DE2054323A1

DE2054323A1 - Vorrichtung zum anvisieren und zielverfolgen fuer ein lenksystem eines lenkflugkoerpers

Info

Publication number: DE2054323A1
Application number: DE19702054323
Authority: DE
Inventors: Martin Arthur Kirkpatrick Daly
Original assignee: British Aircraft Corp Ltd
Current assignee: British Aircraft Corp Ltd
Priority date: 1969-11-04
Filing date: 1970-11-04
Publication date: 1974-12-19
Also published as: GB1372348A; SE369623B; FR2230247A5

Description

Vorrichtung zum Anvisieren und Zielverfolgen für ein Lenksystem eines Lenkflugkörpers.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anvisieren und Zielverfolgen für ein Lenksystem eines Lenkflugkörpers und bezieht sich auf deren Abstimmung aufeinander (Abgleich).

Es gibt eine Vorrichtung zum Anvisieren und Zielverfolgen mit einem Zielfernrohr, durch das die Bedienungsperson ein bewegtes Ziel beobachtet. Dem Zielfernrohr zugeordnet und einen optischen Strahlenweg etwa parallel bzw. kollimiert mit dem des Zielfernrohrs/ist ein optisches Zielverfolgungsgerät mit einem photoelektrischen Bildschirm. Die Anvisiereinrichtung und das optische Zielverfolgungsgerät sind derart angeordnet, dass wenn ein Bild eines Ziels im Mittelpunkt des Zielfernrohr-

okulars erscheint, dieses gleichzeitig zentrisch auf den photoelektrischen Bildschirm projiziert ist. Das Bild einer Lichtquelle auf dem in Richtung des Ziels gestarteten Lenkflugkörrpers wird ebenfalls auf den lichtempfindlichen Bildschirm projiziert, mit dessen Hilfe elektrische "Aussermittigkeit"-Ausgangssignale in Abhängigkeit der Koordinaten der Versetzung des Lenkflugkörperlichtquellenbilds vom elektrischen Mittelpunkt des Bildschirms erzeugt werden. Die Ausgangssignaie*

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repräsentieren den Winkelabstand, des Flugkörpers vom Ziel und stehen am Ausgang des Bildschirms an. Sie dienen zur Steuerung des Flugwegs des Flugkörpers, um diesen in das Ziel zu lenken. Die Bedienungsperson.hat lediglich das Zielfernrohr auf das Ziel ausgerichtet ,zu halten, während die Steuersignale für den Flugkörper automatisch aus den Ausgangssignalen des Bildschirms abgeleitet werden, die vom Zielverfolgungsgerät an eine automastische Flugsteuerung für den Flugkörper weitergegeben werden.

Damit diese Vorrichtung funktioniert, muss die Anvisiereinr'ichtung, d.h. das Zielfernrohr, und das Zielverfolgungsgerät aufeinander abgestimmt bzw. abgeglichen sein, und zwar in der Weise, dass ihre optischen Strahlenwege exakt miteinander kollimiert sind bzw. teilweise übereinstimmen. Es hat sich nun gezeigt, dass der Abgleich der beiden Geräte durch Sonneneinstrahlung oder zufälliges Anschlagen oder Stossen äufgehobe4 werden kann. Es ist sehr zeitraubend und erfordert manuelle Jujstiernachsteilungen, um die Lage des Zielfernrohrs mit der Les Zielverfolgüngsgeräts wieder abzugleichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung derart zu verbessern, dass ein manueller Abgleich des Zielfernrohrs und des optischen Zielverfolgungsgeräts nicht mehr erforderlich ist.

Das Wesen der Erfindung besteht zur Lösung dieser Aufgabe darin, den Abgleich elektrisch durchzuführen.

