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EP2446505A1 - Halterung für einen bewegbaren sensor - Google Patents

Halterung für einen bewegbaren sensor

Info

Publication number
EP2446505A1
EP2446505A1 EP10735182A EP10735182A EP2446505A1 EP 2446505 A1 EP2446505 A1 EP 2446505A1 EP 10735182 A EP10735182 A EP 10735182A EP 10735182 A EP10735182 A EP 10735182A EP 2446505 A1 EP2446505 A1 EP 2446505A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
bearing
support structure
kinematic
bearings
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10735182A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Ahring
Horst Christof
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
EADS Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EADS Deutschland GmbH filed Critical EADS Deutschland GmbH
Publication of EP2446505A1 publication Critical patent/EP2446505A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/18—Means for stabilising antennas on an unstable platform
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B30/00—Projectiles or missiles, not otherwise provided for, characterised by the ammunition class or type, e.g. by the launching apparatus or weapon used
    • F42B30/006—Mounting of sensors, antennas or target trackers on projectiles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00—Armour; Armour plates
    • F41H5/26—Peepholes; Windows; Loopholes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/1207—Supports; Mounting means for fastening a rigid aerial element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/1242—Rigid masts specially adapted for supporting an aerial
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/02—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole
    • H01Q3/08—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole for varying two co-ordinates of the orientation

Definitions

  • the present invention relates to a holder for a movable sensor, which can be aligned with a target, on a support structure.
  • sensors may be, for example, radar sensors, camera sensors or in general transmitters and / or receivers of electromagnetic radiation.
  • sensor for an alignable functional element in the context of the present application is therefore not limited to receiving devices, but may also include transmitting devices or combined transmit / receive devices for electromagnetic radiation.
  • a movable support for the sensor is required.
  • the support structure itself is also movable, for example, part of an aircraft, a spacecraft, a watercraft or a land vehicle, this holder must be able to track the sensor so that it remains aligned with the target. This is also true when the target moves.
  • Object of the present invention is to provide a holder for a movable sensor which can be aligned with a target on a supporting structure, wherein the holder has a compact structure, allows rapid alignment of the sensor to the target and further rapid tracking of the sensor allowed with moving target and / or moving support structure.
  • This object is achieved by the holder specified in claim 1.
  • the holder is provided with at least two spaced-apart sensor-side bearings, at least two spaced-apart support structure side bearings, at least two variable in length
  • Actuator units each of the actuator units is provided between an associated sensor-side bearing and an associated support structure side bearing, and a central bearing which is designed such that it supports the sensor about a kinematic pivot center and at least two spatial axes pivotally mounted on the support structure.
  • Such a sensor holder has a very light and compact design. Its kinematics enable optimum tracking of the sensor (eg a radar antenna) in a space that is very limited in space, for example an aircraft nose.
  • the pivoting about at least two spatial axes, which are preferably perpendicular to each other, allows pivoting of the sensor in each direction within the predetermined by the corresponding construction pivoting range about the respective axis of space. Accordingly, the tracking of the sensor can be carried out continuously in each of these directions.
  • the middle bearing which may be formed, for example, as a universal joint, ensures the pivoting of the sensor and the actuator units, which may be formed for example by variable in length handlebar or struts and may have a servo drive, allow the pivotal movement about the two spatial axes.
  • a control device for controlling the respective servo drives of the actuator units which controls the change in length of the respective actuator unit and thus the pivoting movement of the sensor controls.
  • a kinematics allows for a lightweight and compact design, a continuous sensor tracking in all directions with optimum force and low to rotating masses. Even with constantly changing coordinates of the target and a moving support structure, such as a flying plane or a moving ship or land vehicle, allows the kinematics of the holder according to the invention, the sensor, for example, a radar antenna continuously track within the structurally predetermined pivoting range.
  • An advantageous development of the holder according to the invention is characterized in that at least three spaced-apart sensor side bearings are provided that at least three spaced support structure side bearings are provided that at least three variable length actuator units are provided, each of the actuator units between an associated sensor-side bearing and a associated bearing structure side bearing is provided and that the middle bearing is designed such that it supports the sensor about the kinematic pivot center about three spatial axes pivotally mounted on the support structure.
  • This advantageous development of the holder additionally makes it possible to pivot the sensor relative to the support structure about the third spatial axis. This makes it possible for a sensor that is designed as a radar antenna or a
  • Radar antenna has to not only track the sensor, but also keep the polarization plane of the antenna always aligned with respect to the target constant.
  • this also applies to other types of sensors, which are preferably to be held in a constant alignment with the target, which also applies, for example, to imaging sensors in the field Wavelength range of visible light or in another wavelength range applies.
  • the sensor-side bearings each have a kinematic center, by which the respective bearing permits a pivoting movement about three spatial axes.
  • the sensor-side bearings are preferably designed as ball-joint-like bearings.
  • the kinematic bearing centers of the sensor-side bearings are located in a common plane.
  • the supporting-structure-side bearings each have a kinematic bearing center about which the respective bearing permits a pivoting movement about three spatial axes.
  • the support structure side bearing are preferably designed as ball-joint-like bearings.
  • the kinematic bearing centers of the bearing structure side bearings are located in a common plane.
  • the kinematic pivot center of the central bearing is located in the plane of the kinematic bearing centers of the sensor-side bearing or in the plane of the kinematic bearing centers of the bearing structure side bearing.
