NO136992B - Fremgangsm}te til og apparat for } bestemme et legemes posisjon i forhold til en siktelinje. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til og apparat

for å bestemme et legemes posisjon i forhold til en siktelinje, omfattende retting av en elektromagnetisk stråle med forhåndsbestemt karakter langs siktelinjen, periodisk modulasjon av strålen ved hjelp av en modulasjonsinnretning mellom strålekilden og legemet, i legemet avføling av den modulerte strålen og frembringelse av et første signal som representerer en første koordinat for legemets posisjon innenfor strålens tverrsnitt, og et andre signal som representerer en andre koordinat for legemets innenfor strålens tverrsnitt.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte til og et apparat for å styre prosjektiler.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at hver modulasjonsperiode omfatter en første fase i hvilken strålens tverrsnittsareal varieres bare i en første koordinatretning i forhold til siktelinjen, og en etterfølgende andre fase i hvilken tverrsnittsarealet varieres i en andre koordinatretning i forhold til siktelinjen, idet variasjonen av tverrsnittsarealet av strålen i begge koordinatretninger ligger mellom en posisjon i hvilken ingen del av strålen passerer modulasjonsinnretningen, og en posisjon i hvilken maksimalt tverrsnittsareal av strålen passerer modulasjonsinnretningen, og at tidsperioden i hvilken strålen har tilstrekkelig tverrsnittsareal til å bli mottatt av føleren,avføles i legemet og det første og andre signal frembringes derav i tur og orden.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av kravene 2-15.

Et utførelseseksempel på oppfinnelsen skal nedenfor

beskrives nærmere under henvisning til tegningen.

Fig. 1 viser skjematisk at aksialt .snitt gjennom en innretning for utsendelse av strålen av elektromagnetiske bølger i et apparat ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser det roterende blenderorgan på fig. 1

sett forfra.

Fig. 3a,b,c og d viser i utsnitt forskjellige posi-sjoner av det bevegelige blenderorgan i forhold til det faststående blenderorgan på fig. 2. Fig. 1 viser en divergerende laserkilde 1 som leverer en laserstråle 2 som samles i en samlelinse 3- Den samlede laserstråle gjøres delvis diffus ved hjelp av en spredplate if eller lignende og leveres som en hovedsakelig parallell stråle gjennom en faststående blenderåpning 5- Den faststående blenderåpning 5 er anordnet i et hus 6 hvis indre er matt sort.

Foran blenderåpningen er anordnet et sirkelformet roterende blenderorgan 7 som roterer med konstant vinkel-hastighet ved hjelp av en motor 8. Det roterende blenderorgan 7 .er forsynt med et modulasjonsvindu 10 som strålen passerer på sin vei til en linse 9 som fokuserer laserstrålen 2 i ønsket grad.

Som det fremgår av fig. 2 har modulasjonsvinduet 10 en buet kileform i rotasjonsretningen. Det roterende blenderorgan 7 har videre et referansevindu 11 og roterer mot ur-viseren som antydet med pilen A.

Modulasjonsvinduet 10 er begrenset av en indre sirkelbueformet kant 12 med konstant radius konsentrisk med rotasjonsaksen for organet 7. Videre har modula.s jons vinduet en ytre kant 13 med en del 13a som danner en del av en spiral med sentrum i rotasjonsaksen for organet 7 og som i den forreste ende møter den indre kant 12 i et punkt 1^. Den ytre kant 13 har .videre en del 13b ved den bakre ende 15 med konstant radius.

Modulasjonsvinduets bakre kant 16 strekker seg radialt i forhold til rotasjonsaksen. Referansevinduet har en forreste og bakre kant 18 resp. 17 og sirkelbueformede ytre og indre kanter resp. 20 og 19 med konstant radius konsentrisk med rotasjonsaksen for organet 7. Alternativt kan referansevinduet 11 være sirkelformet slik at den frilegger den faststående blenderåpning 5 ved hver omdreining av det roterende blenderorgan 7-

Det roterende blenderorgan er på en del av omkretsen forsynt med et stroboskopisk mønster 21 bestående av avvekslende ugjennomsiktige og gjennomsiktige områder 21a resp.

21b og dette mønster samvirker med en lasertrigger 22. Lasertriggeren 22 består av en lyskilde 22a og et lysfølsomt element 22b slik at når organet 7 roterer, vil det lysfølsomne element 22b motta pulsede lyssignaler som skyldes modulasjon av lyset fra lyski Iden'22a ved hjelp av det stroboskopiske mønster 21. Elementet 22b leverer i samsvar med de pulsede lyssignaler et pulset elektrisk utgangssignal som trigger en elektronisk bryter for avvekslende og forbinde laserkilden I med en energikilde for frembringelse av pulser i laserstrålen 2. Det stroboskopiske mønster 21 strekker seg bare på en del av omkretsen av organet 7 som svarer til modulasjonsvinduet 10, slik at når organet 7 roterer, blir laserstrålen 2 bare pulset når modulasjonsvinduet 10 passerer den faststående blenderåpning 5.

Da det ikke er noe stroboskopisk mønster på den resterende del av omkretsen av organet 1, er laserkilden 1 koplet ut når denne resterende del passerer åpningen 5.

Et andre stroboskopisk mønster 23 er anordnet på omkretsen av organet 7 i nærheten av referansevinduet 11 og dette andre stroboskopiske mønster 23 samvirker med lasertriggeren 22 for å frembringe en enkelt referansepuls i laserstrålen 2 når den faststående blenderåpning 5 er fullstendig frilagt ved hjelp av referansevinduet 11. Det stroboskopiske mønster 23 kan imidlertid være innrettet for å gi flere enn en referansepuls.

Det roterende blenderorgan 7 består av gjennomsiktig glass og vinduene 10 og 11 og stroboskopimønsterne 21 og 23 er dannet ved at resten av det roterende blenderorgan er gjort ugjennomsiktig ved et belegg av krom eller et annet ugjennomsiktig materiale. Glasset i området av vinduene 10 og II er også belagt for maksimal passering av laserstrålens spektralbånd.

Apparat er særlig egnet for styring av prosjektiler og skal nedenfor beskrives for et slikt formål.

Laserstrålen 2 er rettet mot et mål og prosjektilet skytes inn i strålen 2. Prosjektilet har i sin bakre ende en detektor som detekterer laserstrålen som er modulert av det roterende blenderorgan 7 og leverer signaler for å

styre en innretning som leverer i tur og orden et første signal som er avhengig av koordinaten for prosjektilets posisjon innenfor strålens tverrsnitt langs aksen 25 og et andre signal som svarer til koordinaten for posisjonen av prosjektilet innenfor tverrsnittet langs aksen.26.

Strålen er modulert av' det roterende blenderorgan 7 med en bestemt hastighet foran den faste blenderåpning 5 slik at i løpet av det første operasjonstrinn i hver omdreining av organet 7 når modulasjonsvinduet 10 passerer den faststående blenderåpning 53 vil ytterkanten 13 av modulasjonsvinduet 7 passere den faste blenderåpning 5 i hovedsakelig radial retning for organet 7 og progressivt åpne åpningen 5- Dette fremgår klarere av fig. 3a og 3b hvorav den første viser posisjonen i hvilken tilnærmet 1/3 av den faste åpning 5 er frigjort av modulasjonsvinduet, mens fig. 3b viser en posisjon hvor den ytre kant 13 på et senere tidspunkt etter ytterligere bevegelse av organet 7 gir tilnærmet full åpning av den faste åpning 5- I løpet av det operasjonstrinn da modulasjonsvinduet 10 passerer den faststående blenderåpning 5, samvirker det stroboskopiske mønster 21 med lasetriggeren 22 for å pulse laserstrålen 2.

