DE1773600C3 - Doppler-Trägheits-Navigationsanlage - Google Patents

Description

2. Navigationsanlage nach Anspruch 1, da- sen verