゾル
バトルク装置23および25はそれぞれシャフト18およびポ
スト14に結合されている。
ラケット16が固定されているポスト14によってビーグル
10上に設けられている。視線13は反射鏡に垂直のライン
17から角度を付けられている。反射鏡12はシャフト18上
のブラケット16に設けられている。反射鏡は、両頭の矢
印19および20によってそれぞれ示されているようにシャ
フト18を中心にしてブラケット16に関して角度的に移動
されることができ、ブラケット16はポスト14に関して角
度的に移動されることができる。シャフト18はポスト14
に関して直交するように設けられているので、反射鏡12
はビーグル10に関する直交する２つの回転角度を有す
る。角度的回転のこれら２つの範囲は、シャフト18を通
過する上下角軸22、およびポスト14を通過する方位角軸
24を中心とするものである。方位角および上下角リゾル
バトルク装置23および25はそれぞれシャフト18およびポ
スト14に結合されている。
第２図において最も良く示されているように、角速度
ベクトルωi,ωj,ωｋで示されるような、ビーグル10上
で付勢される角度的妨害はポスト14およびブラケット16
を介して反射鏡12に伝達され、視線13を不安定にする。
この不安定性はそれぞれロール、ピッチおよびヨー軸で
ある直交軸r,eおよびｄに関する角度的運動として表さ
れてもよい。これらの軸に関する角度的運動は角速度ベ
クトルωr,ωｅおよびωｄによって表される。これらの
ベクトルの値は上下角軸22および方位角軸24に関する摂
動の分析によって非常に簡単に得ることができる。特
に、これらの軸のそれぞれに関する角度的妨害は上下角
軸22に対して角速度ベクトルω２ ＊，ω３′およびω４
＊および方位角軸24に対して角速度ベクトルω1,ω２お
よびω３によって表される。したがって、その角速度ベ
クトルωi,ωj,ωｋを通るビークル10上の入力妨害は、
ω２ ＊，ω３′，ω４ ＊，ω1,ω２およびω３から選択
された角速度ベクトルの選択されたものに相関されても
よい。以下に論じられるように、ωｄおよびωｅの値を
得てそれらの値をゼロにするために必要な計算を簡単に
するためにこれら後者の６つのベクトルを使用する必要
がある。
ベクトルωi,ωj,ωｋで示されるような、ビーグル10上
で付勢される角度的妨害はポスト14およびブラケット16
を介して反射鏡12に伝達され、視線13を不安定にする。
この不安定性はそれぞれロール、ピッチおよびヨー軸で
ある直交軸r,eおよびｄに関する角度的運動として表さ
れてもよい。これらの軸に関する角度的運動は角速度ベ
クトルωr,ωｅおよびωｄによって表される。これらの
ベクトルの値は上下角軸22および方位角軸24に関する摂
動の分析によって非常に簡単に得ることができる。特
に、これらの軸のそれぞれに関する角度的妨害は上下角
軸22に対して角速度ベクトルω２ ＊，ω３′およびω４
＊および方位角軸24に対して角速度ベクトルω1,ω２お
よびω３によって表される。したがって、その角速度ベ
クトルωi,ωj,ωｋを通るビークル10上の入力妨害は、
ω２ ＊，ω３′，ω４ ＊，ω1,ω２およびω３から選択
された角速度ベクトルの選択されたものに相関されても
よい。以下に論じられるように、ωｄおよびωｅの値を
得てそれらの値をゼロにするために必要な計算を簡単に
するためにこれら後者の６つのベクトルを使用する必要
がある。
反射鏡12から複数の角速度ベクトル値を得るために、
１対の二次自由度ジャイロスコープ26および28が反射鏡
12およびブラケット28にそれぞれ固定される。これらの
ジャイロスコープは通常の構造のダイナミックに同調さ
れたジャイロスコープを含む。それらはまたしばしば
“乾燥同調された”ジャイロスコープと呼ばれる。ジャ
イロスコープ26は、その上下角ジンバルに関して移動す
るときに上下角軸22に関する角度的妨害を検出するよう
に反射鏡12に固定される。したがって、ジャイロスコー
プ26は上下角ジンバルジャイロスコープとして参照され
てもよい。ジャイロスコープ28は方位角軸24に関する角
度的妨害を感知するようにブラケット16に固定され、し
たがってしばしば方位角ジンバルジャイロスコープとし
て参照される。本発明のためには、方位角ジンバルジャ
イロスコープ28によって感知されたθ２およびθ３、お
よび上下角ジンバルジャイロスコープ26によって感知さ
れたθ２ ＊およびθ４ ＊で示された４つの角度的妨害を
検出するだけでよい。
１対の二次自由度ジャイロスコープ26および28が反射鏡
12およびブラケット28にそれぞれ固定される。これらの
ジャイロスコープは通常の構造のダイナミックに同調さ
れたジャイロスコープを含む。それらはまたしばしば
“乾燥同調された”ジャイロスコープと呼ばれる。ジャ
イロスコープ26は、その上下角ジンバルに関して移動す
るときに上下角軸22に関する角度的妨害を検出するよう
に反射鏡12に固定される。したがって、ジャイロスコー
プ26は上下角ジンバルジャイロスコープとして参照され
てもよい。ジャイロスコープ28は方位角軸24に関する角
度的妨害を感知するようにブラケット16に固定され、し
たがってしばしば方位角ジンバルジャイロスコープとし
て参照される。本発明のためには、方位角ジンバルジャ
イロスコープ28によって感知されたθ２およびθ３、お
よび上下角ジンバルジャイロスコープ26によって感知さ
れたθ２ ＊およびθ４ ＊で示された４つの角度的妨害を
検出するだけでよい。
第1b図に示されているように、これら４つの角度的妨
害は角速度ベクトルω４ ＊，ω２ ＊，ω２およびω３を
提供するために角度的妨害入力を処理するアナログデジ
タル（A/D）変換器34、交換結合回路36およびノッチフ
ィルタ38を含む内部電子装置32によって適切にマイクロ
プロセッサ30内において変換される。マイクロプロセッ
サ30および電子装置32の両者並びにマイクロプロセッサ
のその他の全素子は通常のものである。好ましいマイク
ロプロセッサは、デジタル信号処理およびその他の高速
数値処理の適用に対して最適化された単一チップマイク
ロプロセッサを含む。それは１つの装置に計算ユニッ
ト、データアドレス発生器およびプログラムシーケンサ
お集積する。このようなマイクロプロセッサ30はマサチ
ューセッツ州、ノーウッドアナログ装置社が利用されて
もよく、アナログ装置社の製品パンフレットC1064−21
−4/87に記載されているそのDSPマイクロプロセッサ，
モデルADSP−2100を含む。このパンフレットはここで記
載されているようにこの装置のファイルラッパ内に含ま
れている。好ましく特定のマイクロプロセッサがここに
記載されているが、どのような等価なマイクロプロセッ
サまたは電子装置でも同様に利用され得ることを理解す
べきである。
害は角速度ベクトルω４ ＊，ω２ ＊，ω２およびω３を
提供するために角度的妨害入力を処理するアナログデジ
タル（A/D）変換器34、交換結合回路36およびノッチフ
ィルタ38を含む内部電子装置32によって適切にマイクロ
プロセッサ30内において変換される。マイクロプロセッ
サ30および電子装置32の両者並びにマイクロプロセッサ
のその他の全素子は通常のものである。好ましいマイク
ロプロセッサは、デジタル信号処理およびその他の高速
数値処理の適用に対して最適化された単一チップマイク
ロプロセッサを含む。それは１つの装置に計算ユニッ
ト、データアドレス発生器およびプログラムシーケンサ
お集積する。このようなマイクロプロセッサ30はマサチ
ューセッツ州、ノーウッドアナログ装置社が利用されて
もよく、アナログ装置社の製品パンフレットC1064−21
−4/87に記載されているそのDSPマイクロプロセッサ，
モデルADSP−2100を含む。このパンフレットはここで記
載されているようにこの装置のファイルラッパ内に含ま
れている。好ましく特定のマイクロプロセッサがここに
記載されているが、どのような等価なマイクロプロセッ
サまたは電子装置でも同様に利用され得ることを理解す
べきである。
角速度ベクトルに関連する電子装置32からの出力はベ
クトル加算および乗算装置40に供給され、そこで上下角
リゾルバ25から得られる反射鏡12の上下角度εｍと結合
される。装置40はそれぞれ利得および補償電子装置42お
よび44に供給される方位角速度エラーωｄおよび上下角
速度エラーωｅを含む１対の出力を生成する。これらの
エラー信号はそれぞれ方位角速度命令装置46および上下
角速度命令装置48によって修正されてもよい。装置46お
よび48は通常の構造であり、一般的に操縦桿によって動
作される。
クトル加算および乗算装置40に供給され、そこで上下角
リゾルバ25から得られる反射鏡12の上下角度εｍと結合
される。装置40はそれぞれ利得および補償電子装置42お
よび44に供給される方位角速度エラーωｄおよび上下角
速度エラーωｅを含む１対の出力を生成する。これらの
エラー信号はそれぞれ方位角速度命令装置46および上下
角速度命令装置48によって修正されてもよい。装置46お
よび48は通常の構造であり、一般的に操縦桿によって動
作される。
利得および補償装置に供給された信号は、デジタルア
ナログ（D/A）変換器50および52によってアナログ信号
に変換される。その後、これらのアナログ信号はジンバ
ル方位角トルク装置命令およびジンバル上下角トルク装
置命令のそれぞれに関して通常の構造のパワー増幅器54
および56に供給される。増幅された信号は、方位角トル
ク装置およびリゾルバ25および上下角トルク装置および
リゾルバ23にそれぞれ供給される方位角安定ループ58お
よび上下角安定ループ60に沿って前進する。
ナログ（D/A）変換器50および52によってアナログ信号
に変換される。その後、これらのアナログ信号はジンバ
ル方位角トルク装置命令およびジンバル上下角トルク装
置命令のそれぞれに関して通常の構造のパワー増幅器54
および56に供給される。増幅された信号は、方位角トル