  • the sensor has a transmitting and / or receiving antenna.
  • the sensor is designed as a radar sensor and has, for example, a radar antenna.
  • the invention is not limited to a radar sensor, but the holder according to the invention is also suitable for other sensors, such as imaging sensors or other types of antennas or, for example, for a depth sounder.
  • the invention is not limited to that the sensor has or represents a receiver or an antenna thereof, but it is an alignable functional element, which can be formed according to the definition of the term "sensor" in this application by a transmitting device or an antenna thereof or this may comprise or may represent a combination of transmitting and receiving device or related antennas.
  • a transmitting device for example, an energy radiator (for example, a laser emitter) to understand a beam weapon.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the holder according to the invention
  • FIG. 1A shows an enlarged detail of FIG. 1, illustrating the middle bearing; FIG. 2A to 2D, the holder according to the invention according to claim 1 in four different pivot positions.
  • Fig. 3 shows a second embodiment of the present invention
  • FIG. 4 different conditions of use for the holder according to the second embodiment shown in Fig. 3.
  • a sensor-side support plate 10 is for this purpose connected to a sensor rear wall 20 of the sensor 2.
  • the sensor-side support plate 10 of the holder 1 has two spaced-apart sensor-side bearings 22, 24, on which actuator units 4, 5 are articulated.
  • the sensor-side bearings 22, 24 are designed ball-joint-like and thus allow a relative pivoting of the respective actuator unit 4, 5 with respect to the sensor-side support plate 10 in all directions about a bearing center.
  • the sensor-side support plate 10 further comprises a central or central bearing 7, which supports the sensor-side support plate 10 on a bearing block 12 about two mutually perpendicular spatial axes X, Y.
  • the bearing block 12 is provided on a support structure-side support plate 14, which in turn is attached to the support structure 3.
  • the support structure-side support plate 14 has two spaced-apart support structure side bearings 32, 34, by means of which the actuator units 4 and 5 are pivotally mounted on the support structure side support plate 14 pivotally about a respective bearing center point.
  • the actuator units 4, 5 each have an outer housing body 40, 50 and an inner housing body 42, 52.
  • Housing body 42, 52 is received in the associated outer housing body 40, 50 longitudinally displaceable.
  • the free end of the inner housing body 42, 52 is articulated by means of the associated sensor-side bearing 22, 24 on the sensor-side support plate 10, as already described.
  • the respective free end of the outer housing body 40, 50 is mounted by means of the associated support structure side bearing 32, 34 in the manner already described on the support structure side support plate 14 articulated.
  • the actuator units 4, 5 each have a - not shown - actuator, which causes an axial Relatiwerschiebung between the respective outer housing body 40, 50 and the respective inner housing body 42, 52.
  • the actuator units 4, 5 may have a known rack drive, worm drive or another translation drive. For particularly fast axial relative movements, it is advantageous to provide a linear drive.
  • the bearing center points of the sensor-side bearings 22, 24 and the bearing center of the central bearing 7 lie in a common plane.
  • at least one of the sensor-side bearings 22, 24 must be from the first axis X and at least the second of the bearings 24, 22 must be from the axis Y be laterally criticized.
  • the central bearing 7 is formed as a universal joint, whereby a gimbal bearing is formed, which pivot about a kinematic pivot point, the pivot point being defined by the intersection of the X and Y axes.
  • the pivoting about the pivot point is effected by a length adjustment of at least one of the actuator units 4, 5, whereby the distance between each associated with an actuator unit associated sensor side bearing 22, 24 and this actuator unit associated support structure side bearing 32, 34 is shortened or extended.
  • FIG. 2A shows a position in which the sensor 2 is pivoted upward.
  • Fig. 2B shows a position in which the sensor 2 (in the direction Z) is pivoted to the bottom right
  • Fig. 2C a position in which the sensor 2 is pivoted to the bottom left.
  • Fig. 2D shows a position in which the sensor 2 is pivoted directly downwards.
  • FIG. An alternative embodiment of the present invention is shown in FIG. Again, the attitude 1 'on a sensor-side support plate 10 which is connected to the sensor 2 and which is connected via a central bearing 8 with a bearing block 12 which is mounted on a support structure-side support plate 14, by means of which the entire support on the Support structure 3 is attached.
  • the middle bearing 8 is embodied as a ball joint in the embodiment of the invention shown in FIG. 3, so that this middle bearing 8 surrounds the sensor 2 about the kinematic pivot center of the middle bearing about three spatial axes X, Y, Z pivotally mounted on the support structure 3.
  • the kinematic pivot center of this ball joint-like central bearing 8 is the intersection of the three spatial axes X, Y, Z.
  • the holder 1 1 comprises three actuator units 4, 5, 6, which are constructed in the same manner as described in connection with FIG.
  • sensor-side bearings 22, 24, 26 and support structure side Bearings 32, 34, 36 are mounted on the sensor-side support plate 10 and on the support structure-side support plate 14 ball joint-like manner.
  • the three sensor-side bearings 22, 24, 26 form on the sensor-side support plate 10, the corners of a triangle, wherein the ball joint-like central bearing 8 is located in the interior of the triangle.
  • Both the bearing centers of the sensor-side bearings 22, 24, 26, and the pivot point of the central bearing 8 lie in a common plane.
