DE3019372A1 - North-seeking vehicle navigation course reference device - has two-axis gyroscope with azimuth frame rotation motor - Google Patents
North-seeking vehicle navigation course reference device - has two-axis gyroscope with azimuth frame rotation motorInfo
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Abstract
Description
Selbstnordendes Kursreferenzgerät Self-aligning course reference device
Die Erfindung betrifft ein selbstnordendes Kursreferenzgerät zur Navigation eines Fahrzeugs, bei welchem durch eine Anfangsausrichtung die Nordrichtung bestimmt und dann im Kursreferenzbetrieb für die Navigation laufend ein Kurswinkel abgegriffen wird, enthaltend: einen Azimutrahmen, der um eine Azimutachse verdrehbar gelagert ist, einen zweiachs-igen Kreisel,-der auf dem Azimutrahmen angeordnet ist, wobei die Drallachse des Kreisels in einer zu der Azimutachse senkrechten Ebene liegt, eine erste Eingangsachse des Kreisels parallel zur Azimutachse und die zweite Eingangsachse des Kreisels senkrecht zur Drallachse und der ersten Eingangsachse verläuft, einen ersten und zweiten-Abgriff auf der ersten bzw.The invention relates to a self-aligning course reference device for navigation of a vehicle in which the north direction is determined by an initial heading and then continuously tapped a course angle in the course reference mode for navigation is, containing: an azimuth frame, which is rotatably mounted about an azimuth axis is, a two-axis gyro arranged on the azimuth frame, wherein the spin axis of the gyro lies in a plane perpendicular to the azimuth axis, a first input axis of the gyro parallel to the azimuth axis and the second input axis of the gyro perpendicular to the spin axis and the first input axis, one first and second tap on the first resp.
zweiten Eingangsachse des Kreisels, einen ersten und zweiten Drehmomenterzeuger auf der ersten bzw.second input axis of the gyro, first and second torques on the first resp.
zweiten Eingangsachse des Kreisels, wobei der auf der zweiten Eingangsachse angeordnete zweite Abgriff auf den ersten Drehmomenterzeuger geschaltet ist, der auf der ersten Eingangsachse des Kreisels sitzt,-und das auf den ersten Drehmomenterzeuger geschaltete Signal für die Anfangsausrichtung gleichzeitig auf nordrichtungsbestimmende Mittel aufgeschaltet ist, einen Stellmotor zum Verdrehen des Azimutrahmens um die Azimutachse und einen auf der.Azimutachse angeordneten Winkelstellungsgeber.second input axis of the gyro, the one on the second input axis arranged second tap is connected to the first torque generator, the sits on the first input axis of the gyroscope, -and that on the first torque generator switched signal for initial alignment at the same time North direction-determining means is switched on, a servomotor for turning of the azimuth frame around the azimuth axis and one on the azimuth axis Angular position transmitter.
Es ist ein Gerät zur Navigation vom Landfahrzeugen bekannt (DE-OS 25 45 025) bei welchem mittels eines bandaufgehängten Meridiankreisels, dessen Richtmoment durch ein Gegenmoment kompensier-t wird, der Winkelzwischen Kreiseldrallachse und Nordrichtung bestimmt wird. Ein freier Kreisel, der für die Navigation des Fahrzeugs als Kursreferenzgerät dient, wird nach der so bestimmten Nordrichtung ausgerichtet. Ein solches selbstnordendes Kursreferenzgerät arbeitet also mit zwei Schritten: Vor Antritt der Fahrt wird die Nordrichtung bestimmt. Es erfolg eine Anfangsausrichtung des Kursreferenzgeräts nach dieser Nordrichtung. Anschließend liefert das Kursreferenzgerät im Kursreferenzbetrieb laufend den auf diese Nordrichtung bezogenen Kurs des Fahrzeugs.A device for navigating land vehicles is known (DE-OS 25 45 025) in which by means of a tape-hung meridian gyro, its directional moment is compensated by a counter-torque, the angle between the centrifugal axis and North direction is determined. A free gyro used for vehicle navigation serves as a course reference device, is aligned according to the north direction determined in this way. Such a self-aligning course reference device works with two steps: The north direction is determined before the start of the journey. There is an initial alignment of the course reference device to this north direction. The course reference device then delivers in course reference mode, the course of the vehicle in relation to this north direction.
Durch die DE-OS 27 41 274 ist es bekannt, die Nordrichtung statt'mittels eines bandaufgehängten Kreisels mit horizontaler Drallachse mit Hilfe eines zweiachsigen Wendekreisels zu bestimmen, dessen Drallachse vertikal angeordnet ist. Der Wendekreisel enthält auf zwei zueinander senkrechten horizontalen Eingangsachsen je einen Abgriff und je einen Drehmomenterzeuger. Die Ausgangssignale der Abgriffe sind jeweils überkreuz über einen Verstärker auf den auf der jeweils anderen Eingangsachse sitzenden Drehmomenterzeuger geschaltet. Die auf die Drehmomenterzeuger geschalteten Signale entsprechen den Komponenten der Horizont s omponente der Erddrehung. Aus dem Verhältnis der beiden Signale ergibt sich der Anfangswert des Kurswinkels. Um diesen Anfangswert auch dann richtig zu erhalten, wenn die Kreiseldrallachse, die sich in Richtung der Fahrzeughochachse erstreckt, nicht genau vertikal zur Erdoberfläche liegt, sind zwei Beschleunigungsmesser vorgesehen, welche die Schräglage des Fahrzeugs liefern. Aus den Signalen der Beschleunigungsmesser und den auf die beiden -Drehmomenterzeuger des Wendekreisels aufgeschalteten Signalen wird in einem Rechner der Anfangswert des auf ein erdfestes Koordinatensystem bezogenen Kurswinkels bestimmt.From DE-OS 27 41 274 it is known to take the north direction instead of means a ribbon-suspended gyro with a horizontal twist axis with the help of a biaxial one To determine rate gyro whose spin axis is arranged vertically. The rate gyro contains one tap on each of two horizontal input axes that are perpendicular to one another and one torque generator each. The output signals of the taps are each crossed via an amplifier to the torque generator on the other input axis switched. The signals switched to the torque generators correspond to the Components of the horizon component of the earth's rotation. From the relationship between the two Signals the initial value of the course angle. To this one The initial value is also obtained correctly when the gyroscopic spin axis, which is extends in the direction of the vehicle's vertical axis, not exactly vertical to the earth's surface two accelerometers are provided to track the vehicle's lean angle deliver. From the signals from the accelerometer and from the two torque generators The signals applied to the rate gyro become the initial value in a computer of the course angle based on a fixed earth coordinate system.
Bei der Anordnung nach der DE-OS 27 41 274 wird der gleiche zweiachsige Wendekreisel nach einer Verschwenkung um 900 mit im wesentlichen horizontaler Kreiseldrallachse als Kurs-Lage-Referenzgerät benutzt, wobei der Rechner aus den Winkelgeschwindigkeiten und den Signalen der Beschleunigungsmesser unter Berücksichtigung der bei der Anfangsausrichtung ermittelten Anfangswerte ständig die Lage des Fahrzeugs und insbesondere laufend den'wahren Kurswinkel berechnet.In the arrangement according to DE-OS 27 41 274 is the same biaxial Turning gyro after pivoting by 900 with essentially horizontal gyroscopic spin axis used as a course-position reference device, the computer from the angular velocities and the accelerometer signals taking into account the initial alignment determined initial values constantly the position of the vehicle and in particular continuously calculates the true course angle.