ク装置およびリゾルバ25および上下角トルク装置および
リゾルバ23にそれぞれ供給される方位角安定ループ58お
よび上下角安定ループ60に沿って前進する。
速度ベクトルω４ ＊およびω２ ＊のフィードバックは
また電子装置32の出力から取り出され、ジャイロスコー
プの場合のループ60を通じてジャイロスコープ26に信号
を戻すジャイロスコープトルク装置増幅器58に供給され
る。同様にベクトル出力ω２およびω３の信号はジャイ
ロスコープの場合のループ64を通じてジャイロスコープ
28に送信される信号を出力するジャイロスコープトルク
装置増幅器62に供給される。
また電子装置32の出力から取り出され、ジャイロスコー
プの場合のループ60を通じてジャイロスコープ26に信号
を戻すジャイロスコープトルク装置増幅器58に供給され
る。同様にベクトル出力ω２およびω３の信号はジャイ
ロスコープの場合のループ64を通じてジャイロスコープ
28に送信される信号を出力するジャイロスコープトルク
装置増幅器62に供給される。
種々のベクトル量の処理は第3a図および第3b図を参照
して理解することができる。第3a図および第3b図はベク
トル量の処理のグラフィック表示であり、ピオグラムを
使用することによって部分的に説明される（リチャード
L.ピオ著“Algebra of Piograms or Orthogonal Transf
ormations Made Easy",Hughes Aircraft Company Repor
t No.M78−170,copyright 1978,1981,and 1985を参
照）。またリチャードL.ピオ著“Euler Angle Transfor
mations",IEEE Transactions on Automatic Control,Vo
lume AC−11,No.4,pages707−715,October 1966も参照
される。特にピオグラムは座標変換の代表的な表記であ
る。第４図を参照すると、ベクトルωｉおよびωｊによ
って表された角度的妨害がピオグラム64において設けら
れた反射鏡21の方位角度で引起こされたη変換処理を通
じてベクトル量ω１およびω２に変換される。反射鏡12
の上下角度−εｍによる類似した変換は、ピオグラム68
によって示されたように発生する。これらの変換は共に
運動学的に発生する。ライン68はまた運動通路を表す。
出力信号は、第４図において図面における明瞭化のため
に２つのブロック30（１）および30（２）に分割されて
いるマイクロプロセッサ30に供給される。複数のベクト
ル量の電子処理は以下の式にしたがって計算される： （１）ωｅ＝２ω２ ＊−ω２ （２）ωｄ＝ω３＋（2sinεｍ）（ω４ ＊） 式（１）は一部分30（１）として示されたマイクロプ
ロセッサ30のその部分内において処理されるものとして
示され、式（２）はその一部分30（２）内において処理
される。各囲み70内の数学的表記は各ループ内の利得お
よび補償を表す。矢印58および60はそれぞれ第1a図およ
び第1b図にも示されている方位角安定ループおび上下角
安定ループを示す。各ベクトル量ωｅおよびωｄが共に
ゼロになるように処理された場合、視線13は安定する。
して理解することができる。第3a図および第3b図はベク
トル量の処理のグラフィック表示であり、ピオグラムを
使用することによって部分的に説明される（リチャード
L.ピオ著“Algebra of Piograms or Orthogonal Transf
ormations Made Easy",Hughes Aircraft Company Repor
t No.M78−170,copyright 1978,1981,and 1985を参
照）。またリチャードL.ピオ著“Euler Angle Transfor
mations",IEEE Transactions on Automatic Control,Vo
lume AC−11,No.4,pages707−715,October 1966も参照
される。特にピオグラムは座標変換の代表的な表記であ
る。第４図を参照すると、ベクトルωｉおよびωｊによ
って表された角度的妨害がピオグラム64において設けら
れた反射鏡21の方位角度で引起こされたη変換処理を通
じてベクトル量ω１およびω２に変換される。反射鏡12
の上下角度−εｍによる類似した変換は、ピオグラム68
によって示されたように発生する。これらの変換は共に
運動学的に発生する。ライン68はまた運動通路を表す。
出力信号は、第４図において図面における明瞭化のため
に２つのブロック30（１）および30（２）に分割されて
いるマイクロプロセッサ30に供給される。複数のベクト
ル量の電子処理は以下の式にしたがって計算される： （１）ωｅ＝２ω２ ＊−ω２ （２）ωｄ＝ω３＋（2sinεｍ）（ω４ ＊） 式（１）は一部分30（１）として示されたマイクロプ
ロセッサ30のその部分内において処理されるものとして