  • the attachment of the central bearing 8 in the center of the sensor 2 causes when rotating the sensor 2 mass forces via a central point of rotation, namely the bearing center of the central bearing 8, are introduced and so imbalances can be reduced or even prevented.
  • the respective other end of the actuator unit 4, 5, 6 is mounted by means of a respective ball-joint-like support structure side bearing 32, 34, 36 on the support structure side support plate 14 in the same manner as has been described in connection with the embodiment of FIG.
  • the support structure side bearings 32, 34, 36 form the corners of a triangle, wherein the longitudinal axis Z passes through this triangle.
  • the support structure side bearings 32, 34, 36 are in a common plane, so this is not necessarily functional.
  • the advantage of the holder 1 shown in Fig. 3 is that the sensor 2 can be pivoted with this holder not only about the two spatial axes X, Y, as is the case in the embodiment of FIG. 1, but that the sensor by means of the holder 1 1 is also pivotable about the longitudinal axis Z around.
  • a support structure 3 which is part of an aircraft, then corresponds to the longitudinal axis Z of the roll axis (longitudinal axis) of the aircraft or at least parallel to this.
  • the vertical axis X is parallel to the yaw axis (vertical axis) of the aircraft and the transverse axis Y is parallel to the pitch axis (transverse axis) of the aircraft.
  • pitch movements of the aircraft can be compensated for by pivoting the sensor 2 about the axis Y by means of the holder 1 '.
  • Yaw movements of the aircraft can be compensated by the sensor 2 is pivoted about the vertical axis X, and rolling movements of the aircraft can be compensated by a pivoting of the sensor 2 about the longitudinal axis Z.
  • the sensor orthogonal axis M of the sensor 2 is set to a target T and is tracked by compensating for the pitching and yawing movements of the aircraft, but it is also possible that rolling movements of the aircraft are compensated by a rotation of the sensor 2 about the axis Z, so that the sensor 2 with respect to the target T is not rotated about the sensor axis M.
  • This is advantageous, for example, in the case of sensors which have a predetermined polarization plane.
  • the polarization plane of the sensor 2 with respect to the target T remains stable even when the aircraft performs a rolling motion about the longitudinal axis Z.
  • FIG. 4 There are shown different attitudes of an aircraft 9.
  • the longitudinal axis Z of the aircraft is aligned directly with the target T.
  • a compensation of pitch or yaw movements of the aircraft is not required in this case.
  • the aircraft can roll about its longitudinal axis Z, as symbolized by the arrow a.
  • this rolling movement can be compensated by pivoting the sensor 2 about the aircraft longitudinal axis Z.
  • the illustration B shows an aircraft 9 whose longitudinal axis Z no longer points to the target T, which has meanwhile also moved away from the original position, as shown by the dashed line.
  • the aircraft 9 also has in this position with respect to the direction z on the target a yaw motion, performed by the angle ß.
  • the yaw angle ⁇ can be compensated for by pivoting the sensor 2 by means of the holder Y about the axis X.
  • the aircraft 9 can also perform a rolling movement in the position shown at B, as shown by the arrow b; This rolling movement is compensated by the holder 1 1 by rotation of the sensor 2 about the axis Z.
  • the illustration C of the aircraft 9 in FIG. 4 shows a further change in the location of the destination T, assuming that the aircraft does not change its flight direction and attitude shown in FIG.
  • the sensor 2 of the aircraft 9 had targeted the target T in the direction represented by the arrow Ci.
  • the target T has thereupon changed its position along the dashed arrow line, whereby by controlled pivoting of the sensor 2 about the axes X and Y a tracking of the bearing directed to the target T bearing takes place, as shown by the arrow C 2 .
  • the holder of the invention thus allows both a compensation of the position of the target, to which the sensor is aligned, even if the target moves.
  • the holder according to the invention also allows a compensation of the position and the position of the sensor, if it is attached to a moving carrier (aircraft, ship, land vehicle or spacecraft).
  • a moving carrier aircraft, ship, land vehicle or spacecraft.

Landscapes

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Abstract

Eine Halterung für einen bewegbaren Sensor (1), der auf ein Sensorziel (T) ausrichtbar ist, an einer Tragstruktur (2), enthält zumindest zwei voneinander beabstandete sensorseitige Lager (22, 24; 26), zumindest zwei voneinander beabstandete tragstrukturseitige Lager (32, 34; 36), zumindest zwei längenveränderbare Stellantriebseinheiten (4, 5; 6), wobei jede der Stellantriebseinheiten (4, 5; 6) zwischen einem zugeordneten sensorseitigen Lager (22, 24; 26) und einem zugeordneten tragstrukturseitigen Lager (32, 34; 36) vorgesehen ist, und ein mittleres Lager (7; 8), das derart ausgebildet ist, dass es den Sensor (1) um einen kinematischen Schwenkmittelpunkt um zumindest zwei Raumachsen (X, Y; Z) schwenkbar an der Tragstruktur (2) lagert.

Description

Halterung für einen bewegbaren Sensor
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halterung für einen bewegbaren Sensor, der auf ein Ziel ausrichtbar ist, an einer Tragstruktur. Derartige Sensoren können beispielsweise Radarsensoren, Kamerasensoren oder allgemein Sender und/oder Empfänger von elektromagnetischer Strahlung sein.
Die Bezeichnung "Sensor" für ein ausrichtbares Funktionselement im Kontext der vorliegenden Anmeldung ist somit nicht auf Empfangseinrichtungen begrenzt, sondern kann ebenso Sendeeinrichtungen oder kombinierte Sende-/ Empfangseinrichtungen für elektromagnetische Strahlung umfassen.
Um derartige Sensoren auf ein Ziel ausrichten zu können, ist eine bewegbare Halterung für den Sensor erforderlich. Insbesondere, wenn die Tragstruktur selbst ebenfalls bewegbar ist, beispielsweise Bestandteil eines Luftfahrzeugs, eines Raumfahrzeugs, eines Wasserfahrzeugs oder eines Landfahrzeugs ist, muss diese Halterung in der Lage sein, den Sensor so nachführen zu können, dass dieser auf das Ziel ausgerichtet bleibt. Das trifft auch zu, wenn sich das Ziel bewegt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halterung für einen bewegbaren Sensor, der auf ein Ziel ausrichtbar ist, an einer Tragstruktur anzugeben, wobei die Halterung einen kompakten Aufbau aufweist, eine schnelle Ausrichtung des Sensors auf das Ziel ermöglicht und weiterhin eine schnelle Nachführung des Sensors bei bewegtem Ziel und/oder bewegter Tragstruktur gestattet. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Halterung gelöst.
Dazu ist die Halterung versehen mit zumindest zwei voneinander beabstandeten sensorseitigen Lagern, zumindest zwei voneinander beabstandeten tragstrukturseitigen Lagern, zumindest zwei längenveränderbaren
Stellantriebseinheiten, wobei jede der Stellantriebseinheiten zwischen einem zugeordneten sensorseitigen Lager und einem zugeordneten tragstrukturseitigen Lager vorgesehen ist, und einem mittleren Lager, das derart ausgebildet ist, dass es den Sensor um einen kinematischen Schwenkmittelpunkt und zumindest zwei Raumachsen schwenkbar an der Tragstruktur lagert.
VORTEILE
Eine derartige Sensorhalterung besitzt einen sehr leichten und kompakten Aufbau. Ihre Kinematik ermöglicht eine optimale Nachführung des Sensors (z. B. einer Radarantenne) in einem räumlich sehr eingeschränkten Raum, beispielsweise einer Flugzeugnase. Die Schwenkbarkeit um zumindest zwei Raumachsen, die vorzugsweise rechtwinklig zueinander stehen, gestattet ein Schwenken des Sensors in jede Richtung innerhalb des durch die entsprechende Konstruktion vorgegebenen Schwenkbereichs um die jeweilige Raumachse. Entsprechend kann auch die Nachführung des Sensors kontinuierlich in jede dieser Richtungen erfolgen. Das mittlere Lager, das beispielsweise als Kreuzgelenk ausgebildet sein kann, gewährleistet die Schwenkbarkeit des Sensors und die Stellantriebseinheiten, die beispielsweise durch in ihrer Länge veränderbare Lenker oder Streben gebildet sein können und einen Servoantrieb aufweisen können, ermöglichen die Schwenkbewegung um die beiden Raumachsen.
Vorzugsweise ist eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der jeweiligen Servoantriebe der Stellantriebseinheiten vorgesehen, die die Längenveränderung der jeweiligen Stellantriebseinheit kontrolliert und somit die Schwenkbewegung des Sensors steuert. Eine derartige Kinematik ermöglicht bei leichter und kompakter Bauweise eine kontinuierliche Sensornachführung in allen Richtungen bei optimaler Krafteinleitung und niedrigen zu drehenden Massen. Selbst bei sich stetig verändernden Koordinaten des Ziels und einer sich bewegenden Tragstruktur, beispielsweise bei einem fliegenden Flugzeug oder einem fahrenden Schiff bzw. Landfahrzeug, gestattet es die Kinematik der erfindungsgemäßen Halterung, den Sensor, beispielsweise eine Radarantenne, kontinuierlich innerhalb des konstruktiv vorgegebenen Schwenkbereichs nachzuführen.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Halterung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Halterung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest drei voneinander beabstandete sensorseitige Lager vorgesehen sind, dass zumindest drei voneinander beabstandete tragstrukturseitige Lager vorgesehen sind, dass zumindest drei längenveränderbare Stellantriebseinheiten vorgesehen sind, wobei jede der Stellantriebseinheiten zwischen einem zugeordneten sensorseitigen Lager und einem zugeordneten tragstrukturseitigen Lager vorgesehen ist und dass das mittlere Lager derart ausgebildet ist, dass es den Sensor um den kinematischen Schwenkmittelpunkt um drei Raumachsen schwenkbar an der Tragstruktur lagert.
Diese vorteilhafte Weiterbildung der Halterung gestattet es zusätzlich, den Sensor gegenüber der Tragstruktur um die dritte Raumachse zu schwenken. Damit ist es möglich, bei einem Sensor, der als Radarantenne ausgebildet ist oder eine
Radarantenne aufweist, den Sensor nicht nur nachzuführen, sondern außerdem die die Polarisationsebene der Antenne stets in Bezug auf das Ziel konstant ausgerichtet zu halten. Dies trifft natürlich auch für andere Arten von Sensoren zu, die vorzugsweise in einer konstanten Ausrichtung auf das Ziel gehalten werden sollen, was beispielsweise auch für bildgebende Sensoren im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts oder in einem anderen Wellenlängenbereich zutrifft.