In beiden Fällen wird aus-dem Kurswinkel und der in Fahrzeuglängsach'se gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit die Position des Fahrzeugs in einem geographischen 'oder Gitterkoordinatensystem be s t immt.In both cases, the course angle and that in the vehicle's longitudinal axis become measured vehicle speed the position of the vehicle in a geographic area 'or grid coordinate system.
Die geschilderten bekannten-Anordnungen liefern die-Fahrzeugposition zwar mit hoher Genauigkeit. Sie sind jedoch für viele Anwendungen zu aufwendig, während es andererseits Anwendungen gibt, bei denen die Anforderungen an die Genauigkeit der Navigation geringer sind aber ein wenig aufwendiges Kursreferenzgerät verlangt wird.The known arrangements described provide the vehicle position with high accuracy. However, they are too complex for many applications, while on the other hand there are applications where the requirements for accuracy navigation is lower but a less complex course reference device is required will.
Durch die nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung P 29 22 412.2-52 ist ein selbstnordendes Kurs-Lage-Referenzgerät bekannt, bei welchem ebenfalls durch eine Anfangsausrichtung die Nordrichtung bestimmt und dann im Kursreferenzbetrieb für die Navigation laufend ein Kurswinkel abgegriffen wird. Das bekannte Kursreferenzgerät enthält- einen Azimutrahmen, der um eine Azimutachse verdrehbar gelagert ist. Auf dem Azimutrahmen ist ein zweiachsiger Kreisel angeordnet, wobei die Drallachse des Kreisels in einer zu der Azimutachse senkrechten Ebene liegt, eine erste Eingangsachse des'Kreisels parallel zur Azimutachse und die zweite Eingangsachse.des Kreisels senkrecht zur Drallachse und der ersten Eingangsachse verläuft. Auf der ersten bzw. zweiten Eingangsachse des Kreisels sitzen je ein erster und ein zweiter Abgriff. Ferner sitzen auf der ersten-und zweiten Eingangsachse des Kreisels je ein erster bzw. zweiter Drehmomenterzeuger. Der auf der zweiten Eingangsachse angeordnete zweite Abgriff ist auf den ersten Drehmomenterzeuger geschaltet, der auf der ersten Eingangsachse des Kreisels sitzt. Das auf den ersten Drehmomenterzeuger. geschaltete Signal für die Anfangsausrichtung ist gleichzeitig auf nordrichtungsbestimmende Mittel aufgeschaltet. Der Azimuträhmen ist durch einen Stellmotor um die Azimutachse verdrehbar.By the unpublished patent application P 29 22 412.2-52 a self-aligning course-attitude reference device is known, in which also by an initial alignment determines the north direction and then in course reference mode a course angle is continuously tapped for navigation. The well-known course reference device contains an azimuth frame which is mounted rotatably about an azimuth axis. on A two-axis gyro is arranged on the azimuth frame, the spin axis of the Gyroscope lies in a plane perpendicular to the azimuth axis, a first input axis of the gyro parallel to the azimuth axis and the second input axis of the gyro runs perpendicular to the twist axis and the first input axis. On the first resp. A first and a second tap are located on the second input axis of the gyro. In addition, there are first and second input axes of the gyro or second torque generator. The second one arranged on the second input axis The tap is connected to the first torque generator, the one on the first input axis of the top. That on the first torque generator. switched signal for the initial alignment is switched on at the same time to means determining the north direction. The azimuth frame can be rotated around the azimuth axis by a servomotor.
Ferner ist auf der Azimutachse ein Winkelstellungsgeber angeordnet.Furthermore, an angular position transmitter is arranged on the azimuth axis.
Bei dem bekannten selbstnordenden Surs-Lage-Referenzgerät ist der Azimutrahmen in einem Rollrahmen um die im wesen-tlichen vertikale Azimutachse verdrehbar gelagert, und der Rollrahmen ist seinerseits um die Fahrzeuglängsachse schwenkbar gelagert. Der zweiachsige Kreisel ist ein zweiachsiger Wendelkreisel. Es ist nicht nur der zweite Abgriff auf den ersten Drehmomenterzeuger -geschaltet sondern, ähnlich wie bei der DE-OS 27 41 274,auch der auf der ersten Eingangsachse sitzende erste Abgriff auf den auf der zweiten Eingangsachse des Kreisels sitzenden zweiten Drehmomenterzeuger. Schließlich sitzt auf dem Azimutrahmen noch ein Beschleunigungsmesser, dessen' .Eingangsachse parallel zur Drallachse des Kreisels liegt.In the case of the known self-northing Surs-Lage reference device, the Azimuth frame rotatable around the essentially vertical azimuth axis in a roll frame stored, and the roll frame is in turn pivotable about the vehicle's longitudinal axis stored. The two-axis gyro is a two-axis spiral gyro. It is not only the second tap on the first torque generator - switched but, similarly as with the DE-OS 27 41 274, including the one on the first input axis seated first tap on the seated on the second input axis of the gyro second torque generator. Finally there is an accelerometer on the azimuth frame, whose '.input axis is parallel to the spin axis of the gyroscope.
Der Azimutrahmen ist mit dem Rollrahmen in einer ersten Betriebsweise "Nordung" oder "Anfangsausrichtung" so um die Fahrzeuglängsachse ausrichtbar, daß die Azimutachse in einer durch die Fahrzeuglängsachse gehenden Vertikalebene liegt. In einer zweiten Betriebsweise "Kurs-Lage-Referenz" ist der Azimutrahmen mit dem Rollrahmen so um die Fahrzeuglängsachse ausrichtbar, daß die Azimutachse parallel zur Fahrzeughochachse ist.The azimuth frame is in a first mode of operation with the roll frame "Northing" or "initial alignment" can be aligned around the longitudinal axis of the vehicle so that the azimuth axis lies in a vertical plane passing through the longitudinal axis of the vehicle. In a second mode of operation "course-position reference" the azimuth frame is with the Rolling frame can be aligned around the longitudinal axis of the vehicle so that the azimuth axis is parallel to the vertical axis of the vehicle.
Der Azimutrahmen ist gegenüber dem Rollrahmen durch den Azimut-Stellmotor um die Azimutachse wahlweise in eine 0°-Stellung, in welcher die Drallachse parallel zur Fahrzeuglängsachse ist, oder in eine dazu um 900 winkelversetzte 900-Stellung verdrehbar.The azimuth frame is opposite the roll frame by the azimuth servomotor around the azimuth axis, optionally in a 0 ° position, in which the twist axis is parallel to the longitudinal axis of the vehicle, or in a 900 position offset at an angle of 900 rotatable.
Die Signale des Wendekreisels und des Beschleunigungsmessers sind auf einen Rechner aufgeschaltet.The rate gyro and accelerometer signals are connected to a computer.
