DE1756619A1 - Vorrichtung zur Navigation von Fahrzeugen - Google Patents

Vorrichtung zur Navigation von Fahrzeugen

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Description

DR. I. M. MAAS DR. W. G. PFEIFFER t ATENTANWALTE • MÖNCHEN II UNGEtERSTRASSE 2S
General Precision Systems Inc. Tarrytown, New York, Y.St.A.
Vorrichtung zur Navigation von Fahrzeugen
Die Erfindung bealeht aiob allgemein auf »ine Vorrichtung zur Navigation von Fahrzeugen und insbesondere auf ein« In einem Flugzeug enthaltene, sogenannte Doppler~Trttghelte~ Ausglelohsanlage, bei welcher die Dopplerantenne und eine kreise!stabilisierte Trägheit«plattfore an räumlich getrennten Stellen innerhalb des F&hrseugt angeordnet sind.
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Bekanntlich sind cur Navigation dienende Doppier-Radaranlagen gewöhnlich so ausgebildet, daß «le drei oder mehrere Bündel von Strahlungsenergie von ein·» Luftfahrzeug unter verschiedenen Winkeln bezüglich der Ird· ausBtnden und einen Teil der Bnergie nach Reflexion an der KrSe vleder tapfangen. Die Bewegung dee Fahrzeuge bezüglich der BrSe bewirkt, daß die Frequenz tf»*r empfangenen Bnerglo sich ändert, und durch Kessen und Vergleichen der Prequenzvei'ftchiebungen der verschiedenen Strahlenbündel kf.nn die Bodengeechwlndlgkelt und der Abtriftwinkel dee Fahrzeuge bestimmt werden. Die Art dieses Reflexion«Vorganges bewirkt, daß die Frequenz des zurückkehrenden Signals schnell und unregelmäßig schwankt und so zu großen Fehlern bei der augenblicklichen Angabe der Bodengeschwlndlgkeit und des Abtriftwinkele führt. Trotzdem können Doppleranlagen sehr genau sein, wenn die Daten Ober eine Zeltspanne von beispielsweise mehreren Minuten gemlttelt werden, und die Genauigkeit verschlechtert eich nicht mit den Fortschreiten der Seit.
Andererseits weiten Trigheitsanlagen gewöhnlich eine kreiselstabilisierte, horizontale Plattform auf, auf welcher Bindestens zwei Beschleunigungsmesser tun Messen von Beschleunigungen in aufeinander senkrecht stehenden Richtungen in dir Ebene der Plattform angebracht sind. Die so gemessenen Beschleunigungen können integriert werden, um Geschwindigkeiten tu erhalten, welche ihrerseits so zerlegt werden können, da*
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sie Bodengeschwindigkeit und Abtriftwinkel angeben. Die Genauigkeit solcher Anlagen hingt unter anderem von der horizontalen Auerichtung der Plattfor» ab, da die Beschleunigungsmesser nicht zwischen Beschleunigungen aufgrund einer Bewegung de« Fahrzeugs relativ zur Erde und einer auf der Schwerkraft beruhenden Beschleunigung unterscheiden können. Auch wenn die Plattform ursprünglich genau horizontal angeordnet wird, weicht sie nach einer bestlernten Zelt infolge des unvermeidlichen, willkürlichen AuBwanderns der zur Stabilisierung verwendeten Kreisel von dieser Lage ab. Daher haben Trägbeiteanlagen den Nachteil, daß Ihre Genauigkeit im Verlauf der Zelt sieh schnell verschlechtert, obwohl ihre augenblickliche oder kurzzeitige Genauigkeit ausgezeichnet 1st.
Es ist daher ersichtlich, daß Doppleranlagen und Trftgheltsanlagen sich ergänzende Vorteile besitzen, d.h., die ersteren haben eine ausgezeichnete langzeitige Genauigkeit, wlhrend die letzteren eine ausgezeichnete kurzzeitige Genauigkeit haben. Mit anderen Worten, Doppleranlagen sind in Abhängigkeit von niederfrequenten Änderungen der Eingangsdaten, jedoch nloht in Abhängigkeit von hochfrequenten Änderungen sehr genau, wfihrend das umgekehrte von Tr&gheltsanlagen gilt, welche auf hochfrequente Komponenten der Eingangsdaten gut ansprechen, jedoch beim Verfolgen von niederfrequenten Konpo-
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r.anten schlecht ansprechen» Ein weiterer Vergleich der ewel Artan ergibt, daß beide Im Oberlappungsberelcb Bif Ie ehe η hochfrequenten und niederfrequenten Elngfingen ungenau sind und das ihre Ausginge, auoh wenn die zwei getrennten Anlagen gleichzeitig verwendet werden» den gemeinsamen Nachteil einer geringen Genauigkeit In überlappungsborelch aufweisen.
Durch Zueannenfaaeung Bweler Anlagen von Dopplertyp und vom Trftgheltatyp su einer einheitlieben, integrierten Anlage hat es eich jedoch ala mOglieh herausgestellt, Oeschwlndigkelts-, Abtrift-, Längsachsen-, Queraeheen- und Kuredaten mit groier augenblicklicher Genauigkeit und bei allen Eingangsfrequensen au erhalten und diese augenblickliche Genauigkeit wird unbegrenst aufrechterhalten. Von einer geeignet verbundenen Doppler-Trighelts-Ausgleichsanlage kann daher gesagt werten, da£ sie besser ist als jede der erwähnten« dieselbe bildenden Komponenten möglicherweise sein kann, was die Qualltlt der jeweiligen Ausgangsleistungen betrifftt AuAerdea eraOgllcht die Susaanenfassung beider Anlagen su einer einsigen kombinierten Anlage die Aufrichtung und Aufreohterbaltung einer stabilen statischen Besugsvertikalen, von welober dauernd «it höchster Genauigkeit eine Angabe der Vertikalrichtung gewonnen werden kann, welohe allgemein von keiner der unabhlnglg voneinander
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wirksamen Komponentenanlagen geliefert werden kann. Beispiele für solche kombinierte Doppler-Tr&gheitsanlagen sind in den ÖSA-Patentschrlften 2 914 763 und 3 028 592 beschrieben.
Da die Trfigh«itsplittform in einer Doppler-Trtgheitaanlage in zweckmäßiger Welse eine iuÄeret genaue Bezügevertikale liefert, 1st es möglich, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signale zur Darstellung des augenblicklichen M Fahrzeugkurses beeügllch einer vorbestimmten Bezugsrichtung su verwenden, wobei diese Einrichtung vorteilhafterweise ein Sternverfolgungsgerat aufweist. Dies ist ein höchst erwünschtes Ergebnis, da Stemverfolgungsgeräte zur Erzielung von Kursgenauigkeiten höchster Größenordnung geeignet sind, wenn sie mit anderen bekannten Kurs-Besugsvorrlchtungen verglichen werden, wie beispielsweise einem Magnetkompaß. Trotzdem bringt die Verwendung eines Sternverfolgung* ge rÄ te in einem Doppler-Trägheltseystem den zusätzlichen Zwang zur direkten Befestigung des Verfolgung*- ™ geräte an oder nahe der Trlgheltsplattform mit sich, da Jede räumliche Trennung »wischen diesen zwei Abtastgertten leicht Auerichtungsfehler In den vertikalen Daten aufgrund von Biegungen oder Verzerrungen des Fahrzeugrahmen· oder der Zelle de« Flugzeuge hervorrufen. Da die Genauigkeit des Verfolgungsgerits durch die Genauigkeit der von der Plattform gelieferten vertikalen Daten begrenzt wird, folgt
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daraus, dafi jeder Ausrichtungsfehler «wischen dem Verfolgung» gerfit und der Plattform direkt als Kursfehler und indirekt als Lagefehler an Ausgang der Anlage erscheint. Daher sind allgemein in Stern-Trägheits-Doppleranlagen das Sternverfolgung gerit und die Trftgheltsplattform innig Miteinander verbunden, und «war entweder in Form eines einzigen Bauteils oder durch genügend nah· Anordnung, so da* die Möglichkeit der Erzeugung eines Fehlers in der Übertragung der vertikalen Daten vermindert wird»
Da Jedooh SternVerfolgung«geräte die Sterne beobachten nüssen, sind sie gewöhnlich auf dem oberen Teil des Rumpfes oder des Oeschoftes angeordnet, während Dopplerantennen in typischer Welse am Boden angeordnet sind, so daß ein klares Blickfeld sur Erde erzielt wird. Bei vielen Anwendungen 1st es darüber hinaus erwünscht, die Trägheitsplattfom nahe an anderen Anlagen im Fahrzeug ansuordnen, beispielsweise an Qellndeabsuchgeräten, Oeländeaufnahme-Radargeräten, Bombardierunge-HiIfsgeräten und dergleichen. Daher werden in den meisten Fällen das Stern-Trägheltsgerät einerseits und die Doppler-Radaranlage andererseits im Fahrzeug vertikal getrennt angeordnet und erhalten, was wichtiger 1st, auch eine horizontale Trennung.
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Unglücklicherweise wird durch diese räumlichen Trennungen ein Auerichtungsproblem hervorgerufen, welches die Arbeitsweise der Anlage nachteilig beeinflussen wurde, wenn es nicht ausgeglichen würde. Das Problem beruht auf der Tatsache, daß die Stem-Trägheitsanlage den Geschwlndlgkeitsvektor des Fahrzeuge im Koordinatensystem der Trägheitsplattform mißt, während die Dcpplerradaranlage den gleichen Qeachwindigkeitsvektor in ihrem Anterxienkoordlnatensystem miete Un nun die Doppleraessungen in das Koordinatensystem der Plattform umzurechnen, was für «in richtiges Arbeiten der Doppler-Trflgheitsverbindunge ι in der Stern-Trägheits-Doppleranlage durchgeführt werden muß, muß die augenblickliche gegenseitige Orientierung uleser Koordinatensysteme bekannt sein.