Wird eine derartige Halterung beispielsweise in einem Flugzeug eingesetzt, so können gemäß dieser vorteilhaften Weiterbildung sowohl Bewegungen des
Flugzeugs um die Nickachse (Querachse) und um die Gierachse (Hochachse), als auch Bewegungen des Flugzeugs um dessen Rollachse (Längsachse) kompensiert werden. In entsprechender Weise können auch Bewegungen des Sensorziels kompensiert werden.
Vorzugsweise weisen die sensorseitigen Lager jeweils einen kinematischen Mittelpunkt auf, um den das jeweilige Lager eine Schwenkbewegung um drei Raumachsen zulässt. Die sensorseitigen Lager sind dazu vorzugsweise als kugelgelenkartige Lager ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die kinematischen Lagermittelpunkte der sensorseitigen Lager in einer gemeinsamen Ebene gelegen.
Vorteilhaft ist auch, wenn die tragstrukturseitigen Lager jeweils einen kinematischen Lagermittelpunkt aufweisen, um den das jeweilige Lager eine Schwenkbewegung um drei Raumachsen zulässt. Auch hier sind die tragstrukturseitigen Lager bevorzugt als kugelgelenkartige Lager ausgebildet.
Vorzugsweise sind die kinematischen Lagermittelpunkte der tragstrukturseitigen Lager in einer gemeinsamen Ebene gelegen.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn der kinematische Schwenkmittelpunkt des mittleren Lagers in der Ebene der kinematischen Lagermittelpunkte der sensorseitigen Lager oder in der Ebene der kinematischen Lagermittelpunkte der tragstrukturseitigen Lager gelegen ist. Vorteilhafterweise weist der Sensor eine Sende- und/oder Empfangsantenne auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor als Radarsensor ausgebildet und weist beispielsweise eine Radarantenne auf. Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen Radarsensor beschränkt, sondern die erfindungsgemäße Halterung ist auch für andere Sensoren, beispielsweise bildgebende Sensoren oder andere Arten von Antennen oder beispielsweise auch für ein Echolot geeignet. Dabei ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, dass der Sensor einen Empfänger oder eine Antenne davon aufweist oder darstellt, sondern er ist ein ausrichtbares Funktionselement, das gemäß der Definition des Begriffs "Sensor" in dieser Anmeldung von einer Sendeeinrichtung oder einer Antenne davon gebildet sein kann oder diese aufweisen kann oder eine Kombination aus Sende- und Empfangseinrichtung oder diesbezüglichen Antennen darstellen kann. Als Sendeeinrichtung in diesem Sinn ist zum Beispiel auch ein Energiestrahler (zum Beispiel ein Laserstrahler) einer Strahlenwaffe zu verstehen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterung;
Fig. 1 A einen das mittlere Lager darstellenden vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 ; Fig. 2A bis 2D die erfindungsgemäße Halterung gemäß Anspruch 1 in vier unterschiedlichen Schwenkpositionen;
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 unterschiedliche Einsatzbedingungen für die Halterung gemäß der in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsform.
DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterung 1 , die einen Sensor 2 an einer Tragstruktur 3 haltert. Eine sensorseitige Stützplatte 10 ist dazu mit einer Sensorrückwand 20 des Sensors 2 verbunden.
Die sensorseitige Stützplatte 10 der Halterung 1 weist zwei voneinander beabstandete sensorseitige Lager 22, 24 auf, an denen Stellantriebseinheiten 4, 5 gelenkig angebracht sind. Die sensorseitigen Lager 22, 24 sind kugelgelenkartig ausgebildet und ermöglichen so eine relative Verschwenkung der jeweiligen Stellantriebseinheit 4, 5 bezüglich der sensorseitigen Stützplatte 10 in alle Richtungen um einen Lagermittelpunkt.
Die sensorseitige Stützplatte 10 weist weiterhin ein mittleres oder zentrales Lager 7 auf, welches die sensorseitige Stützplatte 10 an einem Lagerbock 12 um zwei rechtwinklig zueinander verlaufende Raumachsen X, Y lagert.
Der Lagerbock 12 ist an einer tragstrukturseitigen Stützplatte 14 vorgesehen, die ihrerseits an der Tragstruktur 3 angebracht ist.
Die tragstrukturseitige Stützplatte 14 weist zwei voneinander beabstandete tragstrukturseitige Lager 32, 34 auf, mittels derer die Stellantriebseinheiten 4 bzw. 5 an der tragstrukturseitigen Stützplatte 14 kugelgelenkartig um einen jeweiligen Lagermittelpunkt schwenkbar gelagert sind.
Die Stellantriebseinheiten 4, 5 weisen jeweils einen äußeren Gehäusekörper 40, 50 sowie einen inneren Gehäusekörper 42, 52 auf. Der jeweils innere
Gehäusekörper 42, 52 ist im zugeordneten äußeren Gehäusekörper 40, 50 längsverschiebbar aufgenommen. Das freie Ende des inneren Gehäusekörpers 42, 52 ist mittels des zugeordneten sensorseitigen Lagers 22, 24 an der sensorseitigen Stützplatte 10, wie bereits beschrieben, gelenkig gelagert. Das jeweils freie Ende des äußeren Gehäusekörpers 40, 50 ist mittels des zugeordneten tragstrukturseitigen Lagers 32, 34 auf bereits beschriebene Weise an der tragstrukturseitigen Stützplatte 14 gelenkig gelagert.
