NO129021B - - Google Patents

Description

Fjernstyringsanordning.

Oppfinnelsen vedrorer en fjernstyringsanordning for å dirigere

et objekt som har en strålingskilde mot et mål ved hjelp av en strålings-f cl som detektoranordning anordnet i et detektorplan og som er adskilt fra objektet for å avfoie et avvik av en bnsket kurs for objektet relativt til målet og tilveiebringe feilkorrigeringssignaler som overfores til objektet for å korrigere dets kurs, omfattende en roterende optisk bildeanordning eller speil med en rotasjonsakse og med en optisk akse som er vippbar relativt til nevnte rotasjonakse for å danne et bilde av nevnte strålingskilde og avsdke nevnte bilde over nevnte detektorplan for å generere respektive detektorsignaler, og kretsmidler som reagerer på nevnte detektorsignaler for å tilveiebringe nevnte

feilkorrigeringssignaler, hvor nevnte detektoranordning består av to orthogonale par av langstrakte detektorer.

I et prosjektilledesystem styrer en operator et prosjektil henimot et bevegelig mål ved hjelp av en avfoler med et kikkertsikte med trådkors fastholdt på målet. Avfoleren detekterer enhver vinkelavvikelse mellom prosjektilet og målretningen, og leverer automatisk et signal for å forandre prosjektilets fluktretning og således styre prosjektilet mot målet. En infrarod utstråling på enden av prosjektilet kan anvendes for å lette detekteringen.

Prosjektilet må styres under flukt fra avfyring til det treffer målet. Ved avfyring er det bnskelig, hvis ikke nodvendig, å

ha en bred synsvinkel for å kunne folge prosjektilet når det befinner seg nær iakttageren. For å oppnå en bred vinkel, anvendes et vidfelt-detektorarrangement som, enskjont det oppfanger meget bakgrunnsbelysning, gir et hbyt forhold mellom signal og stoy fordi prosjektilutstrålingen fremdeles befinner seg relativt nær avfblingsapparatet. Ettersom prosjektilet nærmer seg målet, foretrekkes det å redusere synsvinkelen, og det anvendes derfor en smalvinkeldetektor fordi vinkelen mellom prosjektilet og sikteteleskopet er liten og fordi prosjektilutstrålingen synes svakere. Smalvinkeldetektoren oker signal/stoy-forholdet.

For begge detektoranvendelser detekterer avfoleren posisjonen for prosjektilet relativt til målet. Senteret for avfoleren holdes koaksialt med siktlinjene mellom observatoren og målet. Spesielt programmeres et bilde, f.eks. infrarbdt bilde, fra prosjektilet inn i et konisk synsfelt på et par orthogonale detektorer, enten det dreier seg om den brede eller smale vinkeldetektor som det skal beskrives nedenfor. Ved måling av tiden som det tar for bildet å krysse detektorene og ved måling av rotasjonsvinkelen, kan en feil bestemmes, og feilkorreksjonssignaler sendes tilbake til prosjektilet for reduksjon av feil. Slike målinger og bereg-ninger er fullstendig beskrevet i "Infrared System Engineering"

av Richard D. Hudson Jr., John Wiley & Sons, Inc., 1969, pp.

235 - 263, spesielt 255 - 256. Et langt par detektorer anvendes for vidvinkelavfoling, mens et kort par detektorer anvendes for smal vi nkel avf bli ng.

Det koniske synsfelt oppnås ved anvendelse av et roterende speil med en evne til å fokusere all elektromagnetisk energi som treffer denne i et enkelt punkt. Blant speil som tilfredsstiller dette krav, er manginspeil og paraboliske speil. Ved forskyvning av speilets brennpunkt fra senteret for detektorenheten oppnås det et konisk synsfelt. Forskyvning av brennpunktet oppnås ved rotasjon av speilet om en akse som er dreiet en viss vinkel med hensyn til speilets optiske akse. Speilet kan være dynamisk avbalansert for å redusere vibrasjonen og forenkle lagrings-

og understbttelseskonstruksjonen. For en enkel vinkeloppstilling for aksene kan speilet lett avbalanseres.