Wenn sich das Fahrzeug auf dem Erdboden befindet, ist es möglich, diese Orientierung unter Anwendung bekannter optischer Verfahren genau zu bestimmen. Wenn sich das Fahrzeug jedoch in der Luft befindet, ändert sich die Orientierung schnell mit der Zeit in einer etwas zufälligen Weise, da sich der Fahrzeugaufbau ständig biegt oder verzerrt, wenn Änderungen in den Belastungen der Bewaffnung oder des Brennstoffs, der Außentemperatur und dem Außendruck und der Fahrzeuggeschwindigkeit und -höhe auftreten. Die durch diese Schwankungen in der Orientierung hervorgerufenen Fehler
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treten in der Anlage als Fehler in Oesohwindigkeitsausgang der Dopplerradaranlage auf. Insbesondere sind Änderungen der Orientierung us eine vertikale Achse äquivalent zu Fehlern Im Doppler-Abtrlftwlnkel und Änderungen der Orientierung um horlsontale Achsen rufen Fehler in den alt des Mlekwlnkel und des Rollwinkel vergleichbaren Oesehwlndlgkeltsausglngen hervor. Obwohl es sieh herausgestellt hat, dal die Mick- und Rollfehler Wirkungen swelter Ordnung in den horisontalen Doppler-Oeschwlndlgkeltsausgiagen hervorrufen, P welche so klein sind, daA sie vernachlässigt werden Manen, sind doch die Abtriftwinkelfehler beträchtlich und «fiesen daher ausgeglichen werden.
Dementsprechend schafft die Erfindung eine Vorrichtung sur Navigation von Fahrzeugen alt einer Trägheitseinrichtung sur Erzeugung von Signalen, welche die Bodengeschwlndlgkeitskonponenten (ground speed velocity components) des Fahrzeuge längs einer ersten vorbestimmten Besugsrlohtung und t längs einer zweiten, darauf senkrecht stehenden Richtung angeben, wobei die TMgheitselnriehtung eine Einrichtung sur Erzeugung eines Signals aufweist, welches den augenblicklichen lure des Fahrzeugs in bezug auf die erste vorbestimmte Besugsrlehtung darstellt, und mit einer getrennten Dopplerradareinrlohtung sur unabhängigen Erzeugung von Signalen, welche die Bodenkursgesehwlndlgkelt (ground track
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velocity) und den Abtriftwinkel (drift angle) des Fahrzeugs angeben, gekennzeichnet durch einen Koordiiatenwandler, welcher auf dae von der Trägheitseinrichtung erzeugt· Kurssignal und auf das von der Doppleranlage erzeugte Abtriftwinkelsignal anspricht und das von der Doppleranlage erzeugte Bodenkursgeschwindigkeltssignal so umwandelt, daft die Doppler-aesohwindigkeitskomponenten längs der ersten vorbestimmten Richtung bzw. längs der darauf senkrecht stehenden zweiten Richtung ersielt werden, ^j
durch einen Komparator, welcher auf die Doppler-Oeschwindigkeitakonponenten und die erstgenannten, von der Trägheiteeinrichtung unabhängig erzeugten Bodengeschwindlgkeltekomponenten anspricht und Fehlersignale erzeugt, die der Differenz zwischen diesen Komponenten entsprechen, eine Einrichtung zur Rückkopplung dieser Jeweiligen Fehlersignale auf die Trägheitsanlage zur Verwendung in derselben, eine Einrichtung zur automatischen Berechnung jedes in die von der Doppleranlage erzeugten Oeschwlndigkeltskonpo- nenten durch Unregelmäßigkeiten In der Ausrichtung zwischen der Fahrzeuglängeachse an der Dopplerradaranlage bzw. der Trägheiteeinrichtung eingeführten Fehlers sowie durch eine Einrichtung, welche auf die letztgenannte Einrichtung anspricht und ständig die genannten UnregeIMtftlgkelten In der Ausrichtung ausgleicht.
Vorteilhafterweise weist die Auegleicheinrichtung einen
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vorzugsweise einen üblichen Kurskreisel, auf, welcher direkt an oder unmittelbar neben der Dopplerantenne befestigt lat und dessen Drehachse nur ungeffihr auf die wahre Nordrichtung ausgerichtet let. Vie weiter unten naher erläutert, 1st der vom Kreisel swlachen der annähernden waliren Nordrichtung und der Besugaachae der Dopplerantenne gemessene Winkel daher gleich der Silane eines wahren, von der Stern-Trlgheltaplattforn erhaltenen Kurswinkels, des Nordausrlchtungs-FehlerwinkelB dea Kreisels und des Entorientierungswlnkela zwischen der Trägheiteachse und der Dopplerachse. Der Kreiaelauagang wird sodann zu dem von der Dopplerradaranlage erhaltenen Abtriftwinkel addiert und der erhaltene Winkel wird von der Koordlnatenwandlereihrichtung «ur umwandlung dea Bodengeschwindigkeitsvektors dea Fahrseuga, welcher ebenfalls aus der Doppleranlage erhalten wird, in Nord*- und Oatkonponenten verwendet. Die letsteren werden welter durch den wahren Kurawlnkel abgeändert, welcher von der Stern~Trägheitsplattform erhalten wird, ao daA der auf die Krelaelkuraachae besogene Querkursgeechwlndlgkeltsvektor ersielt wird. Bine ähnliche Umwandlung der durch Trlgheltamessung erhaltenen Horlsontalgeschwlndlgkelten ergibt die Querkurageechwindlgkeltakomponente besflglleh der Achse der Trägheiteplattfore. Die swel umgewandelten Querkurageaehwindigkeitakomponenten werden sodann durch die Einrichtung aur
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automatischen Berechnung Jedes In die mit der Doppleranlage gesessenen Gesehwindigkeitskomponenten durch Unregelmäßigkeiten in der Fluchtung zwischen der Längsachse des Fahreeugfl und der Dopplerradaranlage und der Trtgheitsplattfonn eingeführten Fehlers algebraisch addiert, so da* ein Qeschvlndlgkeitsfehlerelgnftl proportional sum Querausrlehtungs· fehler mischen der Trägheitsplattforra und der Kurskrelselachse erseugt wird. Dieses Fehlersignal wird sodann Ober eine geschlossene Schleife sum Kurskreisel rückgekoppelt, so daß eine Präsesslonabewegung seiner Drehachse hervorgerufen wird, bis der Ausrichtung«fehler abgeglichen 1st, In welchem Zeltpunkt der Ausgang des Kurskreisels ein HaA für den wahren Kurs susätslioh des Orientierungsfehlers 1st. Daher wird im stationären Zustand der Kurskreisel in die wahre Nordrichtung nachgeführt, welche durch die Stern» Trägheitsplattform bestimmt wird, und die umgewandelten Doppler-Geschwindlgkeitsausgänge geben keinen Orientierungsfehler infolge einer Biegung oder Verzerrung des Fahrseugs wider.
Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Bs seigt
Figur 1 eine teilweise in Schrägansicht und teilweise In Blockschaltform ausgeführte Schaltskisse der erfindungsgemäften Anlage und
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Figur 2 eine geometrische SkItM9 welch· die verschiedenen bei die·«· System Yorko—enden Koordinaten Achsen darstellt.
Xn Figur 1 let allgemein bei IO eine stabilleierte Trägheit «platt forn dargestellt. Die swel Stander 11, 12, welch· als Teil d»s Rshmone des gesteuerten Fahrseugs betrachtet werden können, tragen Jewells Io Drehlagern In einer Geraden liegend« !teilen 13, 1*, dere gemeinsame Achse parallel rur Ltngeachee des Fahrscugs verlauft. Die Welle 13 1st direkt alt den Rotor einer Abttetvorrichtung 1$ gekoppelt, beispielsweise eines Synohrongebera, dessen Stator as Ständer befestigt 1st. OlelebernaBen 1st die welle 1* direkt mit dem Rotor eines Direhmomenterscugers 16 gekoppelt, welcher am Stander 12 befestigt 1st. PIe Enden der Wellen 13 und U tragen einen normalerweise borlsontalen tuAeren, ringförmigen Schwenkrahmen 17, welcher um die Längsachse oder Rollachse des Flugzeugs drehbar 1st, wobei In den Schwenkrahmen In einer Oeraden liegende Wellen 16, 19 drehbar gelagert sind, derem gemeinsame Aehse In besug auf die Quer- oder Nlckaehse des Flugseugrahmens ausgerichtet 1st. Bin Ende der Welle 18 let direkt mit dem Rotor der Abtasteinrichtung 21 gekoppelt, wlh*end ein Bnde der Welle 19 direkt mit dem Rotor des Motors 22 verbunden 1st. Die Abtasteinrichtung und der Rotor sind Jeweils am ringförmigen Schwenkrahmen 17 befestigt. Die anderen Bnden der Wellen 18, 19 tragen einen normalerweise
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vertikalen Inneren Schwenkrahmen 23» welcher in Figur 1 zwar abgebrochen dargestellt let, jedoch vorzugsweise aus einen vollständigen Ring besteht und eine normalerweise vertikale Welle 24 enthält, welche in seinen oberen und unteren Teil drehbar gelagert let. Die Well« 2k dient auAer sur drehbaren Lagerung der Trlgheltsplattform 28 auch als gemeinsamer Rotor für einen Drehmomenterzeuger 25» eine Abtasteinrichtung 26 und einen Koordinatenwandler 27» deren Statoren alle am Schwenkrahmen 23 befestigt sind. Die Plattform 28» welche senkrecht auf der Welle 2% steht» liegt daher normalerweise horisontal. Wenn nichts anderes festgestellt wird» 1st anzunehmen, daA die Ausdrücke vertikal und horizontal nachfolgend stets auf eine örtliche Vertikale bezogen sind, welche durch den Flugzeugrahmen und den Erdmittelpunkt geht.