Die Stellantriebseinheiten 4, 5 weisen jeweils einen — nicht gezeigten — Stellantrieb auf, der eine axiale Relatiwerschiebung zwischen dem jeweiligen äußeren Gehäusekörper 40, 50 und dem jeweiligen inneren Gehäusekörper 42, 52 bewirkt. Beispielsweise können die Stellantriebseinheiten 4, 5 einen bekannten Zahnstangenantrieb, Schneckenwellenantrieb oder einen anderen Translationsantrieb aufweisen. Für besonders schnelle axiale Relativbewegungen ist es vorteilhaft, einen Linearantrieb vorzusehen.
Im gezeigten Beispiel der Fig. 1 ist erkennbar, dass die Lagermittelpunkte der sensorseitigen Lager 22, 24 und der Lagermittelpunkt des mittleren Lagers 7 in einer gemeinsamen Ebene liegen. Um zu ermöglichen, dass mittels der Stellantriebseinheiten 4, 5 eine Verschwenkung des Sensors 2 gegenüber der Tragstruktur 3 durchgeführt werden kann, muss zumindest eines der sensorseitigen Lager 22, 24 von der ersten Achse X und zumindest das zweite der Lager 24, 22 von der Achse Y seitlich beanstandet sein.
Wie in Fig. 1A dargestellt ist, ist das mittlere Lager 7 als Kreuzgelenk ausgebildet, wodurch eine kardanische Lagerung entsteht, die ein Verschwenken um einen kinematischen Schwenkpunkt herum ermöglicht, wobei der Schwenkpunkt durch den Schnittpunkt der Achsen X und Y definiert ist. Die Verschwenkung um den Schwenkpunkt erfolgt durch eine Längenverstellung zumindest einer der Stellantriebseinheiten 4, 5, wodurch der Abstand zwischen dem jeweils einer Stellantriebseinheit zugeordneten sensorseitigen Lager 22, 24 und dem dieser Stellantriebseinheit zugeordneten tragstrukturseitigen Lager 32, 34 verkürzt oder verlängert wird.
Diese Verschwenkbarkeit des Sensors 2 relativ zur Tragstruktur 3 um den Schwenkpunkt des mittleren Lagers 7 in beliebige Richtungen zeigen die Fig. 2A bis 2D. Darin zeigt Fig. 2A eine Position bei der der Sensor 2 nach oben geschwenkt ist. Fig. 2B zeigt eine Stellung, in der der Sensor 2 (in Blickrichtung Z) nach unten rechts geschwenkt ist, und Fig. 2C eine Stellung, in der der Sensor 2 nach unten links geschwenkt ist. Fig. 2D zeigt eine Stellung, in der der Sensor 2 direkt nach unten geschwenkt ist.
Eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Auch hier weist die Haltung 1' eine sensorseitige Stützplatte 10 auf, die mit dem Sensor 2 verbunden ist und die über ein mittleres Lager 8 mit einem Lagerbock 12 verbunden ist, der auf einer tragstrukturseitigen Stützplatte 14 angebracht ist, mittels welcher die gesamte Halterung an der Tragstruktur 3 angebracht ist.
Das mittlere Lager 8 ist jedoch im Gegensatz zur Ausführung der Fig. 1 bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung als Kugelgelenk ausgebildet, sodass dieses mittlere Lager 8 den Sensor 2 um den kinematischen Schwenkmittelpunkt des mittleren Lagers um drei Raumachsen X, Y, Z schwenkbar an der Tragstruktur 3 lagert. Der kinematische Schwenkmittelpunkt dieses kugelgelenkartigen mittleren Lagers 8 ist der Schnittpunkt der drei Raumachsen X, Y, Z. Die Halterung 11 umfasst drei Stellantriebseinheiten 4, 5, 6, die in der gleichen Weise aufgebaut sind wie die in Verbindung mit der Fig. 1 beschriebenen Stellantriebseinheiten 4, 5 und die auf die gleiche Weise mittels sensorseitiger Lager 22, 24, 26 und tragstrukturseitiger Lager 32, 34, 36 an der sensorseitigen Stützplatte 10 bzw. an der tragstrukturseitigen Stützplatte 14 kugelgelenkartig gelagert sind. Die drei sensorseitigen Lager 22, 24, 26 bilden auf der sensorseitigen Stützplatte 10 die Ecken eines Dreiecks, wobei das kugelgelenkartige mittlere Lager 8 im Inneren des Dreiecks gelegen ist. Sowohl die Lagermittelpunkte der sensorseitigen Lager 22, 24, 26, als auch der Schwenkpunkt des mittleren Lagers 8 liegen in einer gemeinsamen Ebene. Die Anbringung des mittleren Lagers 8 in der Mitte des Sensors 2 bewirkt, dass beim Rotieren des Sensors 2 Massenkräfte über einen zentralen Rotationspunkt, nämlich den Lagermittelpunkt des mittleren Lagers 8, eingeleitet werden und so Unwuchten reduziert oder sogar verhindert werden.