Når den ytre kant 13 av modulas jonsvinduet. 10 gradvis passerer den faststående åpning 5, vil arealet 27 av tverrsnittet av strålen 2 som når målet via modulasjonsåp-ningen 10 og blenderåpningen 5 gradvis øke og det kommer da til et punkt avhengig av prosjektilets posisjon, da prosjektilet ligger i området 27 av strålen 2 på. dens vei mot målet. På dette tidspunkt vil detektoren på prosjektilet begynne å motta strålepulser og påvirke styreinnretningen til å starte telling av pulser så lenge åpningen 5 holdes åpen av ytterkanten 13 av modulasjonsvinduet 10. Når åpningen 5 er helt åpen, vil bakkanten 16 av modulasjonsvinduet bevege seg i om-kretsretningen over den faste blenderåpning 5 og derved progressivt lukke åpningen 5 og minske area,let 27 av tverrsnittet av strålen 2 som passerer modulasjonsvinduet 10 og blenderåpningen 5 til målet. Posisjonen av den indre kant 12 av modulasjonsvinduet 10 er slik at den aldri trer inn i den faste blenderåpning 5. Dette fremgår klart av fig. 3c og d hvorav den første viser kanten 16 i en posisjon hvor et lite areal 28 av strålen er blokkert og fig. 3d viser kanten 16 etter en ytterligere bevegelse av det roterende blenderorgan hvor området 28 er større. Når bakkanten 16 beveger seg over åpningen 55 kommer det til et punkt hvor kanten 16 passerer prosjektilet slik at detektoren ikke lenger mottar strålepulser.

Antallet pulser som telles av styreinnretningen når modulasjonsvinduet 10 passerer den faste blenderåpning 5* er avhengig av tidsintervallet i hvilket detektoren mottar lys fra laserstrålen under den første operasjonsfase og er represen-tativ for koordinaten for posisjonen av prosjektilet på

aksen 25.

I løpet av det tidsintervall den faststående blenderåpning 5 er blokkert av den ugjennomsiktige del av det roterende blenderorgan 75 er laserkilden 1 koplet ut ved hjelp av lasertriggeren 22 inntil det tidspunkt da referansevinduet 11 fullstendig åpner blenderåpningen 5 i et andre operasjonstrinn for hver omdreining av organet 7- Når åpningen 5 er fullstendig åpnet av referansevinduet 11, vil det stroboskopiske mønster 23 samvirke med lasertriggeren 22 og bevirke at denne produserer et referansesignal i form av en enkelt eller en dobbelt referansepuls som detekteres av detektoren. Styreinnretningen beregner tidsintervallet som er forløpt mellom det siste av antallet strålepulser som er mottatt av detektoren under åpningen av blenderåpningen 5 ved hjelp av modulasjonsvinduet 10 og referansepulsen, og dette tidsintervall representerer koordinaten for posisjonen av prosjektilet på aksen 26.

De to koordinater•gir et mål for posisjonen av prosjektilet innenfor tverrsnittet av strålen 2 og når dette først er beregnet, kan prosjektilet styres mot sentrum av strålen 2.

Det minste antall pulser i en ekstrem helningsposisjon for prosjektilet er aldri mindre enn antallet referansepulser som fortrinnsvis er en eller to mens antallet tellede pulser er ti eller mere.

Apparatets oppløsningsevne i helningsaksen er sluttelig avhengig av endringsmuligheten for antallet pulser som telles for hver passering av modulasjons vinduet 10 foran åpningen 5 og vil være så stor som de andre faktorer for apparatet tillater.

Hvis vinkelhastigheten for modulasjonsvinduet 10 er w radianer/sek. og pulsrepetisjonsfrekvensen for laserstrålen

f

er f pulser pr. sek. vil det være — pulser pr. radial i forhold til senteret for organet 7- Hvis den maksimale vinkelavstand for modulasjonsvinduet 10 til sentrum av organet 7 er 9 radianer, kan det maksimale antall pulser for hver passering

6 f

av vinduet og som kan mottas være — pulser. Hvis vinkelav-

w

standen for den del av modulasjons vinduet 10 som er begrenset av ytterkanten 13 for den konsentriske del 13b er 0 radianer Gi f

sa er det minste antall pulser som kan mottas ^— pulser.

Dette minste antall må alltid være meget større enn 2. Opp-løsningsevnen er gitt i radianer pr. antall endringer i antallet pulser som telles pr. omdreining av organet 7 og hvis den maksimale vinkel for den utsendte stråle er 2B radier så er oppløsningsevnen i akseretningen 25 -rp— ^ radianer.

