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Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Gruppierung von
Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen Es ist vorgeschlagen worden, eine gewünschte
Gruppierung von Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen, durch Aufrechterhaltung
der Relativlage und Relativrichtung der Fahrzeuge zu einem ausgezeichneten Fahrzeug,
dem Leitfahrzeug, zu gewährleisten. Gegenstand der Erfindung ist eine besondere
Ausführung dieser Art. Ihr Wesen besteht darin, daß erfindungsgemäß eines der Fahrzeuge,
das Leitfahrzeug, mit zwei voneinander entfernten Sendern optischer oder quasioptischer
Strahlen ausgerüstet ist und als Empfangseinrichtung auf dem oder den zu führenden
Fahrzeugen eine Optik dient, mit welcher Mittel zur Bestimmung des räumlichen Abstandes
bzw. der Änderungen der räumlichen Lage zwischen dem Leitfahrzeug und dem zu führenden
Fahrzeug auf Grund des räumlichen oder zeitlichen Abstandes der von der Optik entworfenen
Bilder der beiden Sender zusammenwirken.
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Zur näheren Erläuterung diene die schematische Darstellung der Zeichnung.
In dieser sind i und 2 zwei Lichtsender auf dem nicht näher dargestellten Leitfahrzeug.
Vermittels der Optik 3 der auf dem zu führenden Fahrzeug oder auf jedem der zu führenden
Fahrzeuge vorgesehenen Empfangsanordnung werden von den beiden Lichtsendern i und
2 die beiden Bilder 4 und 5 entworfen. Es ist leicht einzusehen, daß der Abstand
dieser Bilder ein Maß für die Entfernung des zu führenden Fahrzeuges von den Sendern
i und 2 und somit von dem Leitfahrzeug ist. Der Abstand der beiden Bilder q. und
5 kann an einer auf der Projektionsfläche angebrachten Skala o. dgl. abgelesen werden.
Auf dieser kann gleichzeitig auch der Durchstoßungspunkt der optischen Achse markiert
werden, so daß auf diesem Wege oder auch in anderer Weise die Entfernungen der beiden
Bilder von der optischen Achse bestimmt werden können. Aus diesem Abstand der Bilder
4 und 5 von der optischen Achse bzw. aus der Verschiedenheit des Abstandes des einzelnen
Bildes kann die Richtung, unter der die Empfangseinrichtung sich zu dem Leitfahrzeug
bzw. den beiden Sendern i und 2 befindet, erkannt werden.
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Die vorgenannte einfache Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist
wohl geeignet für die Bestimmung der Relativrichtung und -entfernung von seiten
eines Beobachters, weniger aber zur Bildung entsprechender Steuergrößen für selbsttätige
Steuereinrichtungen oder zur Anzeige der Abweichungen von der Sollrichtung und Sollentfernung
vexmittels
eines selbsttätig arbeitenden Anzeigegerätes. In diesen
Fällen empfiehlt es sich, die Empfangseinrichtung eine Suchbewegung ausführen zu
lassen. Man wird sich hierbei im allgemeinen auf eine Suchbewegung in einer Ebene,
insbesondere der horizontalen Ebene, beschränken können. Die Ausführung kann z.
B. folgende sein. Innerhalb eines die Optik bildenden Hohlspiegels wird zweckmäßig
im Brennpunkt eine Photozelle angebracht, deren empfindliche Fläche so klein ist,
daß sie praktisch als punktförmig angesprochen werden kann. Diesen Hohlspiegel mit
der darin angeordneten Photozelle läßt man um eine Vertikalachse umlaufen. Die Bilder
der beiden Sender bestreichen dann nacheinander die Photozelle; man erhält zwei
Impulse, deren zeitlicher Abstand von der Drehgeschwindigkeit der umlaufenden Optik
und der Entfernung der beiden Sender bzw. des diese enthaltenden Leitfahrzeuges
und des zu führenden Fahrzeuges abhängig ist. Außerdem bestimmt die Lage der Zeitpunkte,
in denen die beiden Impulse auftreten, innerhalb der zu einem Umlauf der Optik erforderlichen
Gesamtzeit auch die Richtung, unter der das zu führende Fahrzeug bzw. die auf diesem
befindliche Empfangseinrichtung sich zum Leitfahrzeug befindet. Um die Bestimmung
von der Umlaufgeschwindigkeit des Empfängers unabhängig zu machen; empfiehlt es
sich, den Empfänger sich nach einer bestimmten, sich mit der Zeit nicht ändernden
Gesetzmäßigkeit bewegen zu lassen. Man kann ihn z: B. mit gleichbleibender gleichförmiger
Geschwindigkeit umlaufen oder aber auch nach einer bestimmten .Gesetz- ` mäßigkeit,
z, B: nach einer sinusförrnigen Abhängigkeit, pendeln lassen.