In der ersten Betriebsweise "Nordung" liefert der Rechner aus den in den beiden Stellungen des Azimutrahmens gemessenen und gespeicherten, die Drehgeschwindigkeit um die zweite Eingangs-hse wiedergebenden Signalen des Wendekreisels und den ebenfalls in diesen Stellungen gemessenen und gespeicherten Beschleunigungssignalen des Beschleunigungsmessers die anfängliche Abweichung einer durch die Fahrzeuglängsachse gehenden Vertikalebene von derMeridianebene (anfängliche Nordabweichung?.In the first "northing" mode, the computer delivers from the the rotational speed measured and stored in the two positions of the azimuth frame around the second input sleeve reproducing signals from the rate gyro and also acceleration signals of the accelerometer measured and stored in these positions the initial deviation of a vertical plane passing through the longitudinal axis of the vehicle from the meridian plane (initial north deviation ?.
In der zweiten Betriebsweise "Kurs-Lage-Referenz" beim Eindrehen des Azimutrahmens in die 900-Stellung liefert der Rechner aus den Winkelgeschwindigkeitssignalen des Wendekreisels ein den wahren,Kurs des Fahrzeugs wiedergebendes Signal.In the second operating mode "Course-Position-Reference" when turning in the The computer supplies the azimuth frame in the 900 position from the angular velocity signals of the rate gyro a signal that reflects the true course of the vehicle.
Auch bei dieser bekannten Anordnung wird wie bei der DE-OS 27 41 274 sowohl die Nordrichtung bei der Anfangsausrichtung als auch der Kurswinkel in der Betriebsweise "Kurs-Lage-Referenz" durch einen Rechner aus den beiden Signalen des zweiachsigen Wendekreisels sowie Beschleunigungsmessersignalen berechnet. -Der Vorteil der Anordnung nach Patentanmeldung P 29 22 412.2-521iegt darin, daß bei günstigem mechanischem Aufwand eine erhebliche Vereinfachung der Signalverarbeitung gegenüber der Anordnung nach DE-OS 27 41 274 erreicht wird.In this known arrangement, too, as in DE-OS 27 41 274 both the north direction in the initial heading and the heading angle in the "Course position reference" mode of operation by a computer from the two signals of the biaxial rate gyro and accelerometer signals are calculated. -The advantage the arrangement according to patent application P 29 22 412.2-521 lies in the fact that with favorable mechanical effort compared to a considerable simplification of the signal processing the arrangement according to DE-OS 27 41 274 is achieved.
Auch hier ist jedoch der Aufwand für viele Anwendungen noch zu hoch, während die erreichbare Genauigkeit in manchen Fällen gar nicht benötigt wird.Here too, however, the effort for many applications is still too high, while the achievable accuracy is not required at all in some cases.
Der Erfindung liegt daher die.Aufgabe zugrunde, ein selbstnordendes Kursreferenzgerät zu schaffen, welches so preisgünstig ist, daß es den Einsatz von Navigationsgeräten der vorliegenden Art in breitem Umfäng, beispielsweise bei Kampfpnzen, gestattet.The invention is therefore based on the task, a self-assembling To create course reference device which is so inexpensive that it requires the use of Navigation devices of the present type in a wide range, for example in battle tanks, allowed.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß (a) der auf der ersten Eingangsachse des Kreisels angeordnete Abgriff auf den Stellmotor geschaltet ist, (b) äuf den auf der zweiten Eingangsachse des Kreisels angeordneten zweiten Drehmomenterzeuger bei Kursreferenzbetrieb ein Signal auf schaltbar ist, welches die Vertikalkomponente der Erddrehung wiedergibt, und (c) das- -Kurssignal für die-Navigation bei Kursreferenzbetrieb von dem Azimut-Winkelgeber unter Berücksichtigung der bei der Anfangs ausrichtung bestimmten Nordrichtung abgenommen wird.According to the invention this object is achieved in that (a) the on the first input axis of the gyro arranged tap connected to the servomotor is, (b) on the one arranged on the second input axis of the gyro second torque generator a signal can be switched to during course reference operation, which represents the vertical component of the earth's rotation, and (c) the - heading signal for the navigation with course reference operation from the azimuth angle encoder, taking into account the north direction determined in the initial alignment is taken.
Im Kursreferenzbetrieb arbeitet die Anordnung nach Art einer einachsigen Plattform. Wenn man die Azimutachse als genau vertikal ansieht und keine Reibungseinflüsse auftreten würden, so würde der Azimutrahmen bei einer Bewegung des Fahrzeugs seine Lage im Raum beibehalten. An dem Azimut-Winkelgeber könnte der Kurswinkel abgelesen werden. Da aber Reibungseinflüsse nicht vernachlässigbar sind, wird der Azimutrahmen bei einer Drehbewegung des Fahrzeugs mit verdreht. Da aber der Kreisel, der hinsichtlich der ersten Eingangsachse ein freier Kreisel ist, seine Lage im Raum beizubehalten trachtet, entsteht ein Signal an dem ersten Abgriff, welches durch den Azimut-Stellmotor den Azimutrahmen in seiner Lage im Raum festhält. Das ist die Funktion einer einachsigen Plattform.In course reference mode, the arrangement works like a uniaxial one Platform. If you consider the azimuth axis to be exactly vertical and no frictional influences would occur, the azimuth frame would be its when the vehicle was moving Maintain position in space. The course angle could be read from the azimuth angle transmitter will. However, since the effects of friction are not negligible, the azimuth frame is twisted when the vehicle rotates. But since the top, which with regard to the first input axis is a free gyro to maintain its position in space seeks, a signal is generated at the first tap, which is generated by the azimuth servomotor holds the azimuth frame in its position in space. That is the function of a uniaxial Platform.
Zur Anfangs ausrichtung dient die zweite Eingangsachse des Kreisels, wobei der Kreisel um diese Achse durch die Aufschaltung des Signals von dem zweiten Abgriff auf den ersten Drehmomenterzeuger um diese Eingangsachse elektrisch gefesselt ist. Das auf dem ersten Drehmomenterzeuger geschaltete Signal liefert eine Komponente der Erddrehung und kann daher zur Bestimmung der Nordrichtung benutzt werden. Bei Kursreferenzbetrieb ist dieses Signal ohne Bedeutung. Es dient nur der Fesselung des Kreisels an eine definierte Lage um die zweite Eingangsachse.The second input axis of the gyro is used for the initial alignment, the gyro about this axis by switching the signal from the second Tapping on the first torque generator electrically tied around this input axis is. The signal switched to the first torque generator supplies a component the rotation of the earth and can therefore be used to determine the north direction. at Course reference operation this signal is irrelevant. It serves only the shackling of the gyro to a defined position around the second input axis.
Auf d-en zweiten Drehmomenterzeuger, der auf der zweiten Eingangsachse sitzt, wird bei Kursreferenzbetrieb, also während der Navigation, ein Signal aufgeschaltet, welches der Vertikalkomponente der Erddrehung entspricht, so daß der Azimutrahmen, der ja suchen würde, seine Lage im Raum beizubehalten, entsprechend der Erddrehung nachgedreht und in definierter Lage zur Nordrichtung gehalten wird.On the second torque generator, the one on the second input axis seated, a signal is switched on during course reference mode, i.e. during navigation, which corresponds to the vertical component of the earth's rotation, so that the azimuth frame, who would try to maintain its position in space, corresponding to the rotation of the earth is rotated and held in a defined position to the north.
