DE3726958C2

DE3726958C2 -

Info

Publication number: DE3726958C2
Application number: DE3726958A
Authority: DE
Inventors: Fritz 8000 Muenchen De Hofmann; Helmut Dr. 8130 Starnberg De Seidel
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
Priority date: 1987-08-13
Filing date: 1987-08-13
Publication date: 1989-11-09
Also published as: FR2619451B1; DE3726958A1; FR2619451A1; US4901565A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinheit mit trägerfesten Meßachsen, die die Winkelgeschwindigkeiten eines um eine Hauptachse relativ schnell rotierenden Flugkörpers vermißt.

Eine derartige Meßeinheit benötigt bekanntlich nicht die komplizierte Servomechanik einer in einem Rahmen aufgehängten Referenz, wie sie bei spielsweise in der DE-OS 32 33 029 offenbart ist. Trotzdem ist der Aufwand bei einer solchen Meßeinheit mit trägerfesten Meßachsen aufgrund der kostspieligen und aufwendigen Sensoren für die drei Rotationsbewegungen (Rollachse, 1. und 2. Querachse) noch sehr hoch.

Für die Rollachse wird nämlich wegen des relativ hohen Meßbereichs und den Anforderungen an die Skalierungstreue ein nach dem Sagnac-Effekt arbeiten der Sensor bevorzugt, wenn eine gute und exakt arbeitende Anordnung gefor dert ist. Ein solcher Sensor wird aus einem aktiven Ringlaser-Resonator gebildet, oder er kann ein Lichtleitfaser-Sensor bzw. ein mikrooptischer Resonatorlaser-Sensor sein. Die Auswerte-Elektronik dieses Sensors soll hierbei nach dem Stand der Technik für Sagnac-Effekt-Sensoren sowohl den Roll-Lagewinkel als auch die Rollgeschwindigkeit anzeigen. Es bedarf kei ner Hervorhebung, daß solchermaßen konzipierte Sensoren für eine komplette dreiachsige Ausrüstung immer noch sehr kostspielig und aufwendig sind, aber nach dem bisherigen Stand der Technik sind für übliche Meßeinheiten mit trägerfesten Meßachsen (Strapdown-Referenzen) ausreiched genaue und einfachere Winkelgeschwindigkeits-Sensoren nicht verfügbar.

Durch die DE-OS 28 32 600 ist eine Meßeinheit bekanntgeworden, die die gesuchte Winkelgeschwindigkeit aus der EMK eines Winkelgeschwindigkeits sensors bildet. Die Aufschaltung der Frequenz der Rollbewegung ist jedoch in bezug auf die Genauigkeit nicht gleichwertig mit einer direkten Messung und Aufschaltung von Roll-Lagewinkel und Roll-Geschwindigkeit.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine durch eine Meßeinheit mit trägerfesten Meßachsen gebildete Referenz eine in Aufwand und Kosten wesentlich vereinfachte Konzipierung aufzuzeigen und eine Meß einheit zu schaffen, die zu jedem Zeitpunkt innerhalb eines Rollzyklus die Bildung eines Augenblickswertes der Winkelgeschwindigkeiten um die Quer achsen des Flugkörpers erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst.

In den Unteransprüchen sind Weiterbildungen und Ausgestaltungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung wird ein Ausführungsbeispiel erläu tert und in den Figuren der Zeichnung skizziert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schemabild eines schnell rotierenden Flugkörpers mit Andeutung der nicht rollenden Querachsen 11, 12 des Flugkörpers,

Fig. 2 die mit dem Flugkörper rollenden Querachsen 11′, 12′, die gegen über den nicht rollenden Querachsen 11, 12 um den Roll-Lagewinkel 17 gedreht sind,

Fig. 3 ein Schemabild der Elektronik-Platine, die die Meßeinheit mit trägerfesten Meßachsen bildet.