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Anvisieren und Zielverfolgen für ein Lenksystem bzw. die Flugsteuerung eines Lenkflugkörpers mit einem schwenkbar gelagerten Zielfernrohr und einem zum gemeinsamen Nachführen starr mit diesem gekoppelten optischen Zielverfolgungsgerät, dessen optische Achse mit der des Zielfernrohrs weitgehend übereinstimmt (kollimiert ist) und das einen photoelektrischen Bildschirm und ein optisches Projektionssystem zur Projektion e;Lnes reellen Bilds einer Lichtquelle., auf die das Gerät gerichtet wird, auf den Bildschirm hat, der von den Koordinaten . ■ ■ · /3

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" der Abweichung des projizierten Lichtquellenbilds vom elektrischen Bildschirmmittelpunkt abhängige elektrische Koordinatenausgangssignale abgibt. Zur lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist ein solches Gerät gemäss der Erfindung gekennzeichnet durch -eine Punktlichtquelle, durch optische Einrichtungen zum Einblenden eines Lichtstrahls der Punktlichtquelle, in die optischen Systeme des Zielfernrohrs und des Zielverfoigungsgeräts,. dandt ein Bild der Punktlichtquelle im Mittelpunkt des Okulars des Zielfernrohrs erscheint und ein reelles Bild der Punktlichtquelle auf den Bildschirm des Zielverfolgungsgeräts projiziert werden kann, und durch eine mit dem Bildschirm gekoppelte Nullungseinrichtung bzw. Abgleicheinrichtung zur Erzeugung einstellbarer Gegenspannungen bzw. Kompensati ons spannungen für die Unterdrückung elektrischer Bildschirmausgangssignale als Folge des projezierten Bilds der Punktlichtquelle zur Kompensation jeglicher Abweichung des Punktlicltquellenbilds vom elektrischen Bildschirmmittelpunkt.

"Wird die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Verfolgen eines Ziels durch das Zielfernrohr und Lenken eines Lenkflugkörpers auf ein Ziel verwendet, bleiben die Gegenspannungen zur Nullung des Bildschirms in den elektrischen Ausgangssignalen des Bildschirms und damit in den an den Flugkörper übertragenen Lenksignalen enthalten und schalten Fehler aufgrund mangelnder Kollimation zwischen dem Zielfernrohr und dem Zielverfolgungsgerät, ohne dass es dazu körperlicher Verstellungen ihrer relativen Lagen zueinander bedarf, aus.

i Es ist zweckmässig, wenn gemäss einer Fortbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung eine Einrichtung zum Unterbrechen des Projektionslichtstrahls von der Punktlichtquelle auf den Bildschirm des Zielverfolgungsgeräts nach dessen elektrischer Nullung vorgesehen ist. Diese Unterbrechungseinrichtung kann die Form eines lichtundurchlässigen Abschattungsteils, beispielsweise einer/Abaunklungsblende, aufweisen.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Vorrichtung nach

der Erfindung ist vorgesehen, dass der Projektionslichtstrahl

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der Punktlichtquelle auf einen Strahlenteiler gerichtet ist, der den Strahl in zwei divergierende Anteile aufspaltet, von denen der eine auf das Zielfernrohrokular und der andere auf den Bildschirm des Zielverfolgungsgeräts gerichtet ist. Das lichtundurchlässige Abschattungsteil ist zur Bewegung in eine und aus einer Abschattungsstellung im auf den Bildschirm des Zielverfolgungsgeräts gerichteten Teil des ProjektionsStrahls aber ausserhalb des Strahlenwegs des anderen Anteils des aufgespalteten Projektionslichtstrahls der Projektionslichtquelle bewegbar gelagert.

Das Zielfernrohr und das Zielverfolgungsgerät sind vorfe zugsweise in einem kardanisch gelagerten Gehäuse montiert und ** haben eine gemeinsame Frontlinse und einen Teil ihrer optischen Achsen durch die Frontlinse gemein. Im gemeinsamen Teil der optischen Achsen des Zielfernrohrs und des Zielverfolgungsgeräts sind der Strahlenteiler und zwischen diesem und der Frontlinse ein Prisma vorzugsweise angeordnet und ist eine Projektionseinrichtung zur Projektion eines Lichtstrahls von der Punktlichtquelle auf das Prisma zur inneren Reflektion entlang des gemeinsamen Teils der optischen Achsen zum Strahlenteiler vorgesehen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten von Ausgestaltungen der Erfindung sind anhand einer Zeichnung an einem W Ausführungsbeispiel näher erläutert, in welchem darstellt:

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer Vorrichtung zum Anvisieren und Zielverfölgen für die Flugsteuerung eines Lenkflugkörpers, und

Fig. 2 das Schaltbild des Zielverfolgungsgeräts und die Schaltungen für die Gewinnung der Gegenspannungen.