Die beschriebene Anordnung liefert ein extrem einfaches Kursreferenzgerät, das für den Masseneinsatz geeignet ist und hierbei eine ausreichende Navigationsgenauigkeit gewährleistet.The arrangement described provides an extremely simple course reference device, that is suitable for mass use and has sufficient navigation accuracy guaranteed.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further refinements of the invention are the subject of the subclaims.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 ist eine schematisch-perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform des selbstnordenden Kursreferenzgeräts, Fig. 2 veranschaulicht den Zusammenhang der Kurs- und Lagewinkel in dem Fahrzeugs festen und dem erdfesten Koordinatensystem, Fig. 3 zeigt den Aufbau einer bei der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendeten Signalauswerterschaltung für die Anfangsausrichtung, Fig. 4 zeigt schematisch die Bildung der Kurswinkelsignale bei Kursreferenzbetrieb während der Navigation, Fig. 5 ist eine schematisch-perspektivische Darstellung einer zweiten-Ausführungsform des selbstnordenden Kursreferenzgeräts, Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit der auf den ersten Drehmomenterzeuger aufgeschalteten Signale von der Stellungen des Azimutrahmens, Fig. 7 zeigt in vier Quadranten die Abahängigkeit der in Richtung der zweiten Eingangsachs-e des Kreisels gemessenen -Komponente der Erddrehung bei den verschiedenen Stellungen des Azimutrahmens zur Nordrichtung.Two embodiments of the invention are referred to below explained in more detail on the accompanying drawings: FIG. 1 is a schematic perspective view Representation of a first embodiment of the self-aligning course reference device, Fig. 2 illustrates the relationship between the course and attitude angles in the vehicle fixed and the earth-fixed coordinate system, Fig. 3 shows the structure of a at the Embodiment according to Fig. 1 used signal evaluation circuit for the initial alignment, Fig. 4 shows schematically the formation of the course angle signals during course reference operation the navigation, FIG. 5 is a schematic perspective illustration of a second embodiment of the self-aligning course reference device, Fig. 6 shows the dependency of the the first torque generator applied signals from the positions of the azimuth frame, Fig. 7 shows in four quadrants the dependence of the in the direction of the second input axis-e The component of the rotation of the earth measured by the gyro at the various positions of the azimuth frame to the north.
Das selbstnordende Kursreferenzgerät von Fig. 1 enthält einen um eine geräte- oder fahrzeug feste Azimutachse 10 verdrehbar gelagerten Azimutrahmen 12. Auf dem Azimutrahmen 12 ist ein zweiachsiger Kreisel 14 angeordnet. Dabei ist die Drallachse z des Kreisels4 in einer zu der Azimutachse 10 senkrechtenEbene angeordnet. Eine erste Eingangsachse K des Kreisels 14 verläuft parallel zur Azimutachse 10 und die zweite Eingangsachse xK des Kreisels 14 verläuft senkrecht K K zur Drallachse z und der ersten Eingangsachse y K Auf der ersten Eingangsachse y sind ein erster Abgriff 16 und ein erster Drehmomenterzeuger 18 angeordnet. Auf der zweiten Eingangsachse xK sind ein zweiter Abgriff.20 und ein zweiter Drehmomenterzeuger 22 angeordnet.The self-aligning heading reference device of FIG. 1 includes one by one Device or vehicle fixed azimuth axis 10 rotatably mounted azimuth frame 12. A two-axis gyro 14 is arranged on the azimuth frame 12. Here is the The spin axis z of the gyro 4 is arranged in a plane perpendicular to the azimuth axis 10. A first input axis K of the gyro 14 runs parallel to the azimuth axis 10 and the second input axis xK of the gyro 14 runs perpendicular K K to the spin axis z and the first input axis y K on the first input axis y are a first Tap 16 and a first torque generator 18 are arranged. On the second entrance axis xK, a second tap 20 and a second torque generator 22 are arranged.
Der auf der zweiten Eingangsachse xK angeordnete zweite Abgriff 20 ist über einen Verstärker 24 auf den ersten Drehmomenterzeuger 18 geschaltet, der atuf der ersten Eingangsachse yK sitzt. Das von dem Verstärker 24 auf den ersten Drehmomenterzeuger 18 geschaltete Signal T2 ist, wie noch geschildert wird, für die Anfangsausrichtung gleichzeitig über Filter 26 als Signal T2 auf nordrichtungbestimmende Mittel aufgeschaltet. Es ist ein -Stellmotor 28 zum Verdrehen des Azimutrahmens 12 um die Azimutachse 10 und ein auf der Azimutachse 10 angeordneter Winkelstellungsgeber 30 in Form eines Resolvers vorgesehen. The second tap 20 arranged on the second input axis xK is connected to the first torque generator 18 via an amplifier 24, the atuf of the first input axis yK sits. That from the amplifier 24 at first Torque generator 18 switched signal T2 is, as will be described, for the initial alignment at the same time via filter 26 as signal T2 to determine north direction Funds activated. It is an actuator 28 for rotating the azimuth frame 12 around the azimuth axis 10 and an angular position transmitter arranged on the azimuth axis 10 30 is provided in the form of a resolver.
K Der auf der ersten Eingangsachse y angeordnete Abgriff 16 ist über einen Verstärker 32 auf den Stellmotor 28 geschaltet. Wenn sich also der Azimutrahmen 12 gegenüber dem Kreisel 14 um die Äzimutachse 10 verdreht, was ein Signal an dem Abgriff 16 zur Folge hat, dann-wird diese Verdrehung über den Stellmotor 28 korrigiert.K The tap 16 arranged on the first input axis y is above an amplifier 32 is connected to the servomotor 28. So if the azimuth frame 12 rotated relative to the gyro 14 about the Äzimutachse 10, which sends a signal to the This rotation is corrected via the servomotor 28.
Auf den zweiten Drehmomenterzeuger 22, der auf der K.On the second torque generator 22, which is on the K.
zweiten Eingangsachse x angeordnet ist, ist bei Kursreferenzbetrieb über einen Schalter 34 und einen Verstärker 36 ein Signal aufschaltbar, welches die Vertikalkomponente L2E sin # der Erddrehung wiedergibt, wobei S2E E die Drehgeschwindigkeit der Erde und die geographische Breite ist. second input axis x is arranged, is in course reference mode A signal can be switched on via a switch 34 and an amplifier 36, which the vertical component L2E sin # represents the rotation of the earth, where S2E E is the speed of rotation of the earth and the latitude.