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Es war hier noch nicht berücksichtigt, daß das zu führende Fahrzeug
im allgemeinen Schwingungen um seine Längsachse ausführen wird. Soweit das der Fall
ist, muß Vorsorge getroffen werden, daß die Lichtstrahlen auch bei Bewegungen des
zu führenden Fährzeuges um seine Längsachse stets die Empfangseinrichtung bzw. die
Optik und das zugehörige lichtempfindliche Organ treffen. Es gibt hier mehrere Möglichkeiten
zur Lösung dieses Teilproblems. So kann man z. B-.- Gebrauch machen von einer Zylinder-
'' optik, welche die Bilder der beiden Lichtsender in der Vertikalen strichförmig
auseinander zieht. Statt dessen kann man aber auch bei der gewöhnlichen Optik verbleiben
und dafür dem lichtempfindlichen Organ in der Vertikalen eine große Ausdehnung erteilen,
gegebenenfalls durch Verwendung enes größeren Satzes von in der Vertikalen aufeinänderfolgenden
Photozellen. Die Ausdehneng in der Horizontalen wird dabei nicht geändert, ist also,
wie schon erwähnt, möglichst klein zu halten.
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Der Zweck dieser Anordnungen kann noch unterstützt werden durch eine
geeignete Aus-Bildung der beiden Lichtsender, und zwar so, daß sie bzw. die von
ihnen ausgesandten Lichtstrahlen in der Vertikalen einen hinreichend großen Öffnungswinkel
aufweisen. Zum Beispiel kann man Glühlampen verwenden, deren glühende Fläche ein
lötrecht verlaufendes Band bildet. Ebenso kann man geeignete Hohlspiegel mit zweckmäßiger
Anordnung der die Lichtstrahlen erzeugenden Glühkörper anwenden.
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Mit der oben beschriebenen Anordnung läßt sich der Winkel feststellen,
den die Verbindungsgrade zwischen den beiden Fahrzeugen mit der Längsachse des geführten
Fahrzeuges besitzt. Es wird hierbei der Umstand ausgenutzt, daß praktisch das Leitfahrzeug
und die zu führenden Fahrzeuge im allgemeinen mit ihren Längsachsen parallel °zueinänder
verlaufen werden. Ausgehend hiervon kann man natürlich durch Bestimmung des Winkels
zwischen . der Verbindungsgeraden der beiden Fahrzeuge und der Längsachse des zu
führenden Fahrzeuges die Richtung bestimmen, unter der das letztere sich zum Leitfahrzeug
befindet. Erleichtert und genauer wird die Methode noch, wenn man die verschiedenen
Richtungen des von den Sendern ausgehenden Lichtes in der horizontalen Ebene verschieden
kennzeichnet. Insbesondere eignen sich hierfür bei visueller Beobachtung verschiedene
Farben, so daß man also aus der Farbe des auf dem zu führenden Fahrzeuges aufgenommenen
Lichtes die Richtung, unter der das zu führende Fahrzeug sich zum Leitfahrzeug befindet,
ermitteln kann. Statt dessen kann natürlich auch die Verwendung geeigneter Blenden
o. dgl. vorteilhaft sein, die die - in die verschiedenen Richtungen der Horizontalebene
ausfallenden Lichtstrahlen an der Sendestelle in verschiedener Weise modulieren,
z. B. mit tiefen Frequenzen an der unteren Grenze des Hörbereiches. Was die Ausbildung
der Sendeeinrichtung hierbei anbelangt, so kann man mehrere Lampen oder mehrere
lotrechte Glühfällen in einer Lampe in der Brennebene des Senderspiegels nebeneinander
anordnen. Statt dessen kann man auch eine Mehrarbeit von in sich vollständigen Sendeeinrichtungen,
übereinander aufbauen, die hinsichtlich der Ausstrahlungsrichtung in der Horizontalebene
gegeneinander versetzt sind und verschieden frequent moduliertes Licht aussenden.
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Es ist leicht einzusehen, daß man in diesen und ähnlichen Fällen Empfangseinrichtungen
verwenden kann, die einen Zeiger einer Anzeigeeinrichtung
oder
das Regelorgan einer selbsttätigen Steuereinrichtung zur Aufrechterhaltung der Relativsollage
in Abhängigkeit von der Frequenz des aufgenommenen Lichtes und damit in Abhängigkeit
von der Relativrichtung des zu führenden Fahrzeuges zum Leitfahrzeug einstellen.
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Sofern für die Bestimmung der Relativentfernung des zu führenden Fahrzeuges
zum Leitfahrzeug andere Methoden, als sie oben beschrieben wurden, benutzt werden,
genügt natürlich zur Bestimmung der Relativrichtung eine einzige Sendeeinrichtung
der letztgenannten Art, während, wie das oben ausgeführt wurde, für die Bestimmung
der Relativentfernung von zwei Sendeeinrichtungen Gebrauch gemacht wird.
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Die Erfindung-ist nicht auf die Verwendung von Lichtstrahlen im engeren
Sinne beschränkt. Sie läßt sich vielmehr auch mit Hilfe von ultrakurzen, quasioptischen,
elektromagnetischen Schwingungen ausführen, soweit eben diese Strahlenarten hinsichtlich
ihrer Ausbreitung, Beugung usw. optischen Gesetzen folgen, d. h. sich z. B. mit
Hilfe von Hohlspiegeln praktisch brauchbarer Dimensionen lenken und auch mit Hilfe
von Richtsendern ausstrahlen lassen.