Die in den Figuren dargestellte kombinierte Anvisier- und Zielverfolgungsvorrichtung weist ein Gehäuse 1 für ein Zielfernrohr auf, das eine Front- bzw. Objektlinse 2, eine weitere Objektlinse 3» eine Feidlinse 4, zwei weitere

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Hilfslinsen 5 und 6 sowie eine Okularlinse 7 aufweist. Mittels zweier Spiegel 8 und 9, die an den in Fig. 1 angedeuteten Stellen angeordnet sind, wird der Strahlenweg 10 des Zielfernrohrs zweimal abgeknickt. In der Stirnfläche des Gehäuses 1 ist eine Öffnung 11 vorgesehen, durch die das Auge 12 einer Bedienungsperson beobachten und anvisieren kann. Alle Einzelteile 2 bis 9 sind starr im Gehäuse 1 in nicht näher dargestellter Weise befestigt. Eine optische Fokussierung des Zielfernrohrs auf einen Gegenstand ist vorgesehen. Das Gehäuse 1 ist ferner in nicht dargestellten kardanischen Lagern gelagert, damit es zusammen mit dem Zielfernrohr bei dessen Nachführung auf ein beobachtetes bewegtes Ziel mit diesem bewegt wird.

Im Gehäuse 1 ist ferner ein Zielverfolgungsgerät starr befestigt, das eine lichtempfindliche Einrichtung 16, fest im Gehäuse angebrachte Spiegel 17, 18, 19 und 20 und .einen zwischen den Linsen 2 und 3 angeordneten Strahlenteiler 15 zur

eines Teils ■
Ablenkung/des durch die Frontlinse 2 tretenden Lichtstrahls auf die lichtempfindliche Einrichtung 16 über die festen Spiegel 17, 18, 19 und 20 aufweist. Der nichtabgelenkte Teil des Lichtstrahls gelangt durch den Strahlenteiler 15 zum Zielfernrohrokular 7. Die lichtempfindliche Einrichtung 16 ist im Gehäuse 1 auf der einen Seite des optischen Strahlenwegs 10 angeordnet und weist einen photoelektrischen Bildschirm 21 auf, auf den ein Bild der durch die Frontlinse 2 beobachteten Szene scharf abgebildet wird.

Der Bildschirm 21 der lichtempfindlichen Einrichtung 16 hat Ausgangsanschlüsse 22 und 23> an denen die elektrischen Koordinatenausgangsspannungen ftir die.x-Richtung und die y-Richtung anliegen. Diese Spannungen sind proportional den Koordinaten der Abweichung des reellen Bilds I einer auf den Bildschirm abgebildeten Lichtquelle vom elektrischen Mittelpunkt 24 des Bildschirms.

Im Unterteil des Gehäuses 1 ist eine elektrische Lampe vorgesehen, die einen Lichtstrahl durch eine Kdndenserlinse auf eine Lochblende 27 abgibt. Die Lochblende 27 bildet so

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Punktlichtquell'e von der ein Projektionslichtstrahl durch Linsen 31 und 32, sh. Fig. 1, auf ein zwischen der Frontlinse 2 und dem Strahlenteiler 15 angeordnetes Prisma 28 gelenkt wird, so dass das Licht der Punktlichtquelle 27 in die optischen Strahlenwege durch das Zielfernrohr und zur lichtempfindlichen Einrichtung 16 eingeblendet wird.

Bei angeschalteter Lampe 25 erscheint ein virtuelles Bild der Punktlichtquelie 27 als zentraler Lichtpunkt im Blickfeld des Zielfernrohrokulars 7 und kann anstelle eines Zielfaden- '. kreuzes verwendet werden. Ein zweites Bild der Punktlichtquelle 27 erscheint als reelles Bild I auf dem Bildschirm 21 der lichtempfindlichen Einrichtung 16. Dieser Lichtpunkt dient zur Nullung bzw. zum Abgleich des Bildschirms 21, das heisst die an den Ausgängen 22 und 23 erzeugten Fehlerspannungen für die x-Richtung und die y-Richtung aufgrund des Abstands des Punktlichtquellenbilds I vom elektrischen Mittelpunkt 24 des Bildschirms 21 werden zum Gegenspannen zur /Erniedrigung der Ausgangsspannung des Bildschirms 21 auf Null verwendet.