Das jeweils andere Ende der Stellantriebseinheit 4, 5, 6 ist mittels jeweils eines kugelgelenkartig ausgebildeten tragstrukturseitigen Lagers 32, 34, 36 an der tragstrukturseitigen Stützplatte 14 auf die gleiche Weise gelagert, wie dies in Verbindung mit der Ausführungsform der Fig. 1 beschrieben worden ist. Auch die tragstrukturseitigen Lager 32, 34, 36 bilden die Ecken eines Dreiecks, wobei die Längsachse Z durch dieses Dreieck hindurch läuft. Auch wenn im gezeigten Beispiel die tragstrukturseitigen Lager 32, 34, 36 in einer gemeinsamen Ebene liegen, so ist dies nicht zwingend funktionsnotwendig.
Der Vorteil der in Fig. 3 dargestellten Halterung 1 liegt darin, dass der Sensor 2 mit dieser Halterung nicht nur um die beiden Raumachsen X, Y verschwenkt werden kann, wie dies beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 der Fall ist, sondern dass der Sensor 2 mittels der Halterung 11 auch um die Längsachse Z herum schwenkbar ist. Betrachtet man als Beispiel die Anbringung des Sensors 2 mittels der Halterung 1' an einer Tragstruktur 3, die Bestandteil eines Luftfahrzeugs ist, dann entspricht die Längsachse Z der Rollachse (Längsachse) des Luftfahrzeugs oder verläuft zumindest parallel zu dieser. Die vertikale Achse X verläuft parallel zur Gierachse (Hochachse) des Luftfahrzeugs und die Querachse Y verläuft parallel zur Nickachse (Querachse) des Luftfahrzeugs. In diesem Fall können mittels der Halterung 1' Nickbewegungen des Luftfahrzeugs durch Verschwenkung des Sensors 2 um die Achse Y kompensiert werden.
Gierbewegungen des Luftfahrzeugs können kompensiert werden, indem der Sensor 2 um die vertikale Achse X geschwenkt wird, und Rollbewegungen des Luftfahrzeugs können durch eine Verschwenkung des Sensors 2 um die Längsachse Z kompensiert werden. Dadurch ist es nicht nur möglich, ein Nicken und Gieren des Luftfahrzeugs so zu kompensieren, dass die orthogonale Sensorachse M des Sensors 2 auf ein Ziel T eingestellt wird und durch Kompensation der Nick- und Gier-Bewegungen des Luftfahrzeugs nachgeführt wird, sondern es ist außerdem möglich, dass Rollbewegungen des Luftfahrzeugs durch ein Verdrehen des Sensors 2 um die Achse Z kompensiert werden, so dass sich der Sensor 2 gegenüber dem Ziel T nicht um die Sensorachse M verdreht. Dies ist beispielsweise vorteilhaft bei Sensoren, die eine vorgegebene Polarisationsebene aufweisen. Durch die in Fig. 3 dargestellte Halterung 1' bleibt die Polarisationsebene des Sensors 2 in Bezug auf das Ziel T auch dann raumstabil, wenn das Luftfahrzeug eine Rollbewegung um die Längsachse Z durchführt.
Diese Vorteile der Ausführungsform gemäß Fig. 3 werden anhand der Darstellung in Fig. 4 deutlich. Dort sind unterschiedliche Fluglagen eines Luftfahrzeugs 9 gezeigt. In der Darstellung A ist die Längsachse Z des Luftfahrzeugs unmittelbar auf das Ziel T ausgerichtet. Eine Kompensation von Nick- oder Gier-Bewegungen des Luftfahrzeugs ist in diesem Fall nicht erforderlich. Das Luftfahrzeug kann jedoch um seine Längsachse Z rollen, wie diese durch den Pfeil a symbolisiert ist. Diese Rollbewegung kann, wie bereits beschrieben worden ist, durch Verschwenkung des Sensors 2 um die Luftfahrzeuglängsachse Z kompensiert werden. Die Darstellung B zeigt ein Luftfahrzeug 9, dessen Längsachse Z nicht mehr auf das Ziel T, welches sich inzwischen ebenfalls von der ursprünglichen Position fortbewegt hat, wie die gestrichelte Linie zeigt, weist. Das Luftfahrzeug 9 hat zudem in dieser Position in Bezug zur Richtung z auf das Ziel eine Gierbewegung, um den Winkel ß durchgeführt. Der Gierwinkel ß kann jedoch durch entsprechende Verschwenkung des Sensors 2 mittels der Halterung Y um die Achse X kompensiert werden. Zudem kann das Luftfahrzeug 9 auch in der bei B gezeigten Position eine Rollbewegung durchführen, wie durch den Pfeil b gezeigt ist; auch diese Rollbewegung wird von der Halterung 11 durch Rotation des Sensors 2 um die Achse Z kompensiert.
Schließlich zeigt die Darstellung C des Luftfahrzeugs 9 in Fig. 4 noch eine weitere Ortsveränderung des Ziels T, wobei davon ausgegangen wird, dass das Flugzeug seine in C gezeigt Flugrichtung und Fluglage nicht ändert. Zunächst hatte der Sensor 2 des Luftfahrzeugs 9 das Ziel T in der durch den Pfeil Ci dargestellten Richtung angepeilt. Das Ziel T hat daraufhin entlang der gestrichelten Pfeillinie seine Position verändert, wobei durch gesteuerte Verschwenkung des Sensors 2 um die Achsen X und Y eine Nachführung der auf das Ziel T gerichteten Peilung erfolgt, wie durch den Pfeil C2 dargestellt ist.
Selbst wenn das Flugzeug bei dieser Nachführung der Peilrichtung eine Rollbewegung durchführt, die durch den Pfeil c symbolisiert ist, wird die Peilung zum bewegten Ziel T nicht verloren und auch die Polarisationsebene E des Sensors 2 ändert sich in Bezug auf das bewegte Ziel T nicht.