示され、式（２）はその一部分30（２）内において処理
される。各囲み70内の数学的表記は各ループ内の利得お
よび補償を表す。矢印58および60はそれぞれ第1a図およ
び第1b図にも示されている方位角安定ループおび上下角
安定ループを示す。各ベクトル量ωｅおよびωｄが共に
ゼロになるように処理された場合、視線13は安定する。
変換64は、ロールおよびピッチ速度ωｉおよびωｊが
方位角ジンバルのロール軸に関する慣性速度であるベク
トル量ω１および方位角ジンバルのピッチ軸に関する慣
性速度であるω２を得るためにη変換処理を通じてどの
ように決定されるかを示す。同様に、速度ベクトルω１
およびω３は、反射鏡12のその法線に対して45゜の角度
の軸に関する角度的運動の慣性速度であるω４ ＊および
本発明において使用されない別の出力を得るために−ε
ｍ変換によって決定される。
方位角ジンバルのロール軸に関する慣性速度であるベク
トル量ω１および方位角ジンバルのピッチ軸に関する慣
性速度であるω２を得るためにη変換処理を通じてどの
ように決定されるかを示す。同様に、速度ベクトルω１
およびω３は、反射鏡12のその法線に対して45゜の角度
の軸に関する角度的運動の慣性速度であるω４ ＊および
本発明において使用されない別の出力を得るために−ε
ｍ変換によって決定される。
特に、第１図および第２図は本発明の動作を説明する
ために必要な座標系を定める。センサ視線13は常に固定
されており、方位角または上下角軸24,22のいずれかに
関して反射鏡12の回動位置を導くことは反射鏡の視線13
を向けることであることに留意すべきである。
ために必要な座標系を定める。センサ視線13は常に固定
されており、方位角または上下角軸24,22のいずれかに
関して反射鏡12の回動位置を導くことは反射鏡の視線13
を向けることであることに留意すべきである。
第１図および第２図に示された用語の座標系定義は： ωi,ωj,ωｋ＝ロール、ピッチおよびヨー軸（i,jおよ
びｋ）のそれぞれを中心とする慣性基本速度 ω1,ω2,ω３＝ロール、ピッチおよびヨー軸のそれぞれ
を中心とする方位角ジンバルの慣性速度 ω４ ＊，ω２ ＊，ω３′＝反射鏡法線17から45゜の軸1
3、反射鏡上下角軸22および初めの２つの軸に直角な軸2
4を中心とする反射鏡の慣性速度 ω４ ＊，ω２ ＊，ω３ ＊＝反射鏡法線17、反射鏡上下角
軸22および初めの２つの軸に直角な軸を中心とする反射
鏡の慣性速度 ωr,ωe,ωｄ＝それぞれ視線のロール、ピッチおよびヨ
ー軸の慣性速度 η，ωｍ＝方位角および上下角軸のそれぞれに関する回
転速度 上記で定められた慣性速度間の幾何学的関係は第3a図
および第3b図に示されたピオグラムによって示される。
びｋ）のそれぞれを中心とする慣性基本速度 ω1,ω2,ω３＝ロール、ピッチおよびヨー軸のそれぞれ
を中心とする方位角ジンバルの慣性速度 ω４ ＊，ω２ ＊，ω３′＝反射鏡法線17から45゜の軸1
3、反射鏡上下角軸22および初めの２つの軸に直角な軸2
4を中心とする反射鏡の慣性速度 ω４ ＊，ω２ ＊，ω３ ＊＝反射鏡法線17、反射鏡上下角
軸22および初めの２つの軸に直角な軸を中心とする反射
鏡の慣性速度 ωr,ωe,ωｄ＝それぞれ視線のロール、ピッチおよびヨ
ー軸の慣性速度 η，ωｍ＝方位角および上下角軸のそれぞれに関する回
転速度 上記で定められた慣性速度間の幾何学的関係は第3a図
および第3b図に示されたピオグラムによって示される。
視線13を安定させるために、慣性速度ωｅおよびωｄ
は任意の基本運動入力速度ωi,ωｊまたはωｋに対して
ゼロでなければならない。
は任意の基本運動入力速度ωi,ωｊまたはωｋに対して
ゼロでなければならない。
上下角安定化の獲得および実現が最初に論じられ、続
いて方位角に関して述べられる。
いて方位角に関して述べられる。
第3a図および第3b図から２つの式は以下のように書か
れることができる： （３）２＝ωｅ−ω２ （４）ｍ＝ω２ ＊−ω２ 上下角安定化ωｅ≡０に対して、式（３）は： （５）０＝２ｍ＋ω２ 式（４）を書き直すと、 （４）ω２ ＊＝ｍ＋ω２ 式（４）を２で乗算し、式（５）から減算すると、 または （６）２ω２ ＊−ω２＝０ 式（６）は反射鏡上下角慣性速度（ω２ ＊）および方
位角ジンバルの上下角慣性速度（ω２）の測定値を必要
とする。これらの測定値は２つのダイナミック同調ジャ
イロスコープによって与えられる。上記に述べられたよ
うに、あるジャイロスコープは上下角ジンバルまたは反
射鏡の軸上に設けられ、別のジャイロスコープは方位角
ジンバル上に設けられる。各ダイナミック同調ジャイロ
スコープの残った２つの軸の方位付けは方位安定化を実
行する必要性によって設定される。
れることができる： （３）２＝ωｅ−ω２ （４）ｍ＝ω２ ＊−ω２ 上下角安定化ωｅ≡０に対して、式（３）は： （５）０＝２ｍ＋ω２ 式（４）を書き直すと、 （４）ω２ ＊＝ｍ＋ω２ 式（４）を２で乗算し、式（５）から減算すると、 または （６）２ω２ ＊−ω２＝０ 式（６）は反射鏡上下角慣性速度（ω２ ＊）および方