Für eine oder beide Querachsen 11, 12 (Fig. 1) werden statt der bisher eingesetzten Winkelgeschwindigkeits-Sensoren ("Rate-Sensoren") die erheb lich leichter herstellbaren Winkelbeschleunigungssensoren 13 eingebaut und die Winkelgeschwindigkeit um die nicht rollenden, quer zur Rollachse lie genden Referenzachsen mit Hilfe eines Rechennetzwerkes bzw. Mikrocomputers (Mikrocontroller) aus den Winkelbeschleunigungen um die Querachsen 11′, 12′ berechnet und zwar wie folgt:

Winkelgeschwindigkeit (Rate) zu Querachse 11 =
(1/Winkelgeschwindigkeit um die Rollachse) × (-sin Rollwinkel) × Winkel beschleunigung von 11′ + (1/Winkelgeschwindigkeit um die Rollachse) × (cos Rollwinkel) × Winkelbeschleunigung von 12′;
Winkelgeschwindigkeit zu Querachse 12 =
(1/Winkelgeschwindigkeit um die Rollachse) × (cos Rollwinkel) × Winkel beschleunigung von 11′ + (1/Winkelgeschwindigkeit um die Rollachse) × (sin Rollwinkel) × Winkelbeschleunigung von 12′.

Hierbei darf die Winkelgeschwindigkeit um die Rollachse durchaus variabel sein, da sie durch den Sensor der Rollachse 10 a gemessen wird. Nun ist hier jedoch zu beachten, daß die vorgeschlagene Konzeption bei extrem niedriger Rollgeschwindigkeit wegen des Faktors (1/Winkelgeschwindigkeit um die Rollachse) nicht anwendbar ist. Bei mittleren bis hohen Rollge schwindigkeiten wird nach den oben angegebenen Gleichungen gearbeitet und bei sehr hohen Rollgeschwindigkeiten kann jeweils die zweite Gleichungs zeile (nach dem "+") - und damit aber auch der Sensor 13 a für die Winkel beschleunigung in der Achse 12′ - eingespart werden.

Ein nicht unwesentlicher Beitrag zur Verringerung der Fertigungskosten wird dadurch geleistet, daß als Winkelbeschleunigungsmesser sogenannte mikromechanische Winkelbeschleunigungssensoren 13, 13 a verwendet werden, die nach Art der bekannten mikromechanichen Silizium-Sensoren für Trans lationsbeschleunigungen mit Chip-, Masken- und Ätztechnologie mit sehr geringen Stückkosten hergestellt sind. Im vorliegenden Fall ist auch der Nutzfrequenzbereich der Sensoren soweit eingeengt, daß ein quasistationä rer Nullpunktfehler der Winkelbeschleunigungssensoren 13, 13 a ohne Bedeutung ist.

Ein weiterer, die Kosten reduzierender Effekt ergibt sich bei der oben vorgeschlagenen Kombination von einem Sagnac-Effekt-Sensor 14 und den bei den mikromechanischen Winkelbeschleunigungssensoren 13, 13 a aus dem in der Fig. 2 skizzierten Aufbau der Meßeinheit in einer einzigen Vorzugsfläche. Hierbei sind auf einer Elektronik-Platine 16 die auf einem mikromecha nischen Zweiachsen-Chip 17 zusammengefaßten beiden Winkelbeschleunigungs sensoren 13, 13 a, der Mikrocomputer 15 und der Sagnac-Effekt-Sensor 14 an geordnet. Dadurch wird das gesamte dreiachsige Referenz-System auf ein einziges flaches Bauteil, nämlich der Elektronikkarte, untergebracht.

Claims

1. Trägerachsenfeste Meßeinheit für die Winkelgeschwindigkeiten eines um eine Hauptachse relativ schnell rotierenden Flugkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß für eine oder beide Querachsen (11, 12) des rollenden Flugkörpers (10) jeweils ein Winkelbeschleunigungssensor (13, 13 a) vorgesehen ist, der mit dem Rollsensor (14) des Flugkörpers (10) kombiniert ist, und daß eine Recheneinrichtung (15) vorgesehen ist, die die Winkelgeschwindigkeit in den Querachsen rechnerisch aus den vom Rollsensor (14) angezeigten Augenblickswerten für den Roll-Lagewinkel und für die Roll-Geschwindigkeit sowie aus den Werten für die Winkel beschleunigung um eine oder beide Querachsen ermittelt.

2. Meßeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollsensor (14) ein nach dem Sagnac-Effekt arbeitender Sensor ist.

3. Meßeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit ein Mikrocomputer ist.

4. Meßeinheit nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelbeschleunigungssensor ein auf einem Zweiachsen-Chip (17) angeordneter und mit dem Mikrocomputer (15) verbundener mikromechani scher Winkelbeschleunigungssensor (13, 13 a) ist.

5. Meßeinheit nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollsensor (14), die mikromechanischen Winkelbeschleunigungssen soren (13, 13 a) und der Mikrocomputer (15) zusammen mit dem Zwei-Ach sen-Chip (17) auf einer Elektronik-Platine (16) angeordnet sind.