Die erfindungsgemäße Halterung gestattet damit sowohl eine Kompensation der Position des Ziels, auf welches der Sensor ausgerichtet ist, auch dann, wenn sich das Ziel bewegt. Darüber hinaus gestattet die erfindungsgemäße Halterung auch eine Kompensation der Position und der Lage des Sensors, falls dieser an einem sich bewegenden Träger (Flugzeug, Schiff, Landfahrzeug oder Raumfahrzeug) angebracht ist. In der Weiterbildung gemäß Fig. 3 ist es sogar möglich, eine Relativbewegung zwischen Sensor und Sensorziel um die Sensorachse zu verhindern, auch wenn der Träger (oder auch das Sensorziel) eine Rollbewegung um die entsprechende Längsachse durchführt, sodass ein unerwünschtes Verschwenken der Polarisationsebene um die Verbindungsachse M zwischen Sensor und Sensorziel vermieden wird.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
Bezugszeichenliste
Es bezeichnen:
1 Halterung
1' Halterung
2 Sensor
3 Tragstruktur
4 Stellantriebseinheiten
5 Stellantriebseinheiten
6 Stellantriebseinheiten
7 mittleres Lager (Kreuzgelenk)
8 mittleres Lager (Kugelgelenk)
9 Luftfahrzeug
10 sensorseitige Stützplatte
12 Lagerbock
14 tragstrukturseitige Stützplatte
20 Sensorrückwand
22 sensorseitige Lager
24 sensorseitige Lager
26 sensorseitige Lager
30 Tragstrukturbasis
32 tragstrukturseitige Lager
34 tragstrukturseitige Lager
36 tragstrukturseitige Lager
40 äußerer Gehäusekörper
42 innerer Gehäusekörper
50 äußerer Gehäusekörper
52 innerer Gehäusekörper T Sensorziel
M Verbindungsachse
X Raumachse
Y Raumachse
Z Raumachse

Claims

Patentansprüche
1. Halterung (1 ) für einen bewegbaren Sensor (2), der auf ein Sensorziel (T) ausrichtbar ist, an einer Tragstruktur (3), mit zumindest zwei voneinander beabstandeten sensorseitigen Lagern
(22, 24; 26); zumindest zwei voneinander beabstandeten tragstrukturseitigen
Lagern (32, 34; 36); - zumindest zwei längenveränderbaren Stellantriebseinheiten (4, 5; 6), wobei jede der Stellantriebseinheiten (4, 5; 6) zwischen einem zugeordneten sensorseitigen Lager (22, 24; 26) und einem zugeordneten tragstrukturseitigen Lager (32, 34; 36) vorgesehen ist, und - einem mittleren Lager (7; 8), das derart ausgebildet ist, dass es den
Sensor (2) um einen kinematischen Schwenkmittelpunkt um zumindest zwei Raumachsen (X, Y; Z) schwenkbar an der
Tragstruktur (3) lagert.
2. Halterung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei voneinander beabstandete sensorseitige Lager
(22, 24, 26) vorgesehen sind; dass zumindest drei voneinander beabstandete tragstrukturseitige Lager (32, 34, 36) vorgesehen sind; dass zumindest drei längenveränderbare Stellantriebseinheiten (4, 5, 6) vorgesehen sind, wobei jede der Stellantriebseinheiten (4, 5, 6) zwischen einem zugeordneten sensorseitigen Lager (22, 24, 26) und einem zugeordneten tragstrukturseitigen Lager (32, 34, 36) vorgesehen ist, und dass das mittlere Lager (8) derart ausgebildet ist, das es den Sensor (2) um den kinematischen Schwenkmittelpunkt um drei Raumachsen (X, Y, Z) schwenkbar an der Tragstruktur (3) lagert.
3. Halterung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sensorseitigen Lager (22, 24, 26) jeweils einen kinematischen Lagermittelpunkt aufweisen, um den das jeweilige Lager eine Schwenkbewegung um drei Raumachsen zulässt.
4. Halterung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sensorseitigen Lager (22, 24, 26) als kugelgelenkartige Lager ausgebildet sind.
5. Halterung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kinematischen Lagermittelpunkte der sensorseitigen Lager (22, 24, 26) in einer gemeinsamen Ebene gelegen sind.
6. Halterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die tragstrukturseitigen Lager (32, 34, 36) jeweils einen kinematischen Lagermittelpunkt aufweisen, um den das jeweilige Lager eine Schwenkbewegung um drei Raumachsen zulässt.
7. Halterung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die tragstrukturseitigen Lager (32, 34, 36) als kugelgelenkartige Lager ausgebildet sind.
8. Halterung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die kinematischen Lagermittelpunkte der tragstrukturseitigen Lager (32, 34, 36) in einer gemeinsamen Ebene gelegen sind.
9. Halterung nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der kinematische Schwenkmittelpunkt des mittleren Lagers (7; 8) in der Ebene der kinematischen Lagermittelpunkte der sensorseitigen Lager
(22, 24, 26) oder in der Ebene der tragstrukturseitigen Lager (32, 34, 36) gelegen ist.
10. Halterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) eine Sende- und/oder Empfangsantenne, vorzugsweise eine Radarantenne, aufweist.
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