位角ジンバルの上下角慣性速度（ω２）の測定値を必要
とする。これらの測定値は２つのダイナミック同調ジャ
イロスコープによって与えられる。上記に述べられたよ
うに、あるジャイロスコープは上下角ジンバルまたは反
射鏡の軸上に設けられ、別のジャイロスコープは方位角
ジンバル上に設けられる。各ダイナミック同調ジャイロ
スコープの残った２つの軸の方位付けは方位安定化を実
行する必要性によって設定される。
第４図には、上下角安定化に対する簡単なサーボブロ
ック図も示されている。
ック図も示されている。
この実施例においてω２ ＊はωｅ＝０にする関係を満
足するω２の1/2倍に常に等しいようにサーボ駆動され
る。
足するω２の1/2倍に常に等しいようにサーボ駆動され
る。
方位角安定化に関して、この構造には基準ジンバルが
ないので、方位角安定速度は慣性ジャイロスコープによ
り直接的に測定されることができない。しかしながら、
簡単な実施例は方位角に関して慣性方位角ジンバル速度
を測定し、反射鏡に固定されているが反射鏡法線から45
゜回転された速度である慣性速度ω４ ＊を測定するもの
である。
ないので、方位角安定速度は慣性ジャイロスコープによ
り直接的に測定されることができない。しかしながら、
簡単な実施例は方位角に関して慣性方位角ジンバル速度
を測定し、反射鏡に固定されているが反射鏡法線から45
゜回転された速度である慣性速度ω４ ＊を測定するもの
である。
第3a図および第3b図から以下の式を導くことができ
る： （７）ωｄ＝ω3cos2εｍ＋ω1sin2εｍ （８）ω４ ＊＝ω1cosεｍ−ω3sinεｍ 式（８）からω１に関して解くと、 （９）ω１＝ω４ ＊/cosεｍ＋ω3tanεｍ 式（９）を（７）に置換すると、 ωｄ＝ω3cos2εｍ＋sin2εｍ（ω４ ＊/cosεｍ＋ω3ta
nεｍ） ωｄ＝ω３（cos2εｍ＋sin2εmtanεｍ）＋ω４ ＊（si
n2εm/cosεｍ） cos2εｍ＋sin2εmtanεｍ≡１ および （sin2εm/cosεｍ）＝2sinεｍ したがって、ωｄ＝ω３＋２ω４ ＊sinεｍ 角速度ベクトルω３は式（10）を満足し、ωｄ＝０に
する−２ω４ ＊sinεｍに常に等しいようにサーボ駆動
される。角速度ベクトルω３は方位角ジンバルに設けら
れたジャイロスコープ28の別の利用可能な軸から得られ
る。角速度ベクトルω４ ＊は反射鏡に設けられた上下角
ジャイロスコープ26の別の利用可能な軸から得られる。
る： （７）ωｄ＝ω3cos2εｍ＋ω1sin2εｍ （８）ω４ ＊＝ω1cosεｍ−ω3sinεｍ 式（８）からω１に関して解くと、 （９）ω１＝ω４ ＊/cosεｍ＋ω3tanεｍ 式（９）を（７）に置換すると、 ωｄ＝ω3cos2εｍ＋sin2εｍ（ω４ ＊/cosεｍ＋ω3ta
nεｍ） ωｄ＝ω３（cos2εｍ＋sin2εmtanεｍ）＋ω４ ＊（si
n2εm/cosεｍ） cos2εｍ＋sin2εmtanεｍ≡１ および （sin2εm/cosεｍ）＝2sinεｍ したがって、ωｄ＝ω３＋２ω４ ＊sinεｍ 角速度ベクトルω３は式（10）を満足し、ωｄ＝０に
する−２ω４ ＊sinεｍに常に等しいようにサーボ駆動
される。角速度ベクトルω３は方位角ジンバルに設けら
れたジャイロスコープ28の別の利用可能な軸から得られ
る。角速度ベクトルω４ ＊は反射鏡に設けられた上下角
ジャイロスコープ26の別の利用可能な軸から得られる。
したがって、安定させた反射鏡の構成は反射鏡上に設
けられたものと、方位角ジンバルに設けられたものの２
つのダイナミック同調ジャイロスコープにより達成され
る。方位角ジンバルヨークおよび反射鏡は、ジンバル構
造の反射鏡を駆動するためにトルク装置およびベアリン
グの寸法を最小にするように軽量化されることができ
る。これは製造費用に直接的な影響を及ぼす。
けられたものと、方位角ジンバルに設けられたものの２
つのダイナミック同調ジャイロスコープにより達成され
る。方位角ジンバルヨークおよび反射鏡は、ジンバル構
造の反射鏡を駆動するためにトルク装置およびベアリン
グの寸法を最小にするように軽量化されることができ
る。これは製造費用に直接的な影響を及ぼす。
本発明は特定の実施例に関して記載されているが、種
々の変化および修正が本発明の技術的範囲を逸脱するこ
となく実行されてもよいことが確認されるべきである。
々の変化および修正が本発明の技術的範囲を逸脱するこ
となく実行されてもよいことが確認されるべきである。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 7/198
Claims (6)
- 【請求項１】その上下角および方位角軸に関する視線お
よびジンバル構造と、反射鏡を安定させて反射鏡上に作
用する３次元回転妨害に対して視線を安定させるために
反射鏡に結合されたシステムとを有する指向反射鏡にお
