DE4234026C1

DE4234026C1 - Inertial measurement unit for missile or projectile - aligns optical rotation sensor axis with drift axis of two=axis mechanical gyroscope and with axis of high acceleration of launch

Info

Publication number: DE4234026C1
Application number: DE4234026A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Schwieder
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Diehl Defence GmbH and Co KG
Priority date: 1992-10-09
Filing date: 1992-10-09
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2012-10-10

Abstract

Within the launching tube (10), a cylindrical missile (12) contains an inertial measurement unit (16) which senses the angular velocity of rotation about the longitudinal axis (14) and two other input axes (18,20) at right angles to each other. A dynamically-adjusted two-axis gyroscope (22) has its drift axis (24) aligned with the longitudinal axis of the missile. The rate of rotation about this axis is measured by an optical sensor (26) whose optical path follows the internal surface of the fuselage (30), ahead of an electronic control unit (32) and interface (34). ADVANTAGE - Very compact device exhibits little drift even under high acceleration along particular axis.

Description

Die Erfindung betrifft eine inertiale Meßeinheit für drei zueinander orthogonale Achsen zur Verwendung in Flugkörpern mit einem optischen Drehgeschwindigkeits-Sensor (26) und mechanischen, inertialen Sensormitteln zur Messung der Flugkörper-Bewegung um zwei zu der Eingangsachse des optischen Drehgeschwindigkeits-Sensors senkrechte Achsen.The invention relates to an inertial measuring unit for three mutually orthogonal axes for use in missiles with an optical rotational speed sensor ( 26 ) and mechanical, inertial sensor means for measuring the missile movement about two axes perpendicular to the input axis of the optical rotational speed sensor.

Zur Navigation und Flugregelung sind inertiale Meßeinheiten bekannt, die auf Lageänderungen gegenüber dem inertialen Raum ansprechen. Solche Meßeinheiten messen Drehgeschwindigkeiten oder die Lage um drei zueinander orthogonale Eingangsachsen. Es sind Meßeinheiten dieser Art bekannt, die mit mechanischen Kreiseln aufgebaut sind. Solche mechanische Kreisel können von dynamisch abgestimmten Kreiseln gebildet sein. Bei Verwendung von mechanischen Kreiseln, z. B. zwei dynamisch abgestimmten Kreiseln mit je zwei Eingangsachsen, ist wenigstens einer der Kreisel mit seiner Drallachse senkrecht zu der Längsachse des Flugkörpers oder Geschosses angeordnet. In Richtung dieser Längsachse treten hohe Beschleunigungen auf. Dadurch kann infolge Masseunwucht des Kreiselrotors eine unerwünscht hohe Drift dieses Kreisels auftreten.Inertial measuring units are used for navigation and flight control known that changes in position relative to the inertial space speak to. Such measuring units measure rotational speeds or the position around three mutually orthogonal input axes. Measuring units of this type are known which are mechanical Gyros are built. Such mechanical gyroscopes can dynamically tuned gyros. Using of mechanical gyros, e.g. B. two dynamically tuned Gyroscopes with two input axes each is at least one of the Gyro with its swirl axis perpendicular to the longitudinal axis of the Missile or projectile arranged. Towards this Long accelerations occur along the longitudinal axis. This can due to unbalanced mass of the gyro rotor an undesirably high Drift of this gyro will occur.

Es sind optische Drehgeschwindigkeits-Sensoren beispielsweise in Form von Faser- oder Laserkreiseln bekannt. Solche optischen Drehgeschwindigkeits-Sensoren beruhen auf dem Sagnac-Effekt. Sie enthalten einen in einer Ebene verlaufenden geschlossenen Lichtweg und sprechen auf Drehgeschwindigkeiten um eine zu der besagten Ebene senkrechte Eingangsachse an. Eine mit drei solchen optischen Drehgeschwindigkeits-Sensoren aufgebaute Meßeinheit erfordert ein recht großes Einbauvolumen. Die durch den Sagnac-Effekt erhaltenen optischen Wegdifferenzen sind proportional der von dem Lichtweg umschlossenen Fläche.There are optical rotational speed sensors, for example known in the form of fiber or laser gyros. Such optical rotation speed sensors are based on the Sagnac effect. They contain one in one level closed light path and speak on rotational speeds about an input axis perpendicular to said plane. One with three such optical rotation speed sensors built measuring unit requires a quite large Installation volume. Those obtained through the Sagnac effect optical path differences are proportional to that of the Light path enclosed area.

Der Aufbau der inertialen Meßeinheit in einheitlicher Technik, als entweder nur mit mechanischen Kreiseln oder nur mit optischen Drehgeschwindigkeits-Sensoren, hat den weiteren Nachteil, daß die Ausrichtung der verschiedenen Sensoren zueinander recht aufwendig ist.The structure of the inertial measuring unit in a uniform Technology than either only with mechanical gyros or just with optical rotation speed sensors, has the other Disadvantage that the alignment of the different sensors to each other is quite expensive.