Wie in Figur 1 schematisch dargestellt, sind auf der Trägheit aplatt fore 28 mit dieser drehbar zwei Kreisel 31» 33» ein Beschleunigungsmesser 3* und ein 8temverfolgungsgertt direkt befestigt.
Jeder Kreisel besteht vorsugswelse und beispielsweise aus einem bekannten Integrierenden Meiechwlmmkrelael mit zwei Achsen, dessen twei Abgriffsaohsen mit der Achse des zylindrischen Geniuses zusammenfallen, während seine zwei Beftacbeen
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senkrecht tu den Drehachsen bn. den Abgriff each« en liegen. Die Kreisel sprechen daher auf Drehnonente an, deren Konponen· ten ihre Kreiselseheiben ua Jede der Meßachsen su drehen suchen, und sie sprechen auf solche Drehmomente durch Priseaslon un ihre entsprechenden Abgriffsaenaen an. Vie aus Figur 1 ersichtlich, 1st der Kreisel 31 so angeordnet, dafi eine seiner Keftachsen parallel su einer Abmessung der Plattfore 28 verläuft, während seine andere Heftachse senkrecht su der ersten Achse und parallel sur anderen Abmessung der Plattfor« liegt. In Ähnlicher Velae lat der Kreisel auf der Plattform so angeordnet, da* eine seiner Msftaohaen senkrecht auf der Plattfor« oder parallel sur Welle 2* verläuft. Die andere MeAaehse des Kreisels 33 1st tatsächlich überflüssig und oat* nicht beachtet werden. Bs wird bemerkt, daa der Kreisel 33 durch einen einachsigen Kreisel ersetst werden kann und daft swel getrennte einachsige Kreisel an die Stelle des Kreisel 31 gesetit werden können, wobei die dargestellte Anordnung lediglich lsi Interesse einer gedrängten Bauwelse bevorsugt wird.
Bekanntlich 1st jeder Kreisel nlt einer Abtastvorrichtung an seiner Abgriffsaohse verseben» welche ein elektrisches Signal erseugt, das das Zeltintegral der Drehgeschwindigkeit un die Neftachse angibt. Veiter 1st Jeder Kreisel nlt einen Paar von Drehnonenterseugern versehen, welche die
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Aufgabe von Drehaoaenten auf i ede Ab griff säcke· eraOglicben. Infolge seiner Anordnung tastet der Ir·iMl 31 Drehungen ua aufeinander senkrecht stehende Achsen In der Ebene der Platt fora ab und seine Abtastvorrichtung«!! erzeugen daher Signale, wenn die Plattform 28 von der horizontalen Lage abweicht oder kippt. In gleicher Weise tastet der Kreisel 33 Drehungen der Plattfor« 28 ua eine vertikale Achse ab, welche senkrecht auf der Ebene der Plattform steht, und dadurch werden Fehlersignale der Atlautlage erzeugt.
Wenn die Plattform anfänglich horizontal eingestellt wird, ist eine der MeAaohsen des Kreisels 31 auf eine geeignete Bezugsrichtung, beispielsweise die wahre Hordriohtung, ausgerichtet und seine andere KeAaehse 1st daher auf die wahre Ostrlchtung ausgerichtet. Offensichtlich kann statt dessen Irgendeine x-y-Koordlnatenorientlerung la Trlgheitsraua gewählt werden, wobei die Nord- und Ostrlchtung hier lediglich zum Zweck der Iriiuterung bevorzugt wird· Daher aiftt der Kreisel 33 (der Asiautkrelsel) die Vinkelabweiohung der Plattfora 28 oder den Kurs In bezug auf die wahre Nordrichtung.
Um eine fluAerste Genauigkeit la Kursdatenauegang der TrIgheltsplattfora zu gewährleisten, 1st ein bekanntes Stern-
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Verfolgungsgerät 35 direkt auf dieser angebracht, wie sehematiech angedeutet, und wird In einer geschlossenen Schleife um den Azimutkreisel 33 verwendet. Da die baulichen Einzelheiten von Sternverfolgungsgeräten bekannt sind und für ein Verständnis der vorliegenden Erfindung weiter nicht erforderlich sind, werden ale nicht beschrieben. Es genüge die Feststellung, daß durch optische Abtastung der Winkelbeziehungen zwischen seiner augenblicklichen Lage und einem bekannten Sternhaufen und anschließendes Vergleichen dieser Information mit in einer Digitalrechenanlage gespeicherten Daten das Sternverfolgungsgerät in der Lage 1st, extrem genaue, fortlaufende Kursauagangsdaten zu liefern, vorausgesetzt, daft eine gleichermaßen genaue Vertikalinformation zur Verfügung steht. Erfindungsgemäß wird die vom Sternverfolgungsgerät erhaltene Kursinformation ständig mit der vom Azimutkreisel gelieferten Kursinformation verglichen und Jedes ewisohen diesen bestehende Fehlersignal auf den Kreisel zurückgekoppelt, um diesen ständig naohzuführen. Auf diese Welse kann gesagt werden, daß das höchst genaue Sternverfolgungegerät ständig den weniger genauen Kreisel eicht. Die höchst genaue Kurslnformatlon, welche von der kombinierten Stern-Trägheltsanlage erhalten wird, kann sodann in andere* Teilen der Anlag· verwendet werden.
Zur Erläuterung werde angenommen, daß das Fahrzeug auf einem
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Kurs mit einen Kurswinkel Null gesteuert wird. Das bedeutet, daß die Nord-Bezugsrichtung der Plattform und die Längeachse des Flugzeuge parallel sind. Veiter werde angenommen, daJfc im Augenblick keine Änderungen in RoIl- und Nickwinkel vorkommen und daher die Plattform 28 horizontal bleibt. Nun werde angenommen, dafi das Fahrzeug seinen Kurs findert und die Plattform 28 sich mit dem Flugzeug um die Hoch- oder Kursachse desselben dreht. Diese Bewegung Qbt ein Drehmoment auf die Me&achse des Aximutkreisele aus, wodurch der Kreisel veranla&t wird, um seine AbgriffBachse su präzessieren. Die Abtasteinrichtung des Kreisels tastet das Auagangedrehmoment ab und erzeugt ein dazu proportionales Fehlersignal, welche« sodann auf den Servomotor 25 zurflckgekoppelt wird. Der letztere treibt in Abhängigkeit davon die Welle 24 in der erforderlichen Richtung an, un den Nordauerichtungsfehler des Azimutkreisels und dadurch sein eigenes Drehmoment-Meftsignal zu Null zu machen. In diesem Zeltpunkt 1st anzunehmen, dafi die Plattform wieder auf die wahre Nordrichtung ausgerichtet 1st« Dies ist jedoch infolge der zufalligen Auswanderung des Kreisels selten der Fall. Um diesen Auswanderungsfehler des Kreisele auszuschalten, wird die Krelselkursinformation durch die Abtasteinrichtung 26 weitergegeben und auf das Sternverfolgungsgerat 35 gegeben. Vorher hat da· Stemv·rfolgungagerät die Kurswinkelinformation sehr genau gemessen
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und gespeichert, als sieh die Plattform 28 von der wahren Nordrichtung wegdrehte. Durch Vergleichen dieser Da-;on mit der vom Kreisel abgelesenen und von der Abtasteinrichtung 26 weitergegebenen Kurslnforaatlon kann ein Fehlersignal im Sternverfolgungegertt erseugt werden, welches der Auswanderungsgeschwindigkeit des Krei&els entspricht. Dieses Fehlersignal wird sodann durch den Drehmomenteingang des Kreisels rückgekoppelt, um desssn Abgriffachs» eine entsprechende Prasesslon zu erteilen und außerdem den Motor 25 su erregen, bis die von der Abtasteinrichtung 26 abgelesene Winkelinforme tion gleich dem vom Sternverfolgungsgerit gemessenen Kurswinkel 1st. Es wird daher festgestellt, daß die am Leiter 40 zur Verfügung stehende Information für alle Absichten und Zwecke gleich den augenblicklichen wahren Kurs, gesehen von der Stern-Trtgheltsplattform, ist. Diene sehr genaue Angabe wird durch die Servoanordnung '11 und die Drehung der Weile 42 der letsteren weitergegeben und in anderen Teilen der Anlage verwendet, wie welter unten erläutert.
Um die Plattform 28 horizontal su halten, wird der Kreisel im wesentlichen in der gleichen Welse verwendet wie der Kreisel 33. D.h., der Kreisel 31 tastet Drehungen um solne Nord- bsw. Ost-Mefiachse ab und dl· entsprechenden
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Abtasteinrichtung«!! erseugen Fehlersignale, wenn die Plattform 28 sich neigt. Diese Pehlerslgnale können jedoch nicht direkt zur Ausrichtung der Plattform verwendet werden, da die Nordachse im allgemeinen nicht parallel zur Längsachse des Plugxeugs verlauft. Statt dessen werden die Abtasteinrichtungen am Kreisel 31 mit den Rotorwicklungen eines bekannten induktiven Koordinatenwandlers 27 gekoppelt, dessen Rotor durch die Welle 2k eingestellt wird, wie oben erläutert. Da dieser Koordinatenwandler zur Umwandlung der im Nord-Ost-Koordinatensystem der Trftgheltspiattform erzeugten Fehlereignale in entsprechende Feblerslgnale im Koordinatensystem des Flugzeugrahmens geeignet ist, kann er geeignete Fehlersignale auf die Schwenkrahmen-Drehmomentenerzeuger 16 btw. 22 geben, um die Plattform auszurichten.