いて、 反射鏡に垂直なラインから角度を付けられた軸および上
下角軸のそれぞれを中心とする反射鏡の角運動の慣性速
度を与える電子手段に結合されている、反射鏡に固定さ
れ上下角軸上に設けられた第１の二次自由度ジャイロス
コープと、 反射鏡のピッチおよびヨー軸のそれぞれに関する反射鏡
の角度運動の慣性速度を提供する電子手段に結合されて
いる反射鏡に固定され方位角軸上に設けられた第２の二
次自由度ジャイロスコープと、 慣性速度からの視線ピッチおよびヨー軸を中心とする反
射鏡の角運動のそれぞれの慣性速度を計算する手段と、 慣性速度を加算してゼロにし、その視線を安定させるた
めにその上下角軸および方位角軸に関して反射鏡を駆動
する手段とを含む指向反射鏡。 - 【請求項２】前記第１および第２のジャイロスコープは
ダイナミック同調二次自由度ジャイロスコープを含む請
求項１記載の指向反射鏡および視線安定システム。 - 【請求項３】その軸を中心とする慣性速度が第１の二次
自由度ジャイロスコープによって感知される角度を付け
られた軸は、法線から45゜に設けられている請求項１記
載の指向反射鏡および視線安定システム。 - 【請求項４】前記計算手段は式： ωｅ＝２ω２ ＊−ω2, ωｄ＝ω３＋（2sinεｍ）（ω４ ＊） にしたがって数学的に慣性速度を相関させ、ここでεｍ
は反射鏡の上下角軸を中心とする回転角である請求項３
記載の指向反射鏡および視線安定システム。 - 【請求項５】反射鏡の上下角軸および方位角軸を中心と
する反射鏡の運動を命令する手段を含む請求項４記載の
指向反射鏡および視線安定システム。 - 【請求項６】前記駆動手段は反射鏡の上下角および方位
角軸に関して反射鏡を角度的に運動するために反射鏡に
結合された構造に固定されたトルク装置を含む請求項５
記載の指向反射鏡および視線安定システム。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/146,993 US4883347A (en) | 1988-01-22 | 1988-01-22 | Stabilized pointing mirror |
| US146,993 | 1988-01-22 | ||
| PCT/US1988/004310 WO1989006779A1 (en) | 1988-01-22 | 1988-12-05 | Stabilized pointing mirror |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02503240A JPH02503240A (ja) | 1990-10-04 |
| JPH081384B2 true JPH081384B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=22519906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1502627A Expired - Fee Related JPH081384B2 (ja) | 1988-01-22 | 1988-12-05 | 安定した指向反射鏡 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4883347A (ja) |
| EP (1) | EP0356502B1 (ja) |
| JP (1) | JPH081384B2 (ja) |
| KR (1) | KR920006670B1 (ja) |
| AU (1) | AU598166B2 (ja) |
| DE (1) | DE3873760T2 (ja) |
| ES (1) | ES2012224A6 (ja) |
| IL (1) | IL88607A (ja) |
| TR (1) | TR23673A (ja) |
| WO (1) | WO1989006779A1 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5220456A (en) * | 1991-12-06 | 1993-06-15 | Gec-Marconi Electronic Systems Corp. | Mirror positioning assembly for stabilizing the line-of-sight in a two-axis line-of-sight pointing system |
| US5195707A (en) * | 1992-05-12 | 1993-03-23 | Ignatuk Wayne R | Optic positioning device |
| US5626424A (en) * | 1994-07-21 | 1997-05-06 | Raytek Subsidiary, Inc. | Dual light source aiming mechanism and improved actuation system for hand-held temperature measuring unit |