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Es versteht sich, daß statt einer Suchbewegung in der Horizontalebene
auch eine Suchbewegung in irgendeiner anderen Ebene, z. B. in der Vertikalebene,
in Betracht kommen kann. Das gleiche gilt hinsichtlich der verschiedenartigen Kennzeichnung
der Ausstrahlungsrichtungen durch verschiedene Farben oder verschiedene Modulationen.
Solche Fälle können z. B. vorkommen bei Geschwaclern von Luftfahrzeugen zur Festlegung
der Relativrichtung und gegebenenfalls Relativentfernung der zu führenden Fahrzeuge
bezüglich des Leitfahrzeuges,in der Vertikalen. Wenn daher hier und in den Ansprüchen
der einfacheren Bezeichnung wegen von einer Suchbewegung oder verschiedenartigen
Kennzeichnung usw. in der Horizontalebene gesprochen ist, so ist unter diesem letzteren
Ausdruck schlechthin diejenige Ebene verstanden, in der die Relativrichtung oder
Relativentfernung zu bestimmen ist.
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Man kann selbstverständlich an jedem Fahrzeug zwei der oben beschriebenen
Sendeeinrichtungen bzw. Empfangseinrichtungen vorsehen, von welchen die eine in
der Horizontalebene oder in einer anderen geeigneten Ebene und die zweite in der
Vertikalebene oder einer anderen zur ersten gekreuzten Ebene arbeitet. Es werden
also unter Bezugnahme auf die Zeichnung zu den beiden Sendern i und z zwei andere
Sender hinzugefügt, deren Verbindungslinie jedoch die der Sender i und 2 kreuzt,
vorzugsweise senkrecht. Gegebenenfalls kann man einen der Sender für beide Senderpaare
gemeinsam benutzen. Den verschiedenen Sendern werden zweckmäßig verschiedene Hemmungen
zugeordnet. Mit Hilfe einer derartigen Kombination lassen sich Luftfahrzeuge und
andere drei-. dimensionalbewegliche Körper so steuern, daß die räumliche Gruppierung
der die Gruppe bildenden Fahrzeuge oder Körper aufrechterhalten wird. Statt dessen
kann man natürlich. auch, insbesondere bei Luftfahrzeugen, von Höhenmeßeinrichtungen,
z. B. solchen nach der Echolotmethode, der kapazitiven oder der barometrischen Methode,
Gebrauch machen, sofern diese hinreichend genau sind, urrf wesentliche Änderungen
der Höhenlage der Luftfahrzeuge mit Bezug aufeinander feststellen zu können. In
diesem Fall genügt dann, wenn die oben beschriebene Einrichtung nur in der Horizontalebene
arbeitet. In allen Fällen können die betreffenden Geräte auf selbsttätige Steuervorrichtungen
geschaltet werden, die, durch die betreffenden Steuergrößen beeinflußt, das einzelne
Fahrzeug selbsttätig in seine Sollstellung bezüglich des Leitfahrzeuges zurückführen
bzw. in dieser Sollstellung erhalten.
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Statt eines einzigen Leitfahrzeuges können mehrere Leitfahrzeuge Verwendung
finden, vor allem in der Weise, daß eines der Leitfahrzeuge die Formation der übrigen
Leitfahrzeuge relativ zu ihm festlegt und diese wiederum je eines oder mehrere Fahrzeuge
führen. Sofern damit zu rechnen ist bzw. die Gefahr besteht, daß das Leitfahrzeug
oder mehrere Leitfahrzeuge bzw. ihre Sendeeinrichtungen ausfallen könnten, so empfiehlt
es sich, mehrere oder sämtliche Fahrzeuge der durch die betreffenden Einrichtungen
gebundenen Gruppe mit entsprechenden Sendeeinrichtungen und Navigationsgeräten auszurüsten,
so daß beim Ausfallen eines Leitfahrzeuges eines der bisher geführten Fahrzeuge
die Rolle des betreffenden Leitfahrzeuges übernehmen kann. Dies empfiehlt sich insbesondere,
wenn es sich bei der durch die neue Einrichtung hinsichtlich ihrer Gruppierung gebundenen
Gruppe um eine größere Anzahl von Fahrzeugen handelt, z. B. um ein ganzes Geschwader
oder eine Mehrheit von Geschwadern. Selbstverständlich kann der Erfindungsgegenstand
auch dann Verwendung finden, wenn die Gruppe nur aus zwei Fahrzeugen, dem Leitfahrzeug
und dem von diesem zu führenden Fahrzeug, besteht. Die neue Einrichtung kann mit
anderen Steuereinrichtungen kombiniert werden, z. B. können das Leitfahrzeug wie
auch die von ihm geführten Fahrzeuge unbemannt sgin, sofern das Leitfahrzeug hinsichtlich
des von ihm verfolgten Kurses selbsttätig oder ferngesteuert
wird.
Ähnlich lassen sich die zu führenden Fahrzeuge mit selbsttätigen, von dem Leitfahrzeug
aus beeinflußten Steuervorrichtungen ausrüsten.