Es ist ersichtlich, da£ bei ursprünglicher horizontaler
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Einstellung der Plattform/die oben beschriebene Vorrichtung dieselbe in dieser Lage zu halten sucht. Die Plattform würde jedoch unter Umstftnden infolge der Brdkrftauing, der Bewegung des Flugzeugs in bezug auf die Erde und der allen Kreiseln innewohnenden willkürlichen Auewanderunge geschwindigkeiten von der horizontalen Lage abweichen. Die Wirkung dieser Faktoren wird durch die restliche, unmittelbar nachfolgend zu beschreibende Torrichtung außerordentlich gering gemacht.
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Es let zwar eine horizontal« Platt fore zur Erzeugung der extrem genauen vertikalen BezugsInformation notwendig, welche für das Sternverfolgungagerät 35 und die unter Umstanden In Verbindung mit der Doppler-Trägheit»anlage im Fahrzeug verwendete Hilfsvorrichtung erforderlich ist. Der Hauptzweck für die Aufrechterhaltung der Ausrichtung der Plattform besteht jedoch darin, eine Unterstützung für den zweiachsigen Beschleunigungsmesser 3* zu schaffen, so <5aß er lediglich die Fahrzeugbeschleunigung und nicht die Scbwerkraftbeschleunigung mißt. Da, wie erläutert, die Funktion der Trfigheltsanlage in der Messung der Geschwindigkeit durch Integrieren der Ausginge eines Beschleunigungsmessers besteht, 1st die zweiachsige Einheit 3" auf der Plattform 28 befestigt, so da* Ihre MeA-achsen 4ängs der wahren Nord- und wahren Ost-Bezugsrlohtung ausgerichtet sind, welche durch die Wirkung des Steraverfolgungsgerlts in der Servosohlelfe des Aslmutkrelsels ercfugt werden. Da zweiachsige Beschleunigungsmesser der erfindungsgemä£ bevorzugten Art bekannt sind, genügt es für die Erläuterung der vorliegenden Erfindung, wenn von diesen lediglieh aneommen wird, da£ der Beschleunigung·- messer swel unipolare Auegangespannungen liefert, deren Polaritäten und OröBen den gemessenen Betrag der Fahrzeugbeschleunigung In der Mord- bzw. Ostriehtung darstellen. Dementsprechend wird ständig eine Spannung proportional
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sur Beschleunigung in der Nordrichtung lings eines Schaltungaweges *3 auf eine Integr&torsohaltung HH gegeben, deren Ausgang proportional sur Flugseuggesehwindigkeit in der Mordrlchtung V^1 1st. Diese Spannung wird aodann durch eine Schleif· rückgekoppelt, welche den Leiter 45, den Susad.erpunkt W, den Leiter 18, den Block 51 und den Leiter 50 enthält, und wird auf den Drehmoswnteingang des Kreisels 31 gegeben, so daß dl« Nordabgriffachse des ietsterer* ständig leicht prfiseseiert, un die Plattform 28 hörtsontal su halten, wenn das flugzeug Ober die gekröa»» te Oberfläche der Erde gesteuert wird. Der Block 51 ist lnstrunentenaäAlg in bekannter Meise ausgerüstet, se daft ein Untersetsungsfaktor gleich de« Brdradius erleugt und ein weiterer Korrekturfaktor eingeführt wird, welcher notwendig 1st, da die Brdsi'fl—mg nahe dein Polen sich von derjenigen nahe den Äquator unterscheidet.
In gleicher Welse wird die der Beschleunigung in der Ostriebtung entsprechende Auegangsspannung tob Beschleunigungsmesser JH längs des Leiter 53 sur Integratorschaltußg 52 gespeist, deren Ausgangsspannung der Geschwindigkeit in der Ostrichtung V^ entspricht, Die letstgenannte Spannung wird sodann durch eine Sohlelfe, welche den Leiter 5*, den Susnlerpunkt 55, den Leiter 56,
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den Meek 57 (dessen Funktion gleich derjenigen dee obigen Blocke 51 ist), den Summierpunkt 58 und den Leiter 59 enthält, sum Drehmomenteingang des freieeis rückgekoppelt, um die Oetabgrlffaohse des letsteren in Prtsesslen su versetsen und dadurch ständig für denselben eine neu· Vullbesugslage alt einer Geschwindigkeit einzustellen, welohe durch die sich ändernde Brilt ι Π—mg in der Ostrichtung bestimmt wird. Da der Beschleunigung»- ■esser die Beschleunigung in besug auf den Trägheitsraua mlAt, geben Jedoch seine integrierten Ausginge die Geschwindigkeit in besug auf den Trägheitsraua an« Bs ist daher netig, eine Korrektur sua Ausgleich der Wirkung der Winkelbewegung der Brde längs der Ost-Vestaehse anzubringen, um die Bodengesohwlndlgkeit für die Navigation Ober die Brdoberfläohe su erhalten. Dieses Erfordernis wird erfüllt, indem ein Xorrekturfaktor gleich der Brddrehungsgesohwindigkelt besflglich des Fixsternhimmels in die Oetsehlelfe eingefOhrt wird, wie allgemein durch den Pfeil 60 und den Summlerpunkt 58 angedeutet, und indem Ausglelehswerte für Coriollsbesehleunlgungen in die Mord- und Ostschleife eingefOhrt werden, wie allgemein durch die Pfeile 6l biw· 62 angedeutet. Geeignete Schaltungen sur Erzeugung und Lieferung der Korrektur für die Erddrehgescbwlndlgkelt und der Ausgleiehswerte für die Coriollsbeechleunigungen sind beispielsweise in der obengenannten
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USA-Patentschrift 2 91* 763 beschrieben.
Aus dem Gesagten ist xu entnehmen, daft eine reine Trägheltsanlage genau« Ausgangsleistungen liefern kann, welche die linear· horizontale Geschwindigkeit in der Kord- und Ostrlehtung sowie «inen wahren Kurs angeben. Außerdem erzeugt diese Anlage eine Angabe der wahren Yertlkalrlabtung, wie si· durch die horlsontale Ausrichtung der Plattform 26 dargestellt wird und in der Praxis gemessen wird, indem die Komponenten der RoIl- und Nickdaten von Schwenkrahmen tragenden Abnahmevorrichtungen 15 und 21 gewonnen werden« wobei diese Komponentenausgänge schematisch an den Datenausgangsleitungen btw. 30 angedeutet sind. In den bisherigen Ausführungen wurde jedoch nicht berücksichtigt» was geschieht, wann ein Fehler in der Vertikalen vorhanden ist, d.h., wenn die Trägheitsplattform 28 nicht horizontal ausgerichtet ist. Außerdem wurden die Wirkungen der Kreiselauewanderung, des Beschleunigungsmesser-Rauschens, der Oerltefehler und dergleichen nicht berücksichtigt. Bs 1st klar, daft ein Fehler in der Vertikalen ein· Komponente der Schwerkraftbeschleunigung hervorruft, welche im Beschleunigungsmesserausgang auftritt und nach der Integrierung su einem Fehler in der Geschwindigkeit und infolgedessen su Fehlern in den Drehmonentbetrlgen und dem Kurs des Kreisels führt. Gleioher-
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aasen führen Krelselauswanderung und Fehler in der Berechnung der Brddrehgeschwindigkeit tu Fehlern in den DrehBonentbetrAgen bcw. der Bodengeachwlndlgkelt, wehrend Beschleunlgungsaesserfehler die gleiche Wirkung wie ein« Sehverkraftkoaponent· haben. Auch wenn anfänglich keine Fehler vorhanden Bind, wirken die gerade beschriebenen Fehler oder Oeriusche als swangalfiuflge Funktionen, welche Störungen verursachen, die durch Jede der Schleifen fortgepflanst werden und daduroh Fehler in der Vertikalen, der Geschwindigkeit und djeu Eure hervorrufen. Durch Ableitung der Differentialgleichungen, welche daa Verhalten einer Schleife beschreiben, welche einen Kreisel, einen Beschleunigungsmesser und einen Integrator enthllt, wobei dies· Schleife den obengenannten zwangsläufigen Funktionen unterworfen ist, kann darüber hinaus leicht gezeigt werden, das die betreffenden Sohlelfen notwendigerweise ungedlapft sind, d.h. Fehler, welche bei der Messung der Oeeebwlndlgkeit und der Vertikalen In der Anlage auftreten, werden nicht herausgealttelt, sondern treten In Schwingung»fora anf und bestehen in «nbestljeater weise bei einer konstanten oharakterlstlscben Frequent. Venn nicht eine gewisse Dsapfung Torgesehen wird, steigt die Amplitude dieser Schwingungen ständig und erreioht lsi Verlauf der SsIt allsfthlleh unsullssig hohe werte.
Bs 1st in der Technik bekannt, daA die in jeder Schleife
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eine* reinen Trttgheltsanlage entstehenden Schwingungen gedlsqpft oder sogar vollständig musgelOeeht werden können, Indeai eine luftere, unabhängige QeschwindigkeltssMAeinriohtung verwendet wird, wie sie durch eine Dopplerrftdar» anlage gebildet wird. Die swel Qesehwlndlgkeltsasssuaesn können sodann verglichen und ihre Differens sur Icvrektur der Trägheit»anlage verwendet werden.