| US6362918B1 (en) * | 1994-10-27 | 2002-03-26 | Yishay Netzer | Compact keplerian telescope |
| FR2738925B1 (fr) * | 1995-09-19 | 1997-11-21 | Sagem | Dispositif de visee optique stabilisee |
| US5815302A (en) * | 1995-10-11 | 1998-09-29 | Hughes Electronic | Viewing apparatus with a counterbalanced and articulated mirror |
| US6042240A (en) * | 1997-02-20 | 2000-03-28 | Strieber; Louis Charles | Adjustable three dimensional focal length tracking reflector array |
| GB2345155B (en) * | 1998-12-23 | 2003-04-09 | Marconi Avionics | Sightline stabilisation |
| US6396235B1 (en) * | 2001-01-05 | 2002-05-28 | Engineered Support Systems, Inc. | Stabilized common gimbal |
| US6576891B2 (en) * | 2001-02-16 | 2003-06-10 | Raytheon Company | Gimbaled scanning system and method |
| ES2345807B1 (es) * | 2009-03-31 | 2011-07-26 | Alfredo Valles Navarro | Dispositivo estabilizador de un haz de luz o de imagenes. |
| DE102013202292A1 (de) * | 2013-02-13 | 2014-01-30 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Schwingungsdämpfung optischer Elemente |
| US9857198B2 (en) * | 2015-02-04 | 2018-01-02 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Apparatus and method for inertial sensor calibration |
| RU2625643C1 (ru) * | 2016-09-01 | 2017-07-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Гиростабилизатор оптических элементов |
| US10189580B2 (en) | 2017-06-16 | 2019-01-29 | Aerobo | Image stabilization and pointing control mechanization for aircraft imaging systems |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB657669A (en) * | 1943-08-30 | 1951-09-26 | Arend Willem Kuijvenhoven | Gyroscopic stabilising apparatus |
| US2811042A (en) * | 1954-04-02 | 1957-10-29 | Kenyon Lab Inc | Stabilizer for sighting devices |
| FR1422904A (fr) * | 1964-10-01 | 1966-01-03 | Lunette de visée panoramique | |
| CH479931A (de) * | 1965-12-21 | 1969-10-15 | Gross Daniel | Vorrichtung an optischen Geräten zur Stabilisierung der durch Erschütterungen derselben bedingten Bewegungen ihrer Bilder zwecks Verbesserung ihrer Leistung |
| US3518016A (en) * | 1966-05-06 | 1970-06-30 | Mc Donnell Douglas Corp | Gyroscopically controlled image stabilization system |