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Die Kompensation der Fehlerspannungen für die x- und y-Richtung erfolgt mittels automatischer Einstellung von in Kondensatoren 31 bzw- 32 gespeicherten Ladungen. Diese Kondensatoren bilden jeweils eine Bestandteil von zwei Integrierschaltungen 34 bzw. 35 und sind in diesen zwei Operationsverstärkern 36 bzw. 37 parallelgeschaltet. Während des Abgleichs mit Hilfe des Punktlichtquellenbilds I werden die Spannungen bei 38 bzw. 39, die die Koordinaten der Lage des Punktlichtquellenbilds I auf dem Bildschirm 21 repräsentieren, den beiden Integrationsschaltungen 34 und 35 zugeführt. Dabei steigen die Ladungen der Kondensatoren 32 und 33 an,bis die Eingangsspannungen der Integrierschaltungen, die diesen über geschlossene Schalter 42 bzw. 43 zugeführt werden, zu Null gemacht werden. Am Ende des Abgleichs werden die Schalter 42 und 43 geöffnet, so dass dann die Gegenspannungen gespeichert sind. Die Ausgänge der Integrierschaltungen 34 und 35 sind zu den Schaltungspunkten 40 bzw. 41, sh. Fig. 2, rückgekoppelt, wo. sie die Eingangssignale der Integrierschaltungen verringern. Die wahren Fehlerausgangsspannungen an den Ausgängen 22 und werden vor dem Eingang der Integrierschaltungen erfasst und den .Schaltungen zur Signalf-ormung 44 und von diesen über Schalter 45 einem Sender 46 zugeführt, der sie zur Flugsteuerung des Lenkflugkörpers überträgt.

In einem Schwenklager 31a im Gehäuse 1 ist noch eine kleine lichtundurchlässige Scheibe 31 derart gelagert, dass nach dem Nullabgleich des Bildschirms 21 der lichtempfindlichen Einrichtung 16 der Weg des Punktlichtquellenlichtstrahls vom Strahlenteiler 15 zur lichtempfindlichen Einrichtung 16 durch Einbringen der Scheibe 31 in den Strahlenweg unterbrochen werden kann. Da die Scheibe 31 nur den dünnen Strahl der Punktlichtquelle abzudecken hat,

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\vom Strahlenteiler 15 abgelenkter Teil des ist sie entsprechend klein ausgebildet. Obwohl sie in den / durch die Frontlinse 2 einfallenden breiten Lichtstrahls geschwenkt wird, kann dieser daher praktisch ohne Behinderung um die Scheibe 31 herum zum Bildschirm 21 gelangen.

Im Betrieb ist die Lampe 25 eingeschaltet und wird zunächst der Bildschirm 21 der lichtempfindlichen Einrichtung 16 in der beschriebenen Weise genullt. Die kleine Scheibe 31 wird dann in den optischen Strahlenweg eingeschwenkt, um den zur Nullsetzung dienenden Lichtstrahl vom Strahlenteiler 15 zu unterbrechen und zu verhindern, dass dieser auf den Bildschirm 21 fällt. Das Punktlichtquellenbild im Zielfernrohrokular 7 bleibt und ist auf ein Ziel ausgerichtet. Nach Starten eines Flugkörpers folgt der Bedienungsmann dem Ziel des Flugkörpers mit dem Zielfernrohr, indem er das Gehäuse 1 derart schwenkt, dass das Punktlichtquellenbild im Zielfernrohrokular 7 dem Bild des Ziels überlagert bleibt. Das Rückfeuer des Flugkörpers bildet eine Lichtquelle, die durch ein von ihm getragenes Leuchtfeuer noch¹ unterstützt werden kann, so dass ein reelles Bild der Flugkörperlichtquelle auf den Bildschirm abgebildet wird und deren Lage ausreichend deutlich vom Bild der sie umgebenden Szene unterscheidbar ist. Der Bildschirm 21 erzeugt daher elektrische Ausgangssignale an den Ausgängen 22 und 23, die für die Koordinaten,der Abweichung des Flugkörperlichtqellenbilds vom Mittel- oder Nullpunkt des Bildschirms repräsentativ sind, wobei die Gegenspannungen in den Ausgangsspannungen enthalten bleiben, so dass jeglicher Kollimationsfehler zwischen dem Zielfernrohr und dem Zielverfolgungsgerät automatisch ausgeschaltet ist. Diese Ausgangssignale werden auf eine automatische Flugsteuerung des Flugkörpers übertragen, so dass die Bedienungsperson lediglich das Punktlichtquellenbild im Okular des Zielfernrohrs dem Bild des Ziels überlagert häVten muss.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Anvisieren und Zielverfolgen für ein Lenksystem eines Lenkflugkörpers mit einem schwenkbar gelagerten Zielfernrohr und einem zum gemeinsamen Nachführen starr mit diesem gekoppelten optischen Zielverfolgungsgerät, desen optische Achse mit der des Zielfernrohrs weitgehend übereinstimmt (kollimiert ist) und das einen photoelektrischen Bildschirm und ein optisches Projektionssystem zur Projektion eines reellen Bilds einer Lichtquelle, auf die das Gerät gerichtet wird, auf den Bildschirm hat, der von den Koordinaten der Abweichung des. projezierten Lichtquellenbilds vom elektrischen Bildschirmmittelpunkt abhängige elektrische Koordinatenausgangssignale abgibt, gekennzeichnet durch eine Punktlichtquelle (25, 27), durch optische Einrichtungen (26, 29, 30, 28) zum Einblenden eines Lichtstrahls der Punktlichtquelle in die optischen Systeme des Zielfernrohrs und des Ziel^üerfolgungsgeräts, damit ein Bild der Punktlichtquelle im Mittelpunkt des Okulars (7) des Zielfernrohrs erscheint und ein reelles Bild der Punktlichtquelle auf den Bildschirm des Zielverfolgungsgeräts projiziert werden kann, und durch eine mit dem Bildschirm gekoppelte Nullungseinrichtung (29, 30x, 3Oy) zur Er-^ zeugung einstellbarer Gegenspannungen für die Unterdrückung elektrischer Bildschirmausgangssignale als Folge des projizierten Bilds der Punktlichtquelle zur Kompensation jeglicher Abweichung des PunktIichtquellenbilds vom elektrischen BiIdschirmmittelpunkt. .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (3I) zum Unterbrechen des Projektions-. lichtstrahls von der Punktlichtquelle (25, 27) auf den Bildschirm (21) des Zielverfolgungsgeräts nach dessen elektrischer Nullung. . /9

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtung (31) zum Unterbrechen des Projektionslichtstrahls ein in den Strahlengang von der Punktlichtquelle (25, 27) zum Bildschirm (21) des Zielverfolguiigsgeräts einbringbares lichtundurchlässiges Abschattungsteil (31) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet , dass der Projektionsstrahl der Punktlichtquelle (25, 27) auf einen Strahlenteiler (15) gerichtet ist, der den Strahl in zwei divergierende Anteile aufspaltet, von denen der eine auf das Zielfernrohrokular (7) und der andere auf den Bildschirm (21) des Zielverfolgungsgeräts gerichtet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3»oder A, dadurch gekennzeichnet , dass das lichtundurchlässige Abschattungs- teil (31) zur Bewegung in eine und aus einer Abschattungsstel-

nur

lung im Auf den Bildschirm des Zielverfolgungsgeräts gerichteten Teil des Projektionsstrahls der Punktlichtquelle (25» 27) bewegbar gelagert ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5ι gekennzeichnet durch ein kardanisch gelagertes Ge- häuse (1), in welchem das Zielfernrohr und das Zielverfolgungsgerät montiert sind und eine gemeinsame Frontlinse (2) und einen Teil ihrer optischen Achsen durch die Frontlinsengemein haben.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet , dass im gemeinsamen Teil der optischen Achsen des Zielfernrohrs und des Zielverfolgungsgeräts der Strahlenteiler (15) und zwischen diesem und der Frontlinse (2) ein Prisma X28) angeordnet sind und dass eine Projektionseinrichtung (29» 30) zur Projektion eines Lichtstrahls von der Punktlichtquelle (25,¹ 27) auf das Prisma zur inneren Reflektion entlang des gemeinsamen Teils der optischen Achsen zum Strahlenteiler vorgesehen ist.

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