Das Kurssignal für die Navigation wird bei Kursreferenzbetrieb in noch zu beschreibender Weise von dem Azimut-Winkelgeber 30 unter Berücksichtigung der bei der Anfangsausrichtung bestimmten Nordrichtung abgenommen.The course signal for navigation is used in course reference mode in yet to be described by the azimuth angle encoder 30 taking into account the north direction determined in the initial alignment.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sn für die Anfangsausrichtung auf den auf der zweiten Eingangsachse xK ang.eordneten Drehmomenterzeuger 22 statt des die Vertikalkomponente der Erddrehung- wiedergebenden Signals über den Schalter 34 und einen Wählschalter 38 wahlweise Signale aufschaltbar, welche von der Abweichung der durch den Azimut-Winkelgeber 30-gemessenen Winkellage des Azimutrahmens 1.2 von vorgegebenen 0°-, 90°- bzw. 180°-Stellungen abhängen, wobei in der 0°-Stellung die Drallachse zK des Kreisels 14 parallel zur Fahrzeuglängsachse xG=xF ist. Auf dem Azimutrahmen 12 ist ein Beschleunigungsmesser 40 angeordnet, dessen Eingangsachse parallel. zur Drallachse zK des Kreisels 14 ist. Statt des Beschleunigungsmessers könnte-auch eine Libelle vorgesehen sein.In the embodiment of FIG. 1 sn for the initial alignment on the torque generator 22 arranged on the second input axis xK of the signal representing the vertical component of the rotation of the earth via the switch 34 and a selector switch 38 optionally signals can be switched on which indicate the deviation the angular position of the azimuth frame 1.2 measured by the azimuth angle encoder 30 depend on specified 0 °, 90 ° or 180 ° positions, whereby in the 0 ° position the twist axis zK of the gyro 14 is parallel to the vehicle longitudinal axis xG = xF. on an accelerometer 40 is arranged on the azimuth frame 12, its input axis parallel. to the twist axis zK of the gyro 14 is. Instead of the accelerometer a dragonfly could also be provided.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist als -nordrichtungsbestimmende Mittel eine Signalauswerteschaltung (Fig. 3) vorgesehen, enthaltend Speicher 42,44,46, in denen die Signale T2, welche auf den auf der ersten Eingangsachse yK des Kreisels 14 sitzenden ersten Drehmomenterzeuger 18 aufgeschaltet sind, in der 0°-Stellung, der 90°-Stellung bzw. der 180°-Stellung speicherbar sind. Die Signalauswerterschaltung enthält weiterhin Speicher 48,50,52, in denen die Signale des Beschleunigungsmessers 40 in der 0°-Stellung, der 900-Stellung bzw. der 180°-Stellung speicherbar sind. Schließlich ist eine Rechnerschaltung 54 zur Bildung des Sinus und/oder Kosinus des Anfangswertes # (0) des Kurswinkels # äus den gespeicherten Signalen vorgesehen.In the embodiment according to FIG. 1, the north-direction-determining Means a signal evaluation circuit (Fig. 3) is provided, containing memory 42,44,46, in which the signals T2, which are based on the on the first input axis yK of the gyro 14 seated first torque generator 18 are switched on, in the 0 ° position, the 90 ° position or the 180 ° position can be saved. The signal evaluation circuit also contains memory 48,50,52, in which the signals from the accelerometer 40 can be stored in the 0 ° position, the 900 position or the 180 ° position. Finally, there is a computer circuit 54 for forming the sine and / or cosine of the initial value # (0) of the course angle # provided by the stored signals.
Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Rechnerschaltung sind in Fig. 2 die Zusammenhänge zwischen den-Kurs- und Lagewinkeln und den Transformationsparametern zwischen dem fahrzeugfesten- und dem erdfesten Koordinatensystem veranschaulicht.For a better understanding of the operation of the computer circuit are in Fig. 2 the relationships between the course and attitude angles and the transformation parameters between the vehicle-fixed and the earth-fixed Coordinate system illustrated.
Das fahrzeugfeste Koordinatensystem enthält die Koordinatenachsen querachse) und zF (Fahrzeughochachse). Das erdfeste R Koordinatensystem enthält die.Koordinatenachsen x (Nord) yR (Ost) und z R (Vertikal). Das fahrzeugfeste Koordinatensystem wird in das erdfeste Koordinatensystem überführt durch eine Drehung um den Rollwinkel # um die Fahrzeuglängsachse xF, eine Drehung um die dann erhalten Fahrzeugquerachse um den Nickwinkel # und-schließlich eine Drehung der jetztin der erdfesten Horizontalebene liegenden Fahrzeugs längsachse um den Kurswinkel # , wodurch die Fahrzeugs R längsachse mit der erdfesten Koordinatenachse x zusammenfällt. Die Beziehung zwischen dem fahrzeugfesten Koordinatensystem und einem erdfesten Koordinatensystem ist gegeben durch die Transformationsparameter-Matrix Der Zusammenhang der Lagewinkel cm #, und # mit den Elementen der Transformationsparameter-Matrix ist + = arc sin C31, Nick # = arc tan C21, Gier (Kurs) C11 # = arc tan C32, Roll c33 Der Vektor der Drehgeschwindigkeit der Erde in demerdfesten Koordinatensystem hat eine horizontale Komponente #c = #E cos # und eine vertikale Komponente # s = #E sin # Diese Komponenten sind in Fig. 2 ebenfalls dargestellt. Die Erdbeschleunigung g stellt einen Vektor dar, der in der Vertikalrichtung R @@@@@ Es läßt sich zeigen, daß die in der 0°-Stellung, der 900-Stellung und der 1800-Stellung an den ersten Drehmomenterzeuger 18 erhalten Signale T2 bei kleinen Nick- und Rollwinkeln folgende Form haben: T2 | 0 = sin # (0) . #C + #(0) . #S - bx T2 |90 = cos # (0) . #C + #(0) . #S - bx T2 |180= - sin#(0) . #C - #(0) . #S - bx Die zugehörigen Signale des Beschleunigungsmessers 40 haben folgende Form: Ax0°c = # (0) . g + Bx Ax90°c =-#(0) . g + Bx Ax180°c =-#(0) . g + Bx Darin ist b die Drift des Kreisels. B ist der Nullpunktfehler des Beschleunigungsmessers.The vehicle-fixed coordinate system contains the coordinate axes (transverse axis) and zF (vehicle vertical axis). The earth-fixed R coordinate system contains the coordinate axes x (north) yR (east) and z R (vertical). The vehicle-fixed coordinate system is converted into the earth-fixed coordinate system by a rotation around the roll angle # around the vehicle's longitudinal axis xF, a rotation around the then obtained vehicle transverse axis around the pitch angle # and finally a rotation of the vehicle's longitudinal axis, which is now in the stationary horizontal plane, around the heading angle #, whereby the longitudinal axis of the vehicle R coincides with the fixed coordinate axis x. The relationship between the vehicle-fixed coordinate system and an earth-fixed coordinate system is given by the transformation parameter matrix The relationship between the position angle cm #, and # with the elements of the transformation parameter matrix is + = arc sin C31, Nick # = arc tan C21, yaw (course) C11 # = arc tan C32, roll c33 The vector of the rotational speed of the earth in The earth-fixed coordinate system has a horizontal component #c = #E cos # and a vertical component # s = #E sin # These components are also shown in FIG. The acceleration due to gravity g represents a vector which runs in the vertical direction R @@@@@ It can be shown that the signals T2 received at the first torque generator 18 in the 0 ° position, the 900 position and the 1800 position small pitch and roll angles have the following form: T2 | 0 = sin # (0). #C + # (0). #S - bx T2 | 90 = cos # (0). #C + # (0). #S - bx T2 | 180 = - sin # (0). #C - # (0). #S - bx The associated signals of the accelerometer 40 have the following form: Ax0 ° c = # (0). g + Bx Ax90 ° c = - # (0). g + Bx Ax180 ° c = - # (0). g + Bx where b is the drift of the top. B is the zero point error of the accelerometer.