Når det imidlertid kreves to koniske synsfelt, som ved den fore-liggende oppfinnelse, må det forefinnes to vinkelforskyvninger av speilets optiske akse med hensyn på dets rotasjonsakse. Dette krav tilfredsstilles ifblge oppfinnelsen ved å vippe speilet fra en diskret posisjon til en annen.. Ved vipping av speilet på denne måte forandres også dettes treghetsmoment. Oppfinnelsen er rettet på et speil hvis treghetsmoment ikke forandres når speilet vippes, dvs. at dettes tre treghetsmomenter med hensyn på de tre ortogonale akser er like. Dette oppnås ved å gjore speilet ekvivalent med en kule med jevnt fordelt masse, hvis senter ligger på rotasjonsaksen, og hvor vippeaksen krysser rotasjonsaksen.

Et av formålene med oppfinnelsen er således å tilveiebringe et avbalansert, vippbart speil med en optisk akse, forskjbvet relativt til rotasjonsaksen. Den innledningsvis angitte fjernstyr-ingsanordningen kjennetegnes med at et par av detektorene er lenger enn det andre paret, og at nevnte roterende bildeanordning er selektivt vippbar i en stbrre vinkel og i en mindre vinkel mellom den optiske aksen for nevnte bildeanordning og nevnte rotasjonsakse, hvor nevnte to vinkler respektivt korresponderer med nevnte to detektorpar, slik at systemet kan hhv. anvendes for suksessiv vid-vinkel-og smal-vinkelavfbling.

Ytterligere trekk og formål ved oppfinnelsen vil fremgå nedenfor ved beskrivelse av et utfbrelseseksempel under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et perspektivbilde, delvis i snitt, av oppfinnelsen anvendt som eksempel i en infrarbd avfoler for å folge prosjektilet henimot et mål,

fig. 2 er et partielt snitt av utforelsesformen ifblge fig. 1,

fig. 3 er et partielt bilde av de adskilte deler av avfoler-systemet ifblge fig. 1, og

fig. 4 er et detaljert perspektivisk bilde, delvis i snitt, av avfblersystem ifblge fig. 1.

Fig. 1 viser et system for styring av et prosjektil 10 mot et mål 12, f.eks. en panservogn. En operator ser gjennom et sikte-stykke 14 av et kikkertsikte 16 med trådkors i senteret av syns-feltet. Operatoren regulerer kontinuerlig orienteringen av teleskopet for å holde trådkorsene på målet 12. Til teleskopet er festet et avfblerapparat 18, med et hus 20, slik at de peker i samme retning, dvs. målretningen. (Hvis et speil eller et pris-me anvendes for å avbbye lyset for det når avfblingsapparatet, er målretningen kun den retning i hvilken målet iakttas). Istedetfor å feste kikkertsiktet på avfblerhuset, kan avfblerhuset 20 drives av en servomotor som styres av kikkertsikte. Dette letter montering av avfblerapparatet på en stabilisert plattform for å eliminere vibrasjoner og små forstyrrelser.

Avfblerapparatet 18 bestemmer hvorvidt prosjektilet 10 ligger på linje med målretningen. Hvis ikke, bestemmer avfblerapparatet korreksjonsvinkelen, enten opp eller ned, eller til hbyre eller venstre, for å kunne bringe prosjektilet på linje med målet. Prosjektilet kan være forbundet med apparatet ved hjelp av en kabel 22 som trekkes av prosjektilet eller på annen måte styres av radio eller andre midler for levering av korreksjonssignaler til prosjektilet. Slike signaler bevirker at prosjektilet for-andrer bane slik at det treffer målet, og baneforandringen kan oppnås ved dreining av prosjektilets styrefinner eller ved avfyring av små korreksjonsjetmotorer.

For å kunne gjore avfblerapparatet i stand til å skille prosjektilet fra bakgrunnen er prosjektilet forsynt med en infrarod utstråling som angitt med en stjerne 24. Det utstrålte lys passerer gjennom et vindu 26 og treffer et konkavt speil 28. Speilet kan ha kun et reflekterende belegg eller kan ha et korrektivt transparent sjikt derpå. Speilet danner et bilde 24A av utstrålingen på et detektorplan 31 som befinnsr seg ved den bakre flate av vinduet 26. Et forste par detektorer 30 og 32 og et andre par detektorer 30' og 32' er anbragt i vinduet i detektorplanet 31. Hver av detektorene har form av en tynn remse, og detektorene i hvert par forloper perpendikulært på hverandre. Detektorene 30 og 32 er lengre enn detektorene 30' og 32' , og anvendes hhv. for vidvinkel- og smalvinkelavfoling.