Durch die US-PS 4 901 565 ist eine inertiale Meßeinheit für Flugkörper bekannt, die aus einem optischen Drehgeschwindigkeits-Sensor zur Messung der Rollgeschwindigkeit und zwei mechanischen, inertialen Sensoren, nämlich zwei micromechanischen Drehbeschleunigungs- Sensoren besteht. Aus diesen Sensoren soll eine nach Art einer integrierten Schaltung aufgebaute Meßeinheit geschaffen werden.US Pat. No. 4,901,565 is an inertial measuring unit for Missile known from an optical Rotational speed sensor for measuring the Rolling speed and two mechanical, inertial Sensors, namely two micromechanical rotational acceleration Sensors. These sensors are said to be one of a kind Integrated circuit built measuring unit created become.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine inertiale Meßeinheit zu schaffen, die hohe Beschleunigungen längs einer vorgegebenen Achse aushält, möglichst kompakt ist und auch bei hohen Beschleunigungen längs der besagten Achse nur geringe Drift aufweist.The invention has for its object an inertial Measuring unit to create the high accelerations along one endures given axis, is as compact as possible and even at high accelerations along the axis in question Exhibits drift.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Verwendung in hochbeschleunigten Flugkörpern oder Geschossen die mechanischen, inertialen Sensormittel von einem zweiachsigen, mechanischen Kreisel gebildet sind, dessen Drallachse parallel zu der Eingangsachse des optischen Drehgeschwindigkeits-Sensors angeordnet ist.According to the invention, this object is achieved in that Use in highly accelerated missiles or Shot the mechanical, inertial sensor means from a biaxial mechanical gyroscope is formed, whose swirl axis is parallel to the input axis of the optical rotational speed sensor is arranged.

Dabei kann die Meßeinrichtung in den Flugkörper oder das Geschoß mit der Drallachse parallel zur Längsachse des Flugkörpers oder Geschosses eingebaut sein.The measuring device can be in the missile or Projectile with the swirl axis parallel to the longitudinal axis of the Missile or projectile be installed.

Auf diese Weise ist der mechanische Kreisel gegen die in Richtung der Längsachse des Flugkörpers oder Geschosses wirkende hohe Beschleunigung weitgehend unempfindlich. Es tritt keine Drift des Kreisels infolge Masseunwucht auf, auf welche die Beschleunigung wirkt. Der mechanische Kreisel erfaßt die Drehgeschwindigkeiten um zwei zur Drallachse des Kreisels und damit der Längsachse des Flugkörpers senkrechte Achsen. Der optische Drehgeschwindigkeits-Sensor erstreckt sich im wesentlichen in einer zur Flugkörperlängsachse senkrechten Ebene und bildet einen ring- oder scheibenförmigen Bauteil. Der eine optische Drehgeschwindigkeits-Sensor erfordert daher nur ein geringes Einbauvolumen. Der optische Drehgeschwindigkeits-Sensor kann erforderlichenfalls den gesamten Innenquerschnitt des Flugkörpers oder Geschosses ausfüllen oder umschließen, so daß sich eine große umschlossene Fläche und damit bestmögliche Genauigkeit ergibt. Der optische Drehgeschwindigkeits-Sensor ist in Richtung der Beschleunigung sehr stabil. Der optische Drehgeschwindigkeits- Sensor erfaßt die Drehgeschwindigkeit um die Drallachse des mechanischen Kreisels und damit um die Längsachse des Flugkörpers oder Geschosses.In this way the mechanical gyro is against the in Direction of the longitudinal axis of the missile or projectile acting high acceleration largely insensitive. It there is no drift of the gyro due to mass imbalance which acts the acceleration. The mechanical gyroscope detects the rotational speeds around two to the swirl axis of the Gyroscope and thus the longitudinal axis of the missile perpendicular Axes. The optical rotational speed sensor extends essentially in one to the missile longitudinal axis vertical plane and forms an annular or disc-shaped Component. The one optical rotation speed sensor therefore requires only a small installation volume. The optical one Rotation speed sensor can, if necessary total internal cross section of the missile or projectile fill in or enclose so that there is a large enclosed area and thus the best possible accuracy. The optical rotation speed sensor is in the direction of Acceleration very stable. The optical rotational speed Sensor detects the speed of rotation around the swirl axis of the mechanical gyroscope and thus around the longitudinal axis of the Missile or projectile.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und im folgenden beschrieben.An embodiment of the invention is in the figure shown and described below.

Die Figur zeigt schematisch einen Längsschnitt eines Flugkörpers oder Geschosses in einem Abschußrohr. The figure shows schematically a longitudinal section of a Missile or projectile in a launch tube.