Die Rechnerschaltung gewinnt aus den vorgenannten Signalen Werte für. sin # (0) und cos # (0) unter Eliminierung der Drift des Kreisels und des Nullpunktfehlers des Beschleunigungsmessers 40 und unter Berücksichtigung der Lagewinkel.The computer circuit obtains values for from the aforementioned signals. sin # (0) and cos # (0) with elimination of the gyro drift and the zero point error of the accelerometer 40 and taking into account the attitude angle.
Zu diesem Zweck enthält die Rechnerschaltung 44 Mittel 56,58 zur Bildung des negativen Mittelwerts der auf den ersten Drehmomenterzeuger 18 in der 00-Stellung und in der 1800-Stellung aufgeschalteten und in den Speichern 42 und 46 gespeicherten Signale, wodurch ein die Drift b des Kreisels 14 um die. zweite Eingangsachse xK wiedergebendes Signal bx erhalten wird.For this purpose, the computer circuit 44 contains means 56, 58 for formation of the negative mean value of the first torque generator 18 in the 00 position and locked in the 1800 position and stored in memories 42 and 46 Signals, whereby the drift b of the gyro 14 to the. second input axis xK reproducing signal bx is obtained.
Die Rechnerschaltung enthält weiterhin Mittel 60,62 zur Bildung des Mittelwerts der in der 0°-Stellung und- in -der 1860-Stellung in den Speichern 48,52 gespeicherten Signale des Beschle'unigungsmessers 40, wodurch ein den Nullpunktfehler Bx des Beschleunigungsmessers 40 wiedergebendes Signal Bx erhalten wird.The computer circuit also contains means 60,62 for forming the Mean value in the 0 ° position and in the 1860 position in the memories 48.52 stored signals of the accelerometer 40, whereby a zero point error Bx of the accelerometer 40 reproducing signal Bx is obtained.
Es sind Mittel 64 zur Subtraktion des Nullpunktfehler-Signals Bx Von dem in der 00-Stellung gespeicherten Signal des Beschleunigungsmessers 40 vorgesehen, wodurch ein erstes korrigiertes Beschleunigungssignal erhalten wird. Weiterhin sind Mittel 66 zur Multiplikation des ersten korrigierten Beschleunigungssignals mit dem Verhältnis # s g der Vertikalkomponente #s der Erddrehung und der Erdbeschleungiung g zur Bildung des Produkts 6 (0). U des Anfangswerts P(0) des Nickwinkels und der 5 besagten Vertikalkomponente #s vorgesehen.There are means 64 for subtracting the zero-point error signal Bx Von the signal of the accelerometer 40 stored in the 00 position is provided, whereby a first corrected acceleration signal is obtained. Furthermore are Means 66 for multiplying the first corrected acceleration signal by the ratio # s g of the vertical component #s of the rotation of the earth and the acceleration of the earth g to form the product 6 (0). U of the initial value P (0) of the pitch angle and the 5 said vertical component #s provided.
Die Rechnerschaltung enthält weiterhin Mittel 68 zur Addition des in der 900-Stellung auf den ersten Drehmomenterzeuger 18 aufgeschalteten, gespeicherten Signals und des Driftsignals bx und zur Subtraktion des Produkts # (0) . #s von Nickwinkel und Vertikalkomponente der Erddrehung, wodurch ein erstes Summensignal erzeugt,wird, und Mittel 70 zur Division des ersten Summensignals durch die Horizontalkomponente Dc der Erddrehung, wodurch ein demc Kosinus des Anfangswerts des Kurswinkels darstellendes Signal cos # (0) erhalten wird.The computer circuit also contains means 68 for adding the stored in the 900 position on the first torque generator 18 Signal and the drift signal bx and for subtracting the product # (0). #s by Nickwinkel and vertical component of the earth's rotation, whereby a first sum signal is generated, and means 70 for dividing the first sum signal by the horizontal component Dc the rotation of the earth, which is a cosine of the initial value of the heading angle Signal cos # (0) is obtained.
Die Rechner schaltung enthält weiterhin Mittel 72 zur Subtraktion des Nullpunktfehlersignals Bx von dem in der 90°-Stellung gespeicherten Signal des Beschleunigungsmessers 40, wodurch ein zweites korrigiertes Beschleunigungssignal erhalten wird und Mittel 74 zur Multiplikation des zweiten korrigierten Beschleunigungssign,als mit dem Verhältnis # s g der Vertikalkomponente U der Erddrehung und der 5 Erdbeschleunigung g zur Bildung des Produkts des Anfangswerts # (0) des Rollwinkels und der besagten Vertikalkomponente U der Erddrehung. Es sind Mittel 5 - ö 76 zur Addition des in der O -Stellung auf den ersten Drehmomenterzeuger 18, aufgeschalteten gespeicherten Signals, des Driftsignals bx und zur Subtraktion des Produkts # (0) . # s von Anfangswert der Rollwinkels und Vertikalkomponente der Erddrehung vorgesehen, wodurch ein zweites Summen-signal erzeugt wird, und Mittel 78 zur Division des zweiten Summensignals durch die.The computer circuit also contains means 72 for subtraction of the zero point error signal Bx from the signal des stored in the 90 ° position Accelerometer 40, producing a second corrected acceleration signal is obtained and means 74 for multiplying the second corrected acceleration signal, as with the ratio # s g of the vertical component U of the rotation of the earth and the acceleration due to gravity g to form the product of the initial value # (0) of the roll angle and the said Vertical component U of the earth's rotation. There are means 5 - ö 76 for adding the in the O position on the first torque generator 18, locked stored Signal, the drift signal bx and for subtracting the product # (0). # s of initial value the roll angle and vertical component of the earth's rotation is provided, creating a second Sum signal is generated, and means 78 for dividing the second sum signal through the.
Horizontalkomponente U der Erddrehung, wodurch ein c erstes, den Sinus des Anfangswerts des Kurswinkels darstellendes Signal sin #(0)|o erhalten wird.Horizontal component U of the earth's rotation, making a c first, the sine signal sin # (0) | o representing the initial value of the heading angle is obtained.
Somit stehen Signale zur Verfügung, die dem Sinus und dem Kosinus des Anfangswerts des Kurswinkels darstellen.Thus signals are available that correspond to the sine and the cosine of the initial value of the heading angle.