Speilet 28 er montert for rotasjon om en akse 34 som bringes til

å passere gjennom målet og som også passerer gjennom det punkt hvor detektorene 30 og 32, eller 30.' og 32' krysser hverandre. Imidlertid er den optiske akse for speilet dreiet en vinkel M

fra rotasjonsaksen. Således reflekteres utstrålingen fra speilet 28 i en konus, og bildet 24A projiseres på planet 31

langs en sirkulær bane 38 som er konsentrisk med rotasjonsaksen 34 for speilet når prosjektilet beveger seg mot målet, dvs. når prosjektilet ligger på aksen 34. Under slike forhold krysser utstrålingsbildet detektorene 30 og 32 eller 30" og 32', avhengig av hvilket detektorpar som anvendes, ved slike tidspunkter og under slik rotasjonsvinkel at ingen feilkorreksjoner sendes til prosjektilet. Hvis det ikke foreligger noen slik overensstemmelse, vil de tidspunkter, ved hvilke utstrålingsbildet krysser detektorene, tatt med rotasjonsvinkelen, detekteres som feil, fra hvilke det avledes feilkorreksjonssignaler som sendes til prosjektilet.

Bestemmelsen av feilen, dvs. en vektor hvis vinkel og retning er et mål for avviket mellom prosjektilretningen og målretningen,

kan utfores automatisk av en feilberegningskrets 40. En inngang via lederen 41 til kretsen 40 forefinnes fra en speil vinkel av-*-foler 42 som indikerer den noyaktige vinkel mellom speilets optiske akse 36 og rotasjonsaksen 34 og derfor den noyaktige posisjon for utstrålingsbildet 24A på den sirkulære bane 38. De to andre innganger via lederne 43 og 43' til kretsen 40 forefinnes ;fra et par av detektorer som anvendes. ;Hver detektor gir en kort, stor strålingsindikerende puls kuri ;når strålingsbildet 24A krysser respektive detektor. Hvis den strålingsindikerende puls fra hver detektor f.eks. 30 og 32, over-ensstemmer med det oyeblikk speilets optiske akse krysser detektoren, ligger prosjektilet på målretningen. Hvis den strålingsindikerende puls fra detektoren 32 opptrer i samme oyeblikk som speilets optiske akse krysser detektoren, men pulsen fra detektoren 30 opptrer senere enn det oyeblikk da den optiske akse krysser detektoren 30, ligger prosjektilet like over (dvs. urviserpo-sisjon 12°°) med hensyn til målet. Hvis strålingsdetektorsig-nalet opptrer akkurat like sent for begge detektorer, slik si-tuasjonen er i fig. 1, befinner prosjektilet seg ved urviserpo-sisjonen 9"*° med hensyn til målet.

Ved sammenligning av utgangssignalene fra de to detektorer med utgangssignalet fra speilvinkelavfbleren 42, kan feilberegnings-kretsen 40 beregne retningen av banekorreksjonen som er nodvendig for å bringe prosjektilet til å bevege seg mot målet. Kretsen 40 er forbundet med en prosjektilstyringskrets 44 som leverer et feilkorreksjonssignal til prosjektilet for å dirigere dette nærmere målet.

I lbpet av den fbrste periode av prosjektilflukten etter at prosjektilet er avfyrt, eksisterer det vanligvis en stor vinkel mellom prosjektilet og målretningen. I lbpet av denne periode er det bnskelig å ha et bredt deteksjonsfelt. Imidlertid, i lbpet av den siste periode av flukten, når prosjektilet befinner seg nærmere målet, er det mulig å anvende et smalere synsfelt. Oppfinnelsen gir anvisning på midler for å bevirke en forandring fra stort synsfelt i lbpet av den fbrste periode av prosjektilflukten til et mindre synsfelt med tilsvarende bkning av nby-aktigheten i den siste periode av prosjektilflukten. Denne forandring av deteksjonsfeltene utfores ved vipping av speilet 28 slik at den optiske akse 36 danner en stbrre eller mindre vinkel med rotasjonsaksen 34.