In der Fig. ist mit 10 ein Abschußrohr bezeichnet. In dem Abschußrohr 10 sitzt ein im wesentlichen zylindrischer Flugkörper oder ein Geschoß 12. Die Längsachse des Flugkörpers oder Geschosses ist mit 14 bezeichnet. In dem Flugkörper oder Geschoß 12 sitzt eine inertiale Meßeinheit 16. Die inertiale Meßeinheit 16 mißt u. a. die Drehgeschwindigkeiten des Flugkörpers 12 um die Flugkörperlängsachs 14 und um zwei zu der Flugkörperlängsachse 14 und zueinander senkrechte Eingangsachsen 18 und 20. Die Eingangsachse 18 ist dabei in der Papierebene der Figur dargestellt. Die Eingangsachse 20 liegt dann senkrecht zur Papierebene in der Figur.In the figure , 10 is a launch tube. An essentially cylindrical missile or projectile 12 sits in the launch tube 10 . The longitudinal axis of the missile or projectile is designated by 14 . An inertial measuring unit 16 sits in the missile or projectile 12 . The inertial measuring unit 16 measures, among other things, the rotational speeds of the missile 12 about the missile longitudinal axis 14 and about two input axes 18 and 20 perpendicular to the missile longitudinal axis 14 and to one another. The input axis 18 is shown in the paper plane of the figure. The input axis 20 is then perpendicular to the paper plane in the figure.

Der Flugkörper 12 ist starken Beschleunigungen in Richtung seiner Längsachse 14 unterworfen.The missile 12 is subjected to strong accelerations in the direction of its longitudinal axis 14 .

Die Meßeinheit 16 enthält einen dynamisch abgestimmten, zweiachsigen Kreisel 22. Die Drallachse 24 des Kreisels 22 fällt mit der Längsachse 14 des Flugkörpers 12 zusammen. Die beiden Eingangsachsen des Kreisels 22 stehen senkrecht auf der Drallachse 24 und sind zueinander senkrecht. Diese Eingangsachsen bilden die beiden Eingangsachsen 18 und 20 der Meßeinheit.The measuring unit 16 contains a dynamically tuned, two-axis gyroscope 22 . The swirl axis 24 of the gyroscope 22 coincides with the longitudinal axis 14 of the missile 12 . The two input axes of the gyroscope 22 are perpendicular to the swirl axis 24 and are perpendicular to one another. These input axes form the two input axes 18 and 20 of the measuring unit.

Zur Messung der Drehgeschwindigkeit des Flugkörpers 12 um die Längsachse 14 ist ein optischer Drehgeschwindigkeits-Sensor 26 vorgesehen. Der optische Drehgeschwindigkeits-Sensor 26 ist ring- oder scheibenförmig. Der optische Drehgeschwindigkeits- Sensor erstreckt sich senkrecht zu der Längsachse 14 des Flugkörpers. Die Eingangsachse 28 des optischen Drehgeschwindigkeits-Sensors 26 fällt ebenfalls mit der Längsachse 14 des Flugkörpers 12 zusammen. Der optische Weg des optischen Drehgeschwindigkeits-Sensors 26 verläuft längs der Innenfläche der Flugkörperzelle 30. Dieser optische Weg umschließt daher eine optimal große Fläche. Die Meßeinheit 16 mit dem dynamisch abgestimmten Kreisel 22 und dem optischen Drehgeschwindigkeits-Sensor 26 ist sehr kompakt und raumsparend. Der Kreisel 22 ist in Richtung der Beschleunigung sehr stabil. Die Beschleunigung in Richtung der Längsachse 14 führt auch bei Vorhandensein einer Unwucht des Kreisels 22 nicht zu einer Drift. Auch der optische Drehgeschwindigkeits- Sensor ist in Richtung der Beschleunigung sehr stabil.An optical rotational speed sensor 26 is provided for measuring the rotational speed of the missile 12 about the longitudinal axis 14 . The optical rotational speed sensor 26 is ring-shaped or disk-shaped. The optical rotational speed sensor extends perpendicular to the longitudinal axis 14 of the missile. The input axis 28 of the optical rotational speed sensor 26 also coincides with the longitudinal axis 14 of the missile 12 . The optical path of the optical rotational speed sensor 26 runs along the inner surface of the missile cell 30 . This optical path therefore encloses an optimally large area. The measuring unit 16 with the dynamically tuned gyroscope 22 and the optical rotational speed sensor 26 is very compact and space-saving. The gyroscope 22 is very stable in the direction of acceleration. The acceleration in the direction of the longitudinal axis 14 does not lead to a drift even when there is an unbalance of the gyroscope 22 . The optical rotation speed sensor is also very stable in the direction of acceleration.

Hinter dem optischen Drehgeschwindigkeits-Sensor 26 sitzt die Betriebselektronik 32 der Meßeinheit 16. Dahinter ist eine Schnittstelle 34 angeordnet.The operating electronics 32 of the measuring unit 16 are located behind the optical rotational speed sensor 26 . An interface 34 is arranged behind it.

Claims

Inertial measuring unit for three mutually orthogonal axes for use in missiles with an optical rotational speed sensor ( 26 ) and mechanical, inertial sensor means for measuring the missile movement around two axes perpendicular to the input axis of the optical rotational speed sensor, characterized in that for use in highly accelerated missiles or projectiles, the mechanical, inertial sensor means are formed by a biaxial, mechanical gyroscope, the swirl axis of which is arranged parallel to the input axis of the optical rotational speed sensor.