Vorzugsweise enthält die Rechenschaltung weiterhin Mittel 80 zur Addition des in der 1800-Stellung auf den ersten Drehmomenterzeuger 18 aufgeschalteten, gespeicherten Signals, des Drift-Signals b und des x Produkts # (0) . #s von Anfangswert des Rollwinkels und Vertikalkomponente der Erddrehung, wodurch ein drittes Summensignal erzeugt wird, und Mittel 82 zur Division des zweiten Summensignals durch die negative Horizontalkomponente -'£'c der Erddrehung, wodurch ein zweites, den Sinus des Anfangswerts des Kurswinkels darstellendes Signal sin 4' (0)1180 erhalten wird. Es sind Mittel 84,86 zur-Bildung des Mittelwerts des ersten und des zweiten, den Sinus des Anfangswerts des Kurswinkels darstellenden Signals vorgesehen, der als Nutzsignal sin +(0) am Ausgang der-Rechenschaltung 54 erscheint.The computing circuit preferably also contains means 80 for addition the stored in the 1800 position on the first torque generator 18 Signal, the drift signal b and the x product # (0). #s of the initial value of the roll angle and vertical component of the earth's rotation, thereby producing a third sum signal and means 82 for dividing the second sum signal by the negative horizontal component - '£' c of the earth's rotation, creating a second, the sine of the initial value of the course angle signal representing sin 4 '(0) 1180 is obtained. There are 84.86 funds for education the mean of the first and the second, the sine of the initial value of the heading angle The signal representing the signal is provided as the useful signal sin + (0) at the output of the computing circuit 54 appears.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich.ist ist der Azimut-Winkelgeber ein Resolver, welcher Ausgangssignale entsprechend dem Sinus und dem Kosinus des Drehwinkels #z als analoge Signale mit 400 Hertz liefert. Es ist ein Analog-Digital-Wandler 88 vorgesehen, welcher die Ausgangssignale des Resolvers digitalisiert.As can be seen from Fig. 4, the azimuth angle encoder is a resolver, which output signals correspond to the sine and cosine of the angle of rotation #z supplies as analog signals with 400 Hertz. It is an analog-to-digital converter 88 provided, which digitizes the output signals of the resolver.
Weiterhin sind Winkeladditionsmittel 90,92 vorgesehen, denen die digitalisierten Ausgangssignale des Resolvers und die in Registern 94,96 gespeicherten Sinus und-Kosinus de Anfangswerts des Kurswinkels zugeführt werden und welche Ausgangssignale liefern, welche den momentanen Kurswinkel darstellen.Furthermore, angle addition means 90,92 are provided, which the digitized Output signals of the resolver and the sines and cosines stored in registers 94,96 the initial value of the course angle are supplied and which output signals supply, which represent the current course angle.
Ein zweipoliger Schalter 98 ist in der Betriebsweise "Anfangsausrichtung" in der Schaltstellung "1", also geöffnet, während er bei Kursreferenzbetrieb in der Schaltstellung "2" geschlossen ist. Die Schalter 100 sollen andeuten, daß die Bildung-der Ausgangssignale sin (nT) und cos (nT) digital mit einer Taktzeit T erfolgt.A two pole switch 98 is in the "initial alignment" mode in the switch position "1", ie open, while in course reference mode in the switch position "2" is closed. The switches 100 are intended to indicate that the The output signals sin (nT) and cos (nT) are generated digitally with a cycle time T.
Fig. 5 zeigt.eine abgewandelte Ausführungsform des selbstnordenden Kursreferenzgeräts. Der Grundaufbau ist der gleiche wie bei dem Kursreferenzgerät-nach Fig. 1, und entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie dort.Fig. 5 shows a modified embodiment of the self-aligning Course reference device. The basic structure is the same as that of the course reference device-after 1 and corresponding parts have been given the same reference numerals as there.
Wie aus Fig. 1 und Fig. 5 ersichtlich ist, wird durch das Kursreferenzgerät ein gerätefestes Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen xGG G und zG definiert.As can be seen from FIG. 1 and FIG. 5, the course reference device a device-fixed coordinate system with the coordinate axes xGG G and zG is defined.
Zweckmäßigerweise fällt dieses gerätefeste Koordinatensystem mit dem fahrzeugfesten Koordinatensystem F und F zusammen. Der Azimutrahmen legt ein y Koordinatensystem xC,yC,zC fest, wobei die Drallachse zK des Kreisels 14 in die Richtung der Koordinatenachse xC fällt, die erste Eingangsachse y in die Richtung der Koordinatenachse zC und die zweite K Eingangsachse x in die Richtung der Koordinatenachse yC.Appropriately, this device-fixed coordinate system coincides with the vehicle-fixed coordinate system F and F together. The azimuth frame defines a y coordinate system xC, yC, zC fixed, the twist axis zK of the gyro 14 in the direction of the coordinate axis xC falls, the first input axis y in the direction of the coordinate axis zC and the second K input axis x in the direction of the coordinate axis yC.
In Fig. 6 ist die Abhängigkeit des dem ersten Drehmomenterzeuger 18 zugeführten Signals T2 von dem Winkel zwischen Kreiseldrallachse bzw. Kreiseldrallvektor H und Nordrichtung dargestellt. Es ergeben sich für die verschiedenen Quadranten die folgenden Beziehungen: I. Quadrant: -T2 = - #c . sinα + bx II. Quadrant: -T2 = - #c . sinα + bx III. Quadrant: -T2 = #c . sinα + bx IV. Quadrant: - T2 = #c sinα + bx Dabei ist Ç der Winkel, der sich nach der Sinustabelle für den jeweiligen Betrag des Signals T2 ergibt.6 shows the dependency of the first torque generator 18 supplied signal T2 from the angle between the gyroscopic twist axis or gyroscopic twist vector H and north direction shown. It results for the different quadrants the following relationships: I. Quadrant: -T2 = - #c. sinα + bx 2nd quadrant: -T2 = - #c. sinα + bx III. Quadrant: -T2 = #c. sinα + bx 4th quadrant: - T2 = #c sinα + bx where Ç is the angle according to the sine table for the respective amount of the signal T2 results.
Die Verhältnisse sind in Fig. i 7 dargestellt. Darin ist i die Referenzrichtung, in bezug auf welche der Azimutwinkel # z gemessen wird und die beispielsweise mit der xG- oder xF-Richtung übereinstimmt. fi - ist die Horizontalkomponente der Erddrehung'. Der Kreisel 14 spricht auf die in Richtung der zweiten Eingangsachse, -also in Richtung der Koordinatenachse yC fallende Komponente dieser Horizontalkomponente an und erzeugt ein entsprechendes Signal T2. Man sieht, daß dieses Signal positiv ist, wenn y im-ersten oder im IV.The relationships are shown in FIG. Where i is the reference direction, with respect to which the azimuth angle # z is measured and which, for example, with coincides with the xG or xF direction. fi - is the horizontal component of the earth's rotation '. The gyro 14 responds to the direction of the second input axis, -also in the direction the coordinate axis yC falling component of this horizontal component and generated a corresponding signal T2. It can be seen that this signal is positive when y im-first or in the IV.