I lbpet av den fbrste fluktperiode oppnås et bredt detektorfelt ved anvendelse av en vidvinkel M som f.eks. 6° (12° totalt) mellom den optiske akse 36 for speilet og dets rotasjonsakse 34. I denne tidsperiode anvendes lange detektorer 30 og 32. I lbpet av den siste fluktperiode oppnås et smalt detektorfelt ved anvendelse av en liten sirkel 46. I lbpet av denne periode anvendes korte detektorer 30' og 32'. For å muliggjbre slik forandring i detektorfeltet må apparatet konstrueres for å muliggjbre vipping og avbalansert rotasjon av speilet i en av de to vinkler. Avbalansert speilrotasjon er særlig viktig hvor avfblingsapparatet er plassert på en romstabilisert plattform, ettersom enhver vibra-sjon frembragt av speilet vil være meget vanskelig å undertrykke.

Som vist i fig. 2, er speilet 28, som er av mangintypen (dvs.

en korrektivlinse foran den reflekterende overflate), festet til en holder 50, idet speilet og holderen danner en speilenhet 52. Enheten er roterbart understøttet på et hjul eller understøttelse 62 av tapper 64, idet hjulet er roterbart om aksen 34. For å oppnå dynamisk balanse av speilenheten i dens to vippede stil-linger om vippeaksene definert av tappene 64, må treghetsmomentet for enheten være likt om dens tre perpendikulære akser for å

gjore speilet og enheten ekvivalent med en kule. Senteret for denne kule befinner seg på rotasjonsaksen for enheten 52 på aksen for tappen 64. Senteret befinner seg derfor i det punktet hvor rotasjonsaksen og vippeaksen krysser hverandre. Videre er speilet slik konstruert at senteret for speilets virtuelle plan befinner seg i senteret for kulen slik at strålingsbildet vil forbli i fokus på detektorplanet. Avbalansering skjer ved hjelp av en masse i form av holderen 50 og en andre masse 54 slik at treghets-momentene for enheten er like om alle tre akser.

Holderen 50 omfatter et rammeparti 56 som bærer speilet, en lang stav 58 festet til rammepartiet, og massen 54 som i tillegg anvendes som et anker 60 som er festet til den ene enden av staven. Hjulet 62 er roterbart montert på huset 20 ved hjelp av lagrene

65, og er forsynt med en gjennomlbpende boring 63, i hvilken staven 58 forlbper. Et par flater 63a og 63b avslutter hjulets ender.

Et drev 66 som er festet til hjulet ved flaten 63b, drives av

en motor 68 for rotasjon av hjulet om rotasjonsaksen 34.

Et stasjonært solenoid hus 70 med en solenoid spole 72, er plassert bak hjulet. Når spolen ikke er energisert, holdes speilenheten 52 i den stilling som er vist i fig. 2 ved hjelp av forspenningen av en fjær 74 som forloper mellom speilenheten og flaten 63a på hjulet 62. Fjæren forspenner speilenheten slik at et parti 76 på denne ligger an mot en fbrste stopper eller anslag 78 på hjulflaten 63a. Dette er stillingen for den minste helling som brukes som smaldeteksjonsfelt.

Når solenoidspolen 72 energiseres ved gjennomloping av dennes elektriske strom, dreier spoleenheten seg til den andre stilling hvor et parti 80 på rammen 56 kommer til anlegg mot en andre stopper eller anslag 82 på hjulflaten 63a. Energiseringen av spolen 72 presser ankeret 60 magnetisk henimot en stilling hvor kanten 84 er i best posisjon for å fullfore den magnetiske fluksbanen mellom en ytterpol 85 og det midtre polstykket 86 på solenoiden. Kraften som utoves av solenoiden er storre enn den som utoves av fjæren 74, for å overvinne fjærkraften og bevege speilenheten henimot den andre stillingen. Den andre stillingen som gir en maksimal skråstilling av speilets optiske akse 36 relativt til rotasjonsaksen 34, anvendes for et vid-deteksjonsfelt.

Ved tilforing av en elektrisk strom til solenoiden kan apparatet omstilles fra et smalt deteksjonsfelt til et vidt deteksjonsfelt. Starten for tilfdrsel av strommen til solenoiden kan skje manuelt ved hjelp av en operator eller automatisk etter opp-fyllelsen av visse kriterier. Forandringen av detektorfeltet skjer mens speilet roterer,og den forstyrrelse som oppstår under stillingsvekslingen,varer i en meget kort tidsperiode.