Zur BrlAuterung werde vorübergehend angenossNtt, da£ statt der innerhalb des in Figur 1 gestriohelten Reehteoks 100 geseigten Vorrichtung eine bekannte Dopplerradaranlage vorhanden wire, welche sur von der Trlgheltsanlage unabhängigen Brseugung von Ausgangsdaten geeignet 1st, die den Kessungen der linearen Horizontalgeschwindigkeit in Richtung des Bodenkursee (ground track) VQT und de» Abtriftwinkel (drift angle)t ^ des Fahrseugs entsprechen. Veiter sei angenossMn, dag kein Ausrichtung»fehler infolge einer Biegung des Flugeeugrahaens swisoben der Bestigsmchse der Trigheiteplattfoni und der Besugsnohse der Dopplerantenne vorhanden sei. Durch algebraische Additicr des wahren Kurswinkels, welcher durch die Asisnatabtast- oder AbnahsiS" einrichtung der Trigheiteplattfoni erhalten wird, stm Ab» trlftwinkel, welcher von DopplerenpfAnger erhalten wird, kann nun die resultierende Qesaatkurswinkel-Inforaation verwendet werden, um den Dopplergesohwindkeltsausgang in eine
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lfordkoaponente V^p und eine Oetkoaponente Vgn usdiuwandeln und dadurch die Ton der Doppleranlage gemessene Bodenkursgesehwlndlgkelt sum Besugskoordlnatensystem der Trigheitsplattform in Beslehung su setsen. Die umgewandelten Dopplergesehwindigkeitekomponenten kennen nun Ober Leiter 61 bsw· 65 auf dl· Trägheitsanlage gegeben und direkt mit den τοη der Trtgheltsanlage erseugten Oesohwindlgkeltskomponenten in der Mord- bsw. Ostrichtung Tergllohen werden. Die daraus erhaltenen Oesohwlndigkeitefehlersignale werden P sodann sur Abstimmung und Dampfung Jeder Schleife Terwendet, bevor sie su ihren entsprechenden Krelsel-Drehmomentbetrlgen addiert werden.
Insbesondere werden die unabhängig gemessenen Dopplergeschwlndigkeltskomponenten algebraisch su den entsprechenden, τοη der Trlgbeltsanlage erseugten Geschwindigkeiten in SummierTorriehtungen 66 bsw. 67 addiert, so da* Pehlersignale Δ Vn, ΔνΒ in den Leitungen 70 bsw. 71 erseugt ^ werden. Diese Fehlereignale, welche die augenblickliche Differenz swisehen den mit der Trtgheltsanlage gemessenen und den mit der Doppleranlage gemessenen Oeschwindlgkeltekomponenten wiedergeben, werden sodann durch die Mord·· bsw. Ost-Trlgheltssohlelfe surOokgekoppelt, um die Mord- und Ostabgriffachse im Kreisel 31 absugleiohen, bis die genannten, ""fhhfnglg gemessenen OesehwlmUgksltskomponenten gl«loh sind. Olelchseltig werden die Dlfferensslgnale sur
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Dämpfung um jeden Integrator rückgekoppelt. Venn dies In einen stationären Zustand geschieht, wird die allmähliche Entstehung von Fehlern in der Trägheitsanlage verhindert und die Trägheitaplattfor« wird ständig in ihrer horizontalen Bezugslage gehalten.
In einer geschlossenen Schleife, in der die Erzeugung Ton Fehlersignalen Kräfte eur Rückführung der Anlage in den Gleichgewichtszustand hervorzurufen sucht, bewirken dl» Fehlereignale, daß die Anlage Ober die Oleichgewlchtsetellung hinausschießt und un diese Stellung mit einer Schwingungsfrequenz oder -periode schwingt, welche von den Eigenschaften der Anlage abhingt. Eine verbundene Doppler-Trägheitsanlage stellt keine Ausnahm» dar. Tatsächlich hat sich herausgestellt, dal ein optimaler Betrieb einer solchen Anlage sich einstellt, wenn die Eigenschaften der Qeschwlndlgkeltsfehler-Rackkopplungsschlelfen so gewählt sind, daft Jede Schleife «it der sogenannten Schuler-Frequenz oder mit einer Perlode von etwa 81 Minuten schwingt.
Dementsprechend ist die Nord-Oesohwindlgkeitsfehlerschleife, welche den Beschleunigungsmesser 34, den Integrator M, die Summierpunkte 66 und 46, den Leiter W, den Block 51, den Leiter 50 und den Kreisel 31 enthält, mit einer geeigneten,
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allgemein durch den Block 72 beselchneten und sweekmäAlgerweise mit dem griechischen Buchstaben Alpha versehenen Dämpfungseinetellanordnung versehen, so daA diese Sohlelfe auf eine Periode von etwa 8* Minuten eingestellt werden kann· Da die· die Blgenschwlngungsperlode der Sohlelfe verändert, wird es Abstimmung genannt.
Zn gleicher weise 1st die Ost-Oesohwindigkeitsfehlersohlelf·, welche den Beschleunigungsmesser 3*» den Integrator 52, den Leiter 63« die Summierpunkte 67 und 55, den Block 57, den 8ummierpunkt 58, den Leiter 59 und den Kreisel 31 enthält, mit einer geeigneten Alpha-Däopfungseinstellanordnung 73 versehen, so das sie in genau der gleichen weise nach Schuler abgestimmt werden kann.
Da eine gewisse Form von Dämpfung von einer äuäeren Oesehwindlgkeltsquelle erforderlieh 1st, werden bekannte Regel-Mekkopplungssehlelfen verwendet, um die Fehlersignale Ayn, £ffg auf den Eingang Jedes Oeschwindlgkeltsintegrators M und 52 su geben. Zn der llordsohlelfe wird die richtige Dämpfung von einer allgemein durch den Block 75 dargestellten Dämpfung·- •inatellanordnung erseugt und sweckmäälgerwelse durch den griechischen Buchstaben Oamna gekeimseiehnot. Vie in Figur geselgt, wird diese Fehlerregelunge-Dämpfung von der Leitung genommen und negativ in den Integrator M Ober den Summier-
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punkt 77 rückgekoppelt.
In entsprechender weise 1st ein· Fahlerregelungs-Rilclckopplung·- schleife In der Ostsehleif· un den Integrator 52 vorgesehen, «•leb· dl· Leitung 71, die 0aa»a^D8iDpfunge«intt«llanordnung und am Soaarierpunkt 78 unfaAt.
Wenn daher dl· Wirkungsweise einer Doppler-Trlgheita-ttarigatlonsanlage lusaaaengefaftt wird, lftftt sieh feststellen, dal die Dopplerradaranlage unabhängig von der Trtghelteanlage Keaaungen der Bodenkuregeechwindigkeit und dea Abtriftwinkela liefert· Die eretere wird in Nord- und Ostkuatponenten «erlegt und kontinuierlich alt der Nord- und 0»tkomponente der Gesohwindigkeit Tergliohen, welche von der Trägheit·anlage geaessen werden. Die erhaltenen Fehlersignai» »erden sodann eur Trtgheitsplattfom rflokgekoppelt, \m stftndlg den Trägheits-Oeschwindigkelteauegang in besug auf den Oesohwindlgkeltaauegang der Radaranlag· aussuglelohen und dadurch die PlattΓοη* unabhängig το« Fortachreiten der Seit horiiontal ausgerichtet iu halten.
Xn der obigen Beschreibung einer Doppler-Trtgbelte*nl*g· «ife eine« Sternverfolgungegerlt sur Srsielung genauer Kursausging« wurde anfenoMMn, dal kein Orientierungsfehler swisohen der Stern-Trlgheltsplattfor« und der Dopplerantenne
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vorband·!) ist. Beim Blnbau solcher Anlagen In LuTtfahrtaug· lat ·β Jedooh, wi· oben «rwthnt, oftmal· notwendig, die Plattform und dl· Antenne rtumlloh su trennen. ÜB Flug ergeben »loh daraus unabinderiloh Verbiegungen des Plugseugrahmens, woduroh ein· willkürlich schwankende Bntorlentlerung swlsehen der Betugaaeh·· der Stern-?rlgh«lt·- plattfom und der Besugaaehae der Dopplerantenne hervorgerufen wird, waa wiederum su einer Terftlaohung der Dopplergeaohwindlgkeltaauagänge Insbesondere In Abtrift- oder Querkararlehtung führt.
Ub diese· Problem genauer su erllutern, wird nunmehr auf Figur 2 besug genommen.
Die Dopplerradaranlage mißt genau den Bodengesohvlndlgkeltsvektor de· Fahrseugs besdglleh einer Koordlnatenbmugsaeh·· an seiner Antenne. Daher erseugt die Radaranlag· Im Zuaammenhang mit Figur 2 eine brauchbare Auegangsinformation elnsohlleAlloh der Bodenkursgeeohwlndlgkelt Y^ und des Abtriftwinkels cJ D> wobei angenommen wird, daA dl· Antennenbesugsaehse mit der Längsachse dee Flugseugrahmens In der Befestigungsstellung der Antenne lusammenftllt. In gleloher Velee mlAt die Stern-Trsgheltsanlage die Nord- und Oetkomponente von Tq^, nlmlioh VMj und V11, besQglloh der Ltagsaohse des Flugseugrahmens In der Befestigungsstelle der
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Stern-Tr&gheltaplattforn. Idaalerwelee sollte nun In Abwesenheit einer Verbiegung des Flugxeugrahmens "in Plug" die Besugsaehse der Pl&ttforn und die Besugsachse der Antenne sueajBMnfallen. Unter tatsächlichen Plugbedingungen «erden Jedoch» wie erwfihnt» diese Achsen ständig in besug aufeinander entorientiert. Daher 1st in Figur 2 der Winkel Δη so gewählt, da£ er den Winkelfehler zwischen den betreffenden Achsen darstellt, wobei beaerkt wird, da* AH selten eine feste Vinkelabweichung bedeutet, sondern sich ständig in einer schnell und willkürlich schwankenden Velse ändert.