Quatranten liegt und negativ, wenn yC im II. oder III. Quadranten liegt. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, muß der Azimutrahmen 12 jeweils im Uhrzeigersinn c verdreht werden, um den in Richtung x liegenden Drallvektor H des Kreisels 14 au-f kürzestem Wege in die Nordrichtung zu- drehen. Im II. und III. Quadranten ist eine Drehung entgegen dem Uhr'zeigersinn erforderlich, um den Drallvektor H auf kürzestem Wege in die Nordrichtung zu bringen. Wenn der Drallvektor H in-die Nordrichtung fällt, verschwindet die in Richtung der Eingangsachse xK des Kreisels wirksame Komponente der Horizontalkomponente der Erdbeschleunigung, und damit verschwindet auch das Signal T2.Quatranten lies and negative, if yC in the II. Or III. Quadrant lies. As can be seen from Fig. 7, the azimuth frame 12 must be clockwise c can be rotated by the twist vector H of the gyro 14 lying in the x direction to turn northwards by the shortest possible route. In the II. And III. Quadrant is an anti-clockwise rotation is required to increase the twist vector H. the shortest route to the north. If the swirl vector H is in the north direction falls, the component effective in the direction of the input axis xK of the gyro disappears the horizontal component of the acceleration due to gravity, and with it that also disappears Signal T2.
Demgemäß enthalten bei der Ausführungsform nach Fig. 5 die nordrichtungsbestimmenden Mittel den auf der zweiten Einga'ngsachse xK sitzenden zweiten Drehmomenterzeuger 22 und Mittel zum Aufschalten eines zweiten Signals auf den zweiten Drehmomenterzeuger 22 zur Einleitung einer'Drehbewegung des Azimutrahmens 12 über den zweiten Abgriff 16 und den Azimutstellmotor 28, bis das auf den ersten Drehmomenterzeuger 18 geschaltete erste Signal T2 verschwindet. Ein auf dem zweiten Drehmomenterzeuger 22 geschaltetes Signal bewirkt eine Auslenkung des Kreisels um die erste Eingangsachse K und damit ein Signal am Abgriff 16. Dieses Signal steuert über den Verstärker 32 den Stellmotor 28 und bewirkt somit eine Verdrehung des Azimutrahmens 12 c um die Azimutachse 10 oder z . Das auf den zweiten Drehmomenterzeuger 22 bei der Anfangsausrichtung aufgeschaltete zweite Signal hat vorzugsweise einen konstanten Betrag. Das Vorzeichen dieses zweiten Signals hängt von dem Vorzeichen des auf den ersten Drehmomenterzeuger 18 geschalteten ersten Signal T2 ab, und damit von der Komponente der Horizontalkomponente der Erddrehung in Richtung der zweiten Eingangsachse xK des Kreisels 14, derart, daß wenn das erste Signal T2 negativ ist, und damit die Komponente der Erddrehung in Richtung der ersten Eingangsachse xK positiv, der Azimutrahmen'12.in Draufsicht im Uhrzeigersinn verdreht wird.'Wenn das erste Signal T2 positiv ist, und damit K die in Richtung der ersten Eingangsachse x wirksame Komponente der Horizontalkomponente der Erddrehung negativ, der Azimutrahmen 12 entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Drallachse bei der Anfangsausrichtung auf kürzestem Wege durch Verdrehen des Azimutrahmens 12 nach Norden ausgerichtet wird.Accordingly, in the embodiment according to FIG. 5, the north direction-determining Means the second torque generator sitting on the second input axis xK 22 and means for applying a second signal to the second torque generator 22 to initiate a rotary movement of the azimuth frame 12 via the second tap 16 and the azimuth servomotor 28, until the switched to the first torque generator 18 first signal T2 disappears. One connected to the second torque generator 22 Signal causes the gyro to be deflected around the first input axis K and thus a signal at tap 16. This Signal controls through the amplifier 32 the servomotor 28 and thus causes a rotation of the azimuth frame 12 c the azimuth axis 10 or z. That on the second torque generator 22 at the initial alignment applied second signal preferably has a constant amount. The sign this second signal depends on the sign of the on the first torque generator 18 switched off first signal T2, and thus from the component of the horizontal component the rotation of the earth in the direction of the second input axis xK of the gyro 14, such that that when the first signal T2 is negative, and hence the component of the earth's rotation positive in the direction of the first input axis xK, the azimuth frame 12 in a plan view is rotated clockwise. If the first signal T2 is positive, and thus K is the component of the horizontal component effective in the direction of the first input axis x the rotation of the earth negative, the azimuth frame 12 rotated counterclockwise will. This ensures that the twist axis is in the initial alignment aligned on the shortest path by rotating the azimuth frame 12 to the north will.
Nun ist das Signal T2 auch dann null, wenn der Drallvektor H nicht nach Norden sondern nach Süden ausgerichtet ist. Um daher ein sicheres Einlaufen des Drallvektors in die Nordrichtung zu gewährleisten, enthalten weiterhin die nordrichtungsbestimmenden Mittel Vergleichermittel zum Vergleichen des auf den ersten Drehmomenterzeuger 18 geschalteten ersten Signals T2 mit einem festen Schwellwert sowie Mittel zum Aufschalten eines festen Signals auf den zweiten Drehmomenterzeuger 22, wenn das erste Signal T2 kleiner als dieser Schwellwert ist, zur Verdrehung des Azimutrahmens 12 um einen festen Winkelbetrag, derart, 'daß das erste Signal T2 größer als der Schwellwert wird.The signal T2 is now zero even if the twist vector H is not facing north but south. Therefore a safe run-in of the swirl vector in the north direction, continue to contain the north direction-determining Means Comparator means for comparing the torque applied to the first torque generator 18 switched first signal T2 with a fixed threshold value and means for switching a fixed signal to the second torque generator 22 when the first signal T2 is smaller than this threshold value to rotate the azimuth frame 12 by one fixed angular amount, such 'that the first signal T2 is greater than the threshold value will.
Es sind dann Mittel zum Prüfen des Vorzeichens des dann erhaltenen ersten Signals T2 und Mittel zur Aufschaltung des zweiten Signals mit dem vom Vorzeichen ,dieses ersten Signals T2 abhängigen Vorzeichen vorgesehen. Damit wird sichergestellt, daß der Drallvektor nicht durch Zufall in S.üdrichtung stehen bleiben kann statt in die Nordrichtung einzulaufen.There are then means for checking the sign of the then received first signal T2 and means for applying the second signal with the sign This first signal T2 dependent sign is provided. This ensures that the swirl vector cannot stop in the south-south direction by accident to enter in the north direction.
Bei der Ausführungsform nach-Fig. 5 wird somit der Azimutrahmen 12 in Abhängigkeit von dem ersten Signal T2 verdreht, bis der Drallvektor H und die Koordinatenachse xC in Nordrichtung steht. Der Winkel # z zwischen der Koordinatenachse x und der Referenzrichtung, z.B. xG = xF liefert dann unmittelbar den KurswinkelYIn the embodiment according to-Fig. 5 thus becomes the azimuth frame 12 rotated depending on the first signal T2 until the twist vector H and the Coordinate axis xC is in north direction. The angle # z between the coordinate axis x and the reference direction, e.g. xG = xF then immediately provides the course angle Y
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| RU2411451C1 (en) * | 2009-06-15 | 2011-02-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Научно-Исследовательский Навигационно-Гидрографический Институт Министерства Обороны Российской Федерации" | Satellite river compass |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3019372C2 (en) | 1982-10-21 |
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