Således er det ifblge oppfinnelsen tilveiebragt et system som automatisk detekterer feilretningen av et prosjektil eller annen lyskilde, relativt til en på forhånd bestemt retning. Anvendelsen av et speil for dannelse av et bilde på et detektorplan letter tilveiebringelsen av et skarpt bilde med hby intensitet for å muliggjbre meget fblsomme feildetekteringer under vanskelige forhold og et bredt lysbblgeområde. Apparatet muliggjbr også veksling fra vid- til smaldeteksjonsfelt på relativt enkel måte ved forandring av speilvinkelen. Speilenheten er konstruert slik at speilet er godt avbalansert i enhver skråstilling ved anvendelse av en holder som også letter forandringen av skråstillings-vinkelen.

Claims (5)

1. Fjernstyringsanordning for å dirigere et objekt som har en strålingskilde mot et mål ved hjelp av en strålings-fblsom detektoranordning anordnet i et detektorplan og som er adskilt fra objektet for å avfole et avvik av en bnsket kurs for objektet relativt til målet og tilveiebringe feilkorrigeringssignaler som overfores til objektet for å korrigere dets kurs, omfattende en roterende optisk bildeanordning eller speil med en rotasjonsakse og med en optisk akse som er vippbar relativt til nevnte rotasjonsakse for å danne et bilde av nevnte strålingskilde og avsoke nevnte bilde over nevnte detektorplan for å generere respektive detektorsignaler, og kretsmidler som reagerer på nevnte detektorsignaler for å tilveiebringe nevnte feilkorrigeringssignaler, hvor nevnte detektoranordning består av to ortogonale par av langstrakte detektorer, karakterisert ved at et par (30, 32) er lenger enn det andre paret (30', 32'), og at nevnte roterende bildeanordning (28) er selektivt vippbar i en stbrre vinkel og i en mindre vinkel mellom den optiske aksen for nevnte bildeanordning (28) og nevnte rotasjonsakse (34), hvor nevnte to vinkler respektivt korresponderer med nevnte to detektorpar (30, 32 : 30', 32') slik at systemet kan hhv. anvendes for suksessiv vidvinkel- og smal-vi nkelavf 61i ng.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at bildeanordningen (28) er et konkavt speil som umid-delbart tjener til avbildning, at den roterende bildeanordning-ens drivanordningsdel er utformet som et dreibart lagret hjul (62) og at holderen for den roterende bildeanordningen (50) er forsynt med masser (54, 56) på en slik måte at den konstruksjons-enhet (52) som dannes av holderen (50) og speilet (28) har like treghetsmomenter om holderens (50) dreieakse, speilets (28) optiske akse (36) og en akse som forloper perpendikulært på de to nevnte akser.

3. Anordning som angitt i krav 1 og 2, karakterisert ved at det på hjulet (62) er anordnet et forste anslag (78) som begrenser konstruksjonsenhetens (52) svinge-område i en forste retning, og at det foreligger en innretning (74) som presser konstruksjonsenheten (52) i retning av dette anslag (78) og fremkaller en forspenning mot dette anslag, og at holderen (50) foruten et rammeparti (56) for speilet (28) omfatter et anker (60) som står overfor en solenoid spole (72) som er i stand til magnetisk å trekke ankeret (60) til seg og derved svinge konstruksjonsénheten (52) mot forspenningen til en stilling fjern fra forste anslag (78).

4. Anordning som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at det på hjulet (62) foreligger et annet anslag (82) for den fra forste anslag (78) fjerne stilling av konstruksjonsénheten (52) og at holderen (50) kommer til anlegg mot disse anslag med sitt rammeparti (56).

5. Anordning som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at hjulet (62) er dreibart lagret i huset (20) og koblet til en drivmotor (68) som er festet til huset, at holderens (50) ramraeparti (56) er svingbart lagret på tapper (64) foran hjulflaten (63a) og på den side som vender bort fra speilet (28) har en stav (58) som trenger gjennom en boring (63) i hjulet (62) og på hvis ende som rager bakover ut av hjulet det samtidig som utligningsmasse (54) virkende anker (60) er anordnet, og at anslagene (78 og 82) for konstruksjonsenhetens (52) svingestillinger er anordnet på hjulflaten (63a) og at det mellom denne hjulflate (63a) og holderens (50) rammeparti (56) er anordnet en f jaer (74) i området for det annet anslag (82) .