DE2731134A1

DE2731134A1 - Lotsensor

Info

Publication number: DE2731134A1
Application number: DE19772731134
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Ernsberger; Helmut Dipl Ing Meier
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier System GmbH
Priority date: 1977-07-09
Filing date: 1977-07-09
Publication date: 1979-01-11
Also published as: US4223259A; DE2731134B2

Description

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DORNIER SYSTEM GMBH
7990 Friedrichshafen

Reg. S 289

Lotsensor

Die Erfindung betrifft einen Lotsensor zur Stabilisierung und Ausrichtung, insbesondere von Sensoren, Kameras, Empfangsantennen, Sendern oder dergl. relativ zum Erdlot.

Auf bewegten Luft-, Land- und Wasserfahrzeugen besteht häufig die Notwendigkeit Geräte, wie z.B. Sende- oder Empfangsantennen, Kameras, Sensoren oder dergl. von den Fafirzeugbewegungen zu entkoppeln und die Ausrichtung der Geräte in einem lotbezogenen Koordinatensystem konstant zu halten. Man bezeichnet diese Art der Stabilisierung als Lot- oder Horizontstabilisierung. Dazu wird das Gerät (z. B. eine Parabolantenne) auf einem einachsigen oder mehrachsigen Rahmensystem drehbar mit dem Fahrzeug verbunden, In einem Regelkreis lässt sich dann durch Messung der Gerätelage mit Hilfe geeigneter Sensoren und durch Stellmotoren die Lage des gegen Fahrzeugbewegungen zu stabilisierenden Geräts korrigieren.

Bei geringen Genauigkeitsanforderungen besteht auch die Möglich-

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keit der passiven Stabilisierung, z.B. durch Drallräder.

Zur Lagemessung eines zu stabilisierenden Geräts werden bisher üblicherweise Lotkreisel eingesetzt, die jedoch eine geringe Lebensdauer besitzen, in ihren Abmessungen zu gross oder zu kostspielig sind und somit für die Lösung kommerzieller Stabili^sierungsprobleme, z.B. von Schiffsantennen im Dauerbetrieb nicht wirtschaftlich einsetzbar sind.

Kreiselfreie Lotsensoren (US-PS 3 899 028) benutzen Winkelbeschleunigungsmesser (bzw. Winkelgeschwindigkeitsmesser) und lineare Beschleunigungsmesser. Die Signale aus den Messgliedern werden anschliessend in einer aufwendigen signalverarbeitenden Elektronik zu Lagesignalen und Geschwindigkeitssignalen zusammengesetzt, die anschliessend für die Regelung weiterverarbeitet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Lotstabilisierung unter Verwendung preisgünstiger Messglieder von langer Lebensdauer für die Stabilisierung von Geräten gegenüber Land-, Luft- und Seefahrzeugen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass für jede Messachse ein Winkelgeschwindigkeitssensor und ein Quecksilber-Niveauschalter vorhanden sind, die eine signalverarbeitende Schaltung mit Messwerten versorgen, wobei das Verfahren zur Stabilisierung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Bildung eines Regelsignals für jede Messachse und Stellachse durch Addition des Messwerts des Geschwindigkeitssignals und dessen Integrals sowie

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des Integrals und des Doppelintegrals des Messwerts des Niveauschalters erfolgt.

Der Gegenstand der Erfindung zeichnet sich gegenüber bisher verwendeten Lotsensoren und Stabilisierungsverfahren durch folgende Vorteile aus:

- Die Winkelgeschwindigkeitsmessung erfolgt durch kreiselfreie Sensoren mit hoher Lebensdauer, die für Dauereinsatz geeignet sind,

- die Scheinlotmessung erfolgt durch Quecksilber-Niveauschalter, ein einfaches, robustes und preisgünstiges DC-Zweipunktglied,

- geringen Aufwand an Elektronik, da die Signalverarbeitung der Messglieder nicht in einer eigenen Elektronik erfolgt, sondern in die Regelelektronik integriert ist und mit ihr eine Einheit bildet.

Erfindungsgemass ist es weiter vorteilhaft, wenn eine Sollwertvorgabe bzw. Sollwertänderung durch winklige Verstellung des Geschwindigkeitssensors und des Niveauschalters relativ zu dem zu stabilisierenden Gerät erfolgt.

Hierdurch ist eine vom Lot abweichende Sollwertvorgabe möglich und die Sensoren können in einfacher Weise relativ zum stabilisierenden Gegenstand verstellt werden.

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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend beschrieben sind.

Es zeigen:

Figur 1 die Ansicht einer Schiffsantenne, die mit Hilfe der erfindungsgemassen Einrichtung stabilisiert werden soll,

Figur 2 die Stabilisierungseinrichtung, wobei neben den Vorrichtungsgegensländen auch schaltungstechnische Einzelheiten gezeigt sind.

Figur 1 zeigt eine Schiffsantenne 2, die sich innerhalb eines Radoms 4 auf einem nicht gezeigten Schiff befindet. Die Antenne soll ständig gegenüber einem ebenfalls nicht gezeigten Satelliten ausgerichtet werden, wobei der Peilfehler nicht mehr als 2,5 betragen soll. Gegenüber einer mit dem Schiff starr verbundenen Achse 6 ist die Schiffsantenne 2 mittels eines in besonderer Weise gestalteten Kardangelenks S ausgekoppelt. Das Kardangelenk weist zwei verlängerte Arme 10, 12 auf, an deren Enden Gegengewichte 14 angeordnet sind. Am Arm 10 ist darüber hinaus ein Lotsensorpaket 16 angeordnet, dessen Einzelheiten nachfolgend beschrieben werden. Der Lotsensor dient im vorliegenden Ausführungsbeispiel dafür, bei Bewegungen des Schiffes Stellkräfte zu erzeugen, die die Schiffsantenne 2 konstant gegenüber dem Satelliten ausgerichtet halten.