| FR1549505A (ja) * | 1967-10-31 | 1968-12-13 | ||
| FR1563217A (ja) * | 1968-03-01 | 1969-04-11 | ||
| US3756687A (en) * | 1971-09-23 | 1973-09-04 | Dynasciences Corp | Dual gyro mechanically coupled image motion compensator having non-linear damping means |
| US4015905A (en) * | 1976-02-18 | 1977-04-05 | Westinghouse Electric Corporation | Target sighting device |
| US4062126A (en) * | 1976-11-08 | 1977-12-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Deadband error reduction in target sight stabilization |
| FR2472735B1 (fr) * | 1979-12-26 | 1985-08-16 | Sagem | Perfectionnements aux dispositifs de visee pour vehicules |
| US4387971A (en) * | 1980-09-30 | 1983-06-14 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Dynamic damping system |
| US4367913A (en) * | 1981-05-29 | 1983-01-11 | Westinghouse Electric Corp. | Inertially dampened heliostat assembly |
| GB2149259B (en) * | 1983-11-04 | 1987-08-05 | Ferranti Plc | Improvements relating to sightline stabilising apparatus |
-
1988
- 1988-01-22 US US07/146,993 patent/US4883347A/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-12-05 JP JP1502627A patent/JPH081384B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1988-12-05 KR KR1019890701750A patent/KR920006670B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1988-12-05 WO PCT/US1988/004310 patent/WO1989006779A1/en active IP Right Grant
- 1988-12-05 EP EP89902707A patent/EP0356502B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-12-05 DE DE8989902707T patent/DE3873760T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1988-12-05 AU AU31911/89A patent/AU598166B2/en not_active Ceased
- 1988-12-06 IL IL88607A patent/IL88607A/xx not_active IP Right Cessation
-
1989
- 1989-01-12 TR TR89/0050A patent/TR23673A/xx unknown
- 1989-01-13 ES ES8900125A patent/ES2012224A6/es not_active Expired - Fee Related
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| IL88607A (en) | 1992-06-21 |
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| KR920006670B1 (ko) | 1992-08-14 |
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|---|---|---|---|
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