Bs wird daran erinnert, daft der Doppler-Gesohwlndlgkeltsauagang VOT durch den Oesamtkurswinkel
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wiedergegeben wird, wobei HVahp gleich des höchst genauen, von der Stern-Tragheltsplattfora erhaltenen Kurswinkel und 4ρ ein voB Dopplereapfanger erhaltenes genaues Mai des Ab· triftwinkele darstellt. Wenn diese Oamandlung in Anwesenheit des Orientierungsfehlers Δ H versucht wird, haben die resultierenden Geschwindigkeitskojsponenten Vgp und V^0 beträcht Hohe Wlnkel-Uanrandlungs fehler besttglieh der wahren Vordrlchtung besw. der wahren Ostriohtung, wie aus Figur 2 deutlich su sehen.
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Bs ist daher offensichtlich, dal bei der Möglichkeit einer konstanten Berechnung des Orientierungsfehlers Δ H dessen zugehöriges Fehlersignal !■ umwandlungsverfahren entsprechend verwendet werden kann, üb unverfllechte Qesehwindigkeltskoaponenten V^ und Vg0 su erseugen. Infolge der sieh schnell ändernden und willkflrllehen Natur der in der Praxis auftretenden Biegungsart·» hat es sich jedoch «la unpraktisch erwiesen, £X direkt su ■essen.
Brflndungegeaa» wird vielmehr ein sehr indirektes Berechnung» verfahren vorgeschlagen, welches sur Entwicklung von geeigneten und ausreichenden Einrichtungen sur wirk« saoen Befreiung von Stern-Doppler-Trflgheltsanlagen von den unerwünschten Wirkungen fflhrt, welohe durch Bntorientierungen swischen der Stern-Trtgheltsplattfora und der Dopplerantenne erseugt werden. Diese Einrichtungen sind sobeamtisoh in de« gestrichelten Rechteck 100 in Figur 1 dargestellt.
Zn dieser Figur 1st eine bekannte Dopplerradaranlage «it ein·« Scnder-Eapflnger 80 und einer Antenne 81 dargestellt. Der Sendcreapftnger liefert Mikrowellenenergie sur Antenne, welche sodann die Energie sur Erde in Fom einer Mehrzahl von Strahlenbflndeln abstrahlt. Infolge
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der Relativbewegung zwischen der Erde und dec Pahrzeug wird der von der Erde reflektierte und von der Antenne und vom Empfänger aufgenommen® Anteil dar Energie der bekannten Doppler-Frequenzverschiebung unterworfen. Diese Information wird sodann in der Frequentnachführanordnung dea Empfängers verarbeitet, so daß zwei Ausgangesignale erhalten werden, deren erstes die Bodenkursgeschwindigkeit Yqj, und deren «weite» ein Pehlerslgnal darstellt, welches der Abweichung der Antennenausrichtung vor Bodenkurs entspricht. Dieses letztere Fehlersignal kann auf einen nicht gezeigten Ar.iaut-Servonechanlsicus gegeben werden, um die Antenne bezüglich das Bodenkurses «Isder auszurichten, in welchen Fall ein den Abtriftwinkel J^ dea Fahrzeugs anzeigender Ausgang von der Welle rf·» Servomotor» abgenoonen werden kann. Diese Abtriftwinkelinformation kann sodann durch einen normalen Synchron-U»former in Spannungeinformatlon umgewandelt werden. In Figur 1 1st gezeigt, daA der Doppler-Senderempflnger 80 zwei Ausgangsleltungen 82 und 83 aufweist, um Jeweils die der Bodenkursgeschwindlgkeit bzw. dem Abtriftwinkel entsprechenden Informationen verfügbar zu machen.
Om die wlnkelentorlentlerung der Bezugsachse der Antenne bezüglich der Bezug»ach»· der Trägheltsplattfora auszugleichen, wird erfindungsgemlA ein verhÄltnlsmtlig billiger,
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BAD ORlQiNAt
bekannter, einachsiger Kurskreisel räumlich genügend nahe an der Dopplerantenne angeordnet, so da* die Winkelentorientierungen der Antennenbesugsaohse besaglieh der Besugaaehse der Trägheitsplattform direkt auf daa äu*ere Gehäuse des Kreisels Obertragen werden. Zur bequemeren Darstellung ist daher der Kurskreisel 85 direkt auf der Oberseite der Dopplerantenne mittels einer gemeinsamen Trägerplatte 86 angeordnet, wobei die He*- aehse 88 des Kreisels normal zur Antennenebene verläuft, wie dargestellt. Mit anderen Worten, wenn daa Fahrzeug, horizontal liegt, so ist die MeAachse parallel zu eimer Örtlichen Vertikalen, welche durch das Fahrzeug und durch den Erdmittelpunkt verläuft. Es 1st natürlich klar, da* sich die Antenne im Azimut bezüglich der Platte 86 frei drehen kann, wobei die letztere am Fahrzeugrahmen befestigt 1st. Veiter können die an den Leitungen 29 und auftretenden Roll- und Nickdaten» wenn gewünscht, verwendet werden, um nicht gezeigte Drehmomenterzeuger für den Antennensohwenkrahmen anzutreiben, wie beispielsweise in der Patentanmeldung G LV <Q&<i der anmelderin beschrieben, so da* die Trägerplatte 86 in der MiOk* und Rollebene stabil! alert wird und dadurch sowohl die Antenne als auch der Kreisel in einer horisontalen Lage gehalten werden. Vor dem Start, wenn sieh das Fahrzeug auf dem Boden befindet, wird der Kurskreisel nur etwa auf die wahre Hordrlohtung
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•Ingastellt. Das bedeutet, da* die Rullprftsesslons- oder Besugslage der Krelseldrehaohse grob in dl· wahr· Mordrichtung weist, wie schematiech durch dft· Syatool R* In Figur 2 angedeutet. Soweit die Nullfehler-Besugsstellung des AsiautkreiseIs auf der Stern-Tr&gheitsplattfoni stets genau auf die wahre Kordrichtung ausgerichtet 1st, 1st d&e Drehachse des Kurskreisels ua einen Winkel gegen dl· Bezugsachse der Tr&gheltsplattforn infolge ihres eigenen Nordausrichtungsfehlere verdreht, welcher unter (fastenden durch die unvermeidliche willkürliche Auswanderung des Kurskreisels noch verstärkt wird, wenn er nicht ausgeglichen wird. Dieser Fehler 1st in Figur 2 durch den Winkel ^^graphlsch dargestellt.
Wihrend der Anfsngsstufen des Fluges nlfit die Abtasteinrichtung an Kurskreisel verschiedene Drehnoaente, welche die Abgriffachse des Kreisels In Prlsession su versetsen suchen, und es werden entsprechend Fehlersignale erseugt. Dieses Fehlersignal 1st in Jedem gegebenen Seitpunkt gleich der Suane des wahren Kurswinkels (By9J^x,), der Nordausrlohtung des Kreisels und/oder des Abtriftfehlers (Δ+) und des Bntorlentierungswlnkels (ΔΗ). Dies 1st so, well der Kurskreisel 85 auf der Trägerplatte 86 befestigt ist und dadurch direkt den BiegungastOrungen der Dopplerantenne besOglloh der Stem-Trigheltsplattfora folgt.
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Da· Ausgangsfehlerslgnal de· Kurskreisels wird sodann Ober den Schaltungeweg 87 geleitet« bis ee in der SussdLereinrichtung 89 su der Abtrlftwinkellnfonsatlon auf der Auegangs leitung 83 addiert wird. Der Ausgang der Stnemlerelnrlehtung 89» welcher den Oesantkurawinkel swisoben dea Oesehwlndlgkeitsvektor V0^ und der ungefihren wahren Nordrichtung Nf entspricht.
wird sodann In die Drehung einer Welle 91 Ober den Servomechanism» 92 fflr die Umwandlung des Bodenkursgesehwlndlgkeltsslgnals VQT auf der Leitung 82 umgewandelt.
In Abhängigkeit von der Drehung der Helle 91 «erlegt der Koordinatenwandler 93 den Bodenkursgeeohvlndigkeltseingang VQT In eine Hordkoeponente Vg* und eine Oetkoaponente Vg*. Wie aus Figur 2 ersiehtlieh, enthalten diese Komponenten Oowandlungsfehler, welche eine Funktion der Ausrichtung des Kurskreisels oder des Abtriftfehlere Δ ^ sind und daher nicht direkt alt den fiber die Leiter 61 bsw. 65 unabhängig erhaltenen Trlgheltskoaponenten Yn bsw. Vg1 verglichen werden können.
Statt dessen werden Vn' und V1* Ober Leitungen 95 bsw.96 su eines swelten Koordinatenwandler 97 geleitet, In welche*
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eine Koordinatendrehung um den wahren Kurswinkel bewirkt wird, der von der Trägheiteplattform erhalten und Ober die Servoanordnung 4l und die Drehung der Welle 42 weitergeleitet wird. Wie aus Figur 2 ereichtlieh, wird durch diese Unwandlung eine Querkurs-Oeschwlndlgkeltskoaponente ) und eine Kursgeschwlndlgkeitskonponent· (V^') von bezüglich der Beeugs&uhee des Kurskreisel· erseugt*
Gleichzeitig werden die durch die Trigheitaanlnge ereirugten Geschwindigkeiten VNI und V£I Ober Leitungen 98 und 99 auf einen dritten Wandler 101 gegeben, weIcherals Wlnkelei?*- gang ebenfalls die wahre Kursinformatlon an der sieh drehen den Welle 42 erhfllt. Infolgedessen werden die Koordinaten der TrSgheitsgeschwindlgkeiten In Kurskonponenten (V^) und Querkurskonponenten (VCH) besflgllch der Betugsachse der Stern-TrHgheitsplattfona gedroht.
Di· Querkurs-Oesehwindlgkeitskonponent· V^» aus den Wandler 101 wird sodann Ober die Leitung 102 su einer algebraischen Sunmlervorrichtung 105 gegeben, wo si· von der Querkurs-Geschwindlgkeltskonponente VCT* subtrahiert wird, die vom Wandler 97 über dl· Leitung 103 »rhalten wird.
Aus Figur 2 ist ersichtlich, daA der Winkelfi sehr klein 1st. Daher kann angenommen werden, daA da· in Leiter 106
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auftretende Differensslgnal dem Querkurs-Oesohwlndigkeitsfehler «wischen dem Kurskreisel und der Stern-Trägheit·- plattform entspricht und im wesentlichen gleich
*0*
1st. Mit anderen Worten, das letitgenannte Fehlersignal 1st eine Funktion des Ausrlohtfehler· des Kurskreisels besflglleh der Stern-Trtgheltsplattform. Da darüber hinaus die letEtere stets auf die wahre Nordrichtung ausgerichtet 1st, kann das Signal in der Leitung 106 sue Drehmoaentelngang des Kurskreisels rückgekoppelt werden, um die Abgriff achse dieses Kreisels in Prlsesslon tu versetzen, bis sie ebenfalls auf die wahre Nordrichtung ausgerichtet ist. In Abhängigkeit davon 1st der Ausriehtfehler des Kurskreisel« ausganges Null und die darin enthaltene Information gibt lediglich den wahren Kurswinkel und den Entorientierungswlnkel ΔΗ wieder. Infolgedessen entspricht die in den Wandler 93 durch Drehung der Welle 91 gegebene Winkelinformation nunmehr dem Kurswinkel
Wahr D
und daher entsprechen die an den Leitern 64 bsw. 65 auftretenden Ausgänge den genau längs der wahren Nordrichtung bsw. wahren Ostriohtung serlegten Dopplergeschwlndigkeltekomponenten V^ und Vg^. Diese Komponenten kOnnen sodann
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für einen direkten Vergleich mit V^ bsw. Vg1 but Trägheitsanlage rückgekoppelt werden, wie oben erläutert .
Allgemein 1st der Kurskreisel 85 in einer geschlossenen Schleife enthalten, welche den Summierpunkt 89, die drei Wandler 93, 97 und 101 und den Summierpunkt 105 enthält. Solange daher kein Fehlersignal auf der Leitung 106 vorhanden ist, bleibt die Schleife im Gleichgewicht. Wenn jedoch innerhalb der Schleife eine Störung auftritt, so wird das Fehlersignal VQT ·ΔΫ ereeugt und sucht die Schleife in das Gleichgewicht surückzubrIngen. Anfänglich tritt diese Störung in Form des ursprünglichen Nordausrichtungsfehlers des Kurskreisels auf, wenn der Kreisel annähernd auf die wahre Nordrichtung ausgerichtet ist. Sodann, wenn die Anlage im stationären Zustand arbeitet, beruhen alle Störungen, welche in der Schleife auftreten, lediglich auf der willkürlichen Auswanderung des Kurskreisels, In jedem Fall ist das dynamische Ansprechen der geschlossenen Schleife so, daß diese Störungen sofort ausgeschaltet werden und die Schleife ins Gleichgewicht zurückgebracht wird. Die Dämpfungseinstelleinrichtung, welche schematisch durch den Block 107 dargestellt 1st, ist vorgesehen, um die richtige Dämpfung und Stabilität des Ansprechens der Schleife zu gewährleisten.
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Venn man die Arbeitswelse der beschriebenen Vorrichtung zusammenfaßt, kann es eine Hilfe sein» sich nochmals kurz auf Figur 2 tu beziehen.
Bs sei angenommen, dafi sich das Fahrzeug seit kurser Zelt In der Luft befindet und die Anlage für den normalen Betrieb eingeschaltet worden 1st. Da der Riohtungskreisel ursprünglich direkt auf der Dopplerantenne angebracht und nur annlhernd auf die wahre Nordrichtung ausgerichtet war, geben seine Lagefehler-Auegangsdaten unmittelbar die algebraische Summe des wahren Kurses Ry8I1x, des Fahrzeugs (gemessen durch die Stern-Trtghoitsplattform), des Orientierung*· fehlere Δ H und seines eigenen Nordausriehtungsfehlere wieder.
Bin Fehlersignal proportional sum Querkure-Gesehwlndlgkeits-
fehler V«- »ΔΫ zwlsehen dem Kreisel und der Trlgheltsplatt-
wlrd sodann
form/roe Kreiselausgang abgenommen. Indem nun dieses Signal in den Drehmomenterzeuger des Kreisels zur Erzeugung einer entsprechenden Frisesslon von dessen Abgrlffsaohse rückgekoppelt wird, wird die Kreiseldrehachse auf die Besugsachse der Stern-Tragheltsplattform su gedreht, bis beide Achsen miteinander in Fluent sind. In diesem Seitpunkt 1st der Wordausriehtungs-Fehleranteil Im Krelselausgang gelöscht, der Fehlereingang aus dem Drehmomenterzeuger des Kreisels 1st su Mull gemacht und der Kreisel ist auf die wahre Mord-
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richtung avsgerlchtet. Darüber hinaus enthält der Ausgang des Kurskreisels nuneebr lediglich ein MaA für den wahren Kurswinkel susitslleh des Orientierungsfehlers AR und kann daher für eine korrekte Zerlegung der von der Doppleranlage erhaltenen Bodenkurs-Qesehwlndlgkeltslnformatlon In wahre Kord- und wahre Ostkomponenten verwendet werden· SohlleAlloh wird trots der verhXltnissdUlg groben Genauigkeit des Kurskreisels dessin Drehachse dynamisch in die wahre Vordrlohtung nachgerührt, welche durch die Stero-Trigheitsplattform beetlent wird, da jede Auswanderung des Kreisels, welohe diese Ausrichtung su unterbrechen sucht, eine Pehlerkomponenta in Ausgang des letetereη erseu&t* welehe die Ausrichtung wiederheraustellen sucht.
Es wird daher beaerkt, daA, wenn aloh die Kurskreiselsohlelfe lsi Oleichgewlebt befindet, die Kreis&ldrebaehse Im Raum parallel sm Besugsaehse der Stern-Trlgheltsplattfom ausgerichtet 1st und in dieser Lage verbleibt, obwohl die Besugsaehse der Antenne sich besfiglieh dlstr gleichen Aehse in sehneil und sufAllig sehwankender Welse dauernd entorientiert. Da welter der Kurskreisel besflglleh der Antennenbesugsaehse rlumlioh festliegt und dieser dleht benachbart iat, so MiAt die KreiselaeAaehse die Störungen der letzteren dynaadseh und verfolgt dieselben. "Xntapreehend erseugt die Abtastvorrichtung des Kreisels
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•in· brauchbare Auagangisp&rmung, welche stlndlg dl· augenbllokllohe Größe und Richtung de· Orientlerungafehler· Δ Β sowie «in außerordentlich genau·· MaA für den augenblicklichen Kur· HWahr de· Fahrseuga wiedergibt.
Au· de» Vorangehenden geht hervor, daß die Erfindung eine geeignete und befriedigende Einrichtung tür liehung einer Trägheits-Doppleranlag· durch Berechnen und Ausgleichen de· Orientierung·fehlere schafft, weicherauf Verbiegungen und Verserrungen des Trlgerfahrseugs "im Flug" beruht· Durch Verwendung eines bekannten Kurskreisel·, welcher auf oder nahe der Dopplerantenne angebracht 1st, in Verbindung Mit Üblichen Koordinatenwandlern, SerYOBechanlsmn und dergleichen, wie oben beschrieben, wurden die Gesaatkosten der Anlage außerordentlich niedrig gehalten, ohne dal dl· Genauigkeit der Qesaatanlage aufgeopfert wurde. Die Erfindung wurde swar Insbesondere in Verbindung alt einer Doppler-Trlgheitaanlage «it einen Sternverfolgungsgerit «uv Brsielung von genauen Kursausgingen besehrieben. Dies ist Jedoch lediglich eine bevorsugte AusfOhrungsfom der Erfindung. Offensichtlich kann der Brfindungsgedanke auoh auf Jede Doppler-Trägheltsanlage angewendet werden, bei der eine räuuliche Trennung swlschen der Trtgheitsplattfora und der Dopplerantenne su Orientierungsfehlern der erläuterten Art führt. Beispielsweise kann dl· in der Patentanmeldung G- ?fH*$+fl9V Angelder in
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beschriebenen Kurebetugarorrlchtung an die Stelle dea hler beaehrlebenen Sternverfolgungagerltea geaetst werden, ohne daft der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlaaaen wird.
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Claims (11)

Patentansprüche
1. Vorrichtung sur Navigation von Fahrzeugen alt einer Trägheltaelnrlchtung sur Erzeugung von Signalen« welche die Bodengeechvindlgkeitskonponenten (ground speed velocity components) des Fahrzeuge längs einer ernten vorbestimmten Bezugsrichtung und llnga einer «weiten, darauf senkrecht stehenden Richtung angeben, wobei die Trägheitseinrlehtung eine Blnrlohtung sur Erzeugung eines Signale aufweist, weIoheβ den augenblicklichen Kurt des Fahrzeuge In bezug auf die erste vorbeitlaste Bezugarlchtung darstellt, und mit einer getrennten Dopplerradarelnrlcbtung sur unabhängigen Erzeugung von Signalen, welche die Bodenkursgeschwindigkeit (ground track velocity) und den Abtriftwinkel (drift angle) dea Fahrzeuge angeben, gekennzeichnet durch einen Koordinatenwandler (93, 97j 101), welcher auf das von der Trfgheltselnrlchtiuig erzeugte Kurselgnal und auf das von der Doppleranlage erzeugte Abtriftwinkelsignal (4n) anspricht und das von der Doppleranlage erseugte Bodenkurageschwlndlgkelteslgnal (VQT) so umandelt, da* die Doppler-Oesohwlndlgkeltskoaponenten längs der ersten vorbestimmten Richtung (N) bsw. längs der darauf senk-
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recht stehenden zweiten Richtung (E) erzielt werden, durch einen Komparator (661 67), welcher auf die Doppler-Qeschwlndigkeitekomponenten und die erstgenannten, von der Trögheitseinrichtung (10, 3Ό unabhängig erzeugten Bodengeschwindlgkeltskomponenten anspricht und Fehlersignale erzeugt, die der Different zwischen diesen Komponenten entsprechen, eine Einrichtung (50, 53 usw.) sur Rückkopplung dieser Jeweiligen Fehlereignale auf die Trägheitsanlage zur Verwendung Inderselben, eine Einrichtung . M (105) zur automatischen Berechnung Jedes in die von der Doppleranlage erzeugten Qeschwindlgkeltskomponenten durch Unregelmäßigkeiten in der Ausrichtung zwischen der Fahrzeuglängsachse an der Dopplerradaranlage (81) bzw. der Trägheitseinrichtung eingeführten Fehlers sowie durch eine Einrichtung (85), welche auf die letztgenannte Einrichtung anspricht und ständig die genannten Unregelmäßigkeiten in der Ausrichtung ausgleicht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichseinrichtung fOr die Unregelmäßigkeiten In der Ausrichtung einen Kreisel (85) mit einer nachgeführten Bezugsachse, welcher räumlich genügend nahe an der Dopplerradaranlage (81) angeordnet 1st, so daß er ständig ein Fehlersignal entsprechend der Summe des Winkels zwischen der Längsachse des Fahrzeugs
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an der Trlghelteanlage und der ersten vorbestimmten Bezugsrichtung und des Winkels zwischen der Längsachse des Fahrzeuge an der Dopplerradaranlage und der Trägheit eanlage erzeugt, aowle eine Einrichtung zur Haltung der nachgeführten Bezug·achse des Kreisels In genauer Ausrichtung mit der ersten vorbestimmten Bezugsrichtung aufweist.
3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisel (85) aus einem einachsigen Kurskreisel besteht, dessen Meßachse parallel zu einer Örtlichen Vertikalen ausgerichtet ist, welche durch den Kreisel und den Erdmittelpunkt verläuft.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägheitsanlage eine kreiselstabilisierte Plattform (28) einschließlich eines Sternverfolgungsgeräts (3$) zur Aufrechterhaltung der Azimutlage der Plattform in genauer Ausrichtung mit der ersten vorbestimmten Besugsriohtung (N) aufweist.
5· Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprache, dadurch gekennzeichnet, daß die erste vorbeetlmmte Bezugsrichtung und die swelte Richtung die wahr· Kord-
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richtung be«, dl· wahr« Ostrichtung sind und da* dl« Trlgheitsanlage und die Dopplerradaranlage innerhalb des Fahrzeug« in Entfernung voneinander angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch eine auf den Kreisel und die Dopplerradar-Meieinrichtung ansprechende Einrichtung zur Erseugung ron Geschwindigkeitssignalen, welche in ungefähre wahre Nord- und wahre Ostkomponenten serlegt sind, wobei diese letztgenannte Einrichtung eine Suaamiereinrichtung (89) «um Addieren eines Ausgangssignals des Kreisels zu den von der Doppleranlage erzeugten Abtriftwinkelsignal zur Erzielung eines Gesamtkurswinkelsignala aufweist, wobei das Gesamtkurswinkelsignal auf den Xoordinatenwandler (93, 97) zusannen mit den von der Doppleranlage erzeugten Bodenkursgeschwindigkeit ssignal gegeben wird, um das letztgenannte Signal einer Koordinatendrehung um den gesamten Kurswinkel zu unterziehen und· wahre Nord- bzw. wahre Ostkomponenten zu erzeugen, wenn das Ausgangssignal dea Kreisels durch das Fehlersignal vollständig korrigiert ist.
7* Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daft der Koordinatenwandler einen ersten Wandler (97), welcher auf das annähernde wahre Ostkomponenten-Qesehwindigkeitssignal und auf das von der Trägheitsanlage erzeugte Kurs-
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signal cur Erseugung eine· ersten Querkurs-Oesehwlndlgkeitssignals (V9Qf) besügllch des Kreisele anspricht, und einen «weiten Wandler (101)aufweist, welcher auf das Ton der Trägheittanlage erseugte wahre Oetkomponenten-Oesebwindlgkeitssignal und das von der TTigheltsanlage erseugte Kurssignal sur Erseugung eines «weiten Querkura-Oasohwindigkeltseignals besflglioh der Trlgheitsanlage anspricht» wobei das erste und sweite Querkurs-Oesohwlndlgkeitsslgnal in einer Summlerelnrlohtung algebraisoh addiert werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennseiehnet, da£ das Ausgangssignal des Kreisels der augenblicklichen Winke!verschiebung swisohen der Dopplerradaranlage und der genauen wahren Nordrichtung entspricht, wenn die Fehlersignale das Ausgangsslgnal des Kreisels vollständig korrigieren.
9. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge* · kenneelchnet, da* die Trlgheitsanlage eine Plattform (28)( Kreisel (31, 33) sur Stabilisierung dieser Plattform bezüglich einem rechtwinkligen drelaohslgen Besugssystem, dessen eine Achse stets parallel su einer örtlichen Vertikalen bleibt, welohe durch die Plattform und den Erdmittelpunkt verläuft, einen Beschleunigungsmesser (3*), welcher auf der
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Plattform befestigt und sur Messung von Beschleunigungen des Pabrseugs längs Richtungen geeignet ist, die durch swei von der genannten Achse verschiedene Achsen de« rechtwinkligen Achsensjrstems definiert werden, und Integrator« inr ich tungen (IH1 52) aufweist, welche auf den Beschleunigungsmesser ansprechen und Signale erzeugen, die den Pahrseuggesehwlndigkeltskoaponenten lings den durch die swei genannten senkrechten Achsen bestimmten Richtungen entsprechen, wobei die Geschwindigkeit·- komponenten sur kontinuierlichen Korrektur des Kreisels auf diesen rückgekoppelt werden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennseichnet, daß die Einrichtung sur Erzeugung eines dem augenblicklichen Kurs des Fahrseugs entsprechenden Signals drehbar auf der Plattform angeordnet ist, wobei die •Kurssignale auf den Kreisel tür Stabilisierung der Plattform sur zusätzlichen Korrektur desselben rflckgekoppelt werden.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Rflekkopplungsschaltung, auf welche die wahren Nord- und wahren Ost-Fehlersignale sur susfttsllehen Korrektur der Einstellung der Plattform gegeben werden.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3626414A (en) * 1968-11-29 1971-12-07 North American Rockwell Doppler processing apparatus and method
US4070674A (en) * 1973-10-17 1978-01-24 The Singer Company Doppler heading attitude reference system
CA1125419A (en) * 1976-08-02 1982-06-08 George W. Ogar Method of correcting doppler navigator
US4262861A (en) * 1978-10-16 1981-04-21 The Singer Company Inertially decoupled strapdown system
US4347573A (en) * 1978-10-30 1982-08-31 The Singer Company Land-vehicle navigation system
US4470199A (en) * 1983-02-24 1984-09-11 The Boeing Company Method and apparatus for aligning aircraft instruments bearing platforms
US4675822A (en) * 1985-10-31 1987-06-23 The Singer Company Doppler-inertial data loop for navigation system
JP5625293B2 (ja) * 2009-09-14 2014-11-19 ソニー株式会社 速度算出装置、速度算出方法及びナビゲーション装置
CN103697910B (zh) * 2013-12-14 2016-06-01 浙江大学 自主水下航行器多普勒计程仪安装误差的校正方法
US9818305B2 (en) * 2015-09-18 2017-11-14 The Boeing Company Method and apparatus for monitoring compliance with a non-transgression zone between aircraft approach corridors
CN113050128A (zh) * 2019-12-26 2021-06-29 中国农业机械化科学研究院 一种卫星定位***精度的测量方法及装置
CN113776558B (zh) * 2021-08-16 2023-09-12 北京自动化控制设备研究所 一种带转位机构的惯导***转台零位标定方法
CN113739806B (zh) * 2021-09-07 2023-09-19 中国人民解放军海军工程大学 利用参数识别的惯导***阻尼方法
CN113819902B (zh) * 2021-09-13 2023-08-29 武汉理工大学 基于单轴陀螺的行进轨迹线的三维测量方法及应用
CN115031724A (zh) * 2022-03-21 2022-09-09 哈尔滨工程大学 Sins/dvl紧组合***dvl波束故障处理方法
CN116295389B (zh) * 2023-05-23 2023-08-04 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 一种捷联罗经***状态平稳切换方法、装置、设备和介质
CN116465384B (zh) * 2023-06-20 2023-08-18 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 一种基于模态反转的半球谐振陀螺漂移误差补偿方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2914763A (en) * 1953-11-05 1959-11-24 Gen Precision Lab Inc Doppler-inertial navigation data system
US2908902A (en) * 1954-02-17 1959-10-13 Gen Precision Lab Inc World-wide navigational system
US3140482A (en) * 1954-06-07 1964-07-07 North American Aviation Inc System providing error rate damping of an autonavigator
US3028592A (en) * 1957-06-27 1962-04-03 Gen Precision Inc Doppler inertial navigation data system
US3131390A (en) * 1959-07-31 1964-04-28 Ryan Aeronautical Co Doppler-inertial ground velocity indicator
US3167763A (en) * 1960-05-05 1965-01-26 Lear Siegler Inc Vertical sensor

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Publication number Publication date
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US3414899A (en) 1968-12-03
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FR1568612A (de) 1969-05-23
DE1756619B2 (de) 1974-11-21
GB1219862A (en) 1971-01-20

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