Det er klart at oppløsningsevnen øker med øket strålevinkel

2B og med vinkelfrekvensen w og øker, dvs. forbedres ved økning av forskjellen mellom den totale vinkelavstand for modulasjonsvinduet 10 (©) og den konsentriske del 13b (0) til sentrum av det roterende blenderorgan 7-

For å betrakte oppløsningsevnen i akseretningen 26 antas at den maksimale vinkelavstand for diameteren av den faststående åpning 25 i forhold til senteret i organet 7,

er 2a (dvs. tangens a=R hvor R er radien i åpningen 5 og x er avstanden mellom senteret i åpningen 5 og senteret i organet 7). Oppløsningsevnen i akseretningen 26 er propor-sjonal med vinkelen som organet 7 beveger seg mellom pulsene, dvs. j radianer. Da vinkelavstanden' for diameteren for den faststående åpning 5 representerer strålevinkelen 2B, er proporsjonalitetsfaktoren —. Oppløsningsevnen langs aksen 26 er dermed tilnærmet ^ radianer.

Oppfinnelsen er særlig fordelaktig ved at frem-bringelsen av signalene er forenklet i vesentlig grad og at samme stråle kan anvendes for styring av flere prosjektiler samtidig.

Når detektoren befinner seg i siktelinjen, dvs. strålens akse, er signalene sterkest. Dette er fordelaktig f.eks. sammenlignet med apparater som anvender et roterende blenderorgan i form av radiale eker ut fra sentrum i en sirkel fordi dette gir støysignaler når detektoren ligger i siktelinj en.

Det er klart at blenderen ikke behøver å være et roterende blenderorgan men kan bestå av en hvilken som helst annen blender som virker modulerende på tverrsnittet av strålen etter hverandre i to koordinatretninger. Et eksempel på en alternativ blender kan være en lukket film-sløyfe med et kileformet vindu. Det er også klart at re-feransesignalet ikke behøver bestå av en referansepuls av strålen, men kan være tilveiebragt av en ekstra innretning som ikke tilhører det roterende blenderorgan. Videre kan det roterende blenderorgan i enkelte tilfeller være innrettet slik at det ikke fullstendig blokkerer strålen, men bare endrer en karakteristisk egenskap, f.eks. lysstyrken eller farven. Da kan de ugjennomsiktige områder være erstattet

av gjennomskinnelige eller farvede områder.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte til å bestemme et legemes posisjon i forhold til en siktelinje, omfattende retting av en elektromagnetisk stråle med forhåndsbestemt karakter langs siktelinjen, periodisk modulasjon av strålen ved hjelp av en modulasjonsinnretning mellom strålekilden og legemet, i legemet avføling av den modulerte strålen og frembringelse av et første signal som representerer en første koordinat for legemets posisjon innenfor strålens tverrsnitt, og et andre signal som representerer en andre koordinat for legemets innenfor strålens tverrsnitt, karakterisert ved at hver modulasjonsperiode omfatter en første fase i hvilken strålens tverrsnittsareal varieres bare i en første koordinatretning i forhold til siktelinjen, og en etterfølgende andre fase i hvilken tverrsnittsarealet varieres i en andre koordinatretning i forhold til sikte-

linjen, idet variasjonen av tverrsnittsarealet av strålen i begge koordinatretninger ligger mellom en posisjon i hvilken ingen del av strålen passerer modulasjonsinnretningen, og en posisjon i hvilken maksimalt tverrsnittsareal av strålen passerer modulasjonsinnretningen, og at tidsperioden i hvilken strålen har tilstrekkelig tverrsnittsareal til å bli mottatt av føleren, avføles i legemet og det første og andre signal frembringes derav i tur og orden.

2. Apparat for å bestemme et legemes posisjon i forhold til en siktelinje ifølge fremgangsmåten i krav 1, karakterisert ved at modulasjonsinnretningen (7) i den første kooridinatretning (25) øker strålens (2) tverrsnittsareal til føleren og minsker strålens tverrsnittsareal til føleren i den andre koordinatretning (26).

3. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at modulasjonsinnretningen omfatter en mekanisk blender (7) med et gjennomtrengelig parti (10) som under den første fase først bryter strålen (2) og hindrer strålen fra å nå føleren, og sveiper over strålen i den første koordinatretning (25) for gradvis å. øke til maksimalt tverrsnittsareal av strålen til føleren, og i den andre fase sveiper over strålen i den andre koordinatretning (26) for gradvis å minske strålens tverrsnittsareal inntil strålen er fullstendig brudt, hvilken mekaniske blender under en ytterligere fase, tilveiebringer minst én referansepuls av strålen på et. forhåndsbestemt tidspunkt etter avslutningen av den andre fase, idet det første signal er avhengig av tidsrommet under hvilket føleren mottar strålen under den første og andre fase, og det andre signal er avhengig av tidsrommet føleren ikke mottar stråling under den første og andre fase og tidspunktet da føleren mottar referansepulsen.

4. Apparat ifølge krav 3, karakterisert ved at blenderen er roterbar om en stasjonær akse foran strålingskilden og har et modulasjonsvindu (10) med en indre begrensning (12) og en utover buet ytre begrensning (13) som faller sammen i den forreste ende (14) av vinduet sett i rot asjonsretningen og som begge går over i en radialt for-løpende begrensning (15) ved den bakre ende av vinduet, idet den ytre begrensning har en del hvis radius gradvis øker fra den forreste mot den bakre ende av vinduet, slik at ved rotasjon av blenderen vil den ytre begrensning sveipe over strålen i hovedsakelig radial retning (25) av blenderen (7) for gradvis å øke tverrsnittsarealet av strålen (2) som passerer vinduet, og deretter vil den radialt forløpende begrensning sveipe over strålen i hovedsakelig omkretsret-ning (26) av blenderen og gradvis minske strålens tverrsnittsareal og sluttelig bryte strålen.

5. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at den ytre begrensning (13) av vinduet (10) har en del (13a) i form av en spiral hvis sentrum faller sammen med blenderens rotasjonsakse.

6. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at den del (13b) av den ytre begrensning som danner enden av vinduet (10) har konstant radius og er konsentrisk med blenderens rotasjonsakse.

7. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at den indre begrensning (12) har konstant radius konsentrisk med blenderens rotasjonsakse.

8. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at lengden av den radialt forløpende begrensning (16) av vinduet (10) er minst lik diameteren av en faststående åpning (5).

9. Apparat ifølge krav 3, karakterisert ved at den mekaniske blender omfatter en faststående åpning (5) gjennom hvilken strålen (2) rettes på den roterende blender (7) som også har et referansevindu (11) som ved rotasjonen modulerer strålen under den andre fase for å frembringe minst én referansepuls.

10. Apparat ifølge krav 3, karakterisert ved at størrelsen av referansevinduet (11) er slik at når referansevinduet ligger i flukt med den faststående åpning (5), skjæres ingen del av strålen som passerer den faststående åpning, og at en pulseringsinnretning (21,22,23) leverer minst én referansepuls når referansevinduet er i flukt med den faststående åpning.

11. Apparat ifølge krav 10, karakterisert ved at referansevinduet (11) har en indre (19) og en ytre (20) begrensning med konstant radius konsentrisk med blenderens rotasjonsakse, hvilke begrensninger er forbundet ved den forreste (18) og bakre ( 17) ende sett i rotasjonsretningen av radialt forløpende begrensninger.

12. Apparat ifølge krav 10, karakterisert ved at pulseringsinnretningen omfatter en stroboskop-mønster (23) på omkretsen av blenderen (7) grensende til referansevinduet og en detektor (22) som samvirker med stroboskopmønsteret for å pulse strålingskilden for frembringelse av referansepulsen. 13- Apparat ifølge krav 12, karakterisert ved at pulseringsinnretningen omfatter et ytterligere stroboskopmønster (21a,21b) på periferien av blenderen (7) grensende til moduleringsvinduet (10), at detektoren (22) samvirker med det ytterligere stroboskopmønster for å pulse strålingskilden under den første fase, og at legemet har en styreinnretning som samvirker med en teller fer å telle antallet pulser som detekteres i den første fase for å bestemme den første tidsperiode. lH. Apparat ifølge krav 13, karakterisert ved at det ytterligere stroboskopmønster (2la,21b) tjener til å kople ut strålingskilden (1) ved avslutningen av den første fase. 15. Apparat ifølge krav 12, karakterisert ved at detektoren (22b) er fotoelektrisk og reagerer på en lysstråle (22a) som passerer stroboskopmønsterne (21a, 21b,23) for å levere pulser for pulsing av strålingskilden (1).