Zur Vereinfahrung wird der erfindungsgemässe Lotsensor zur Messung der Lotlage von Einrichtungen gemäss Figur 1 und das

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Verfahren zur Stabilisierung dieser Einrichtungen bezüglich des lokalen Erdlots im folgenden für eine einachsige Anordnung beschrieben.

Auf einem zu stabilisierenden Rahmenteil (z. B. mit Bezugszeichen 20 in Figur 1 versehenem Rahmen bzw. einem Geräteträger), der in Figur 1 als Platte dargestellt ist und der drehbar mit dem Fahrzeug verbunden ist, werden als Messgeräte ein Winkelgeschwindigkeit ssensor 22 und ein Quecksilberniveauschalter (Schaltlibelle 24) befestigt.

Aus den Signalspannungen von Libelle U_T .. und Geschwindigkeits-

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sensor U^ wird ι
chung gebildet.

sensor U^ wird das Regelsignal U_R nach der nachfolgenden Glei

^üReg - h · ^U« ^{+ K}2 ·

^Ufc ** ^{+ K}3 /^ULib ^{dt + K}4 //"Lib ^dt · ^dt

· ^Uö ⁺ /^(K2 ^U« ^{+ K}3 ^ULib ⁺ / ^K4 ^ULib ^{dt) dt}

U_R = Regelsignal

K-....K₄ = Konstanten, die auf den Anwendungsfall abgestimmt werden,

U₆J = Signal aus Winkelgeschwindigkeitssensor, U_Lib = Signal aus Schaltlibelle.

Zur Bildung des Regelsignals werden gemäss Fig. 2 lediglich die

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beiden Integrierverstärker 30 und 32 und der Summerierverstärker 34 benötigt. Das Regelsignal U wird im Leistungsverstärker 36 verstärkt und zur Aussteuerung eines Motors 28 verwendet, der die erforderlichen Korrekturmomente aufbringt, um die Platte 20 aus einer Ablage in die Horizontalebene zu fahren und sie dort trotz Fahrzeugbewegungen und anderer Störungen zu halten.

Mit der Gewichtung IC wird die Geschwindigkeit mit K_ in die daraus integrierte Lage zurückgeführt. Die Libelle 24 spricht auf das Scheinlot (Fahrzeugbeschleunigungen, Vibrationen) an. Durch Integration des Libellensignals lassen sich jedoch periodische Störkompenenten herausmitteln, so dass das integrierte Signal die Information über den Ablagewinkel der Platte 20 vom Reallot enthält. Durch geringe Gewichte KL und K. werden translatorische Beschleunigungen, die die Libelle sofort einschalten, in der Auswirkung auf das Reglersignal klein gehalten. Offsetwerte in der Geschwindigkeitsmessung führen durch die doppelte Integration des Libellensignals nicht zu bleibenden Regelabweichungen .

Aufgrund der nicht linearen Kennlinie der Libelle 24 stellt sich im stationären Zustand eine periodische Grenzzyklusbewegung um die Horizontallage ein, deren Amplitude und Frequenz sich durch entsprechende Dimensionierung der Gewichtsfaktoren K- bis K₄ den Genauigkeitsanforderungen anpassen lässt.

Wird die Schaltlibelle 24 unter einem Winkel o( schräg auf

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der Platte 20 montiert, so stellt sie sich auf einen Winkel

Öl gegen die Horizontalebene ein. Entsprechend kann der Sollwinkel der Platte gegen die Horizontalebene beliebig vorgegeben und eingestellt werden, wenn die Messglieder über ein Servor-Stellsystem (z. B. Motorpotentiometer) in ihrer relativen Lage zur Platte 20 verstellt werden.

Eine zweiachsige Stabilisierung eines Geräts gegenüber der Horizontalebene bzw. dem Lot ergibt sich durch die in Fig. 1 gezeigte icardanische Lagerung des Geräts und zwei d_wen Achsen entsprechend zueinander senkrecht angeordneten Geschwindigkeitssensoren und SchaltlibeIlen.

Um eine grosse Lebensdauer zu erreichen, ist es sinnvoll, für die Winkelgeschwindigkeitsmessung Sensoren zu verwenden, die nicht nach gyroskopischen Prinzipien arbeiten wie z. B. Integration eines Beschleunigungssignals oder der Ausnutzung von Corioliskräften.

5. Juli 1977
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Claims

DORNIER SYSTEM GMBH

Reg. S 289

Patentansprüche :

.) Lotsensor zur Stabilisierung und Ausrichtung, insbesondere von Sensoren, Kameras, Empfangsantennen, Sendern oder dergl. relativ zum Erdlot, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Messachse ein Winkelgeschwindigkeitssensor (22) und ein Quecksilber-Niveauschalter (24) vorhanden sind, die eine signalverarbeitende Schaltung mit Messwerten versorgen.

2. Verfahren zur Stabilisierung von Empfangsantennen oder dergl. relativ zum Erdlot mit Hilfe der Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung eines Regelsignals für jede Messachse und Stellachse durch Addition des Messwerts des Geschwindigkeitssignals und dessen Integrals sowie des Integrals und des Doppelintegrals des Messwerts des Niveauschalters erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sollwertvorgabe bzw. Solltwertänderung durch winkelige Verstellung des Niveauschalters (24) relativ zu der zu stabilisierenden Empfangsantenne (2) oder dergl. erfolgt.

5. Juli 1977 - 2 -

^PaL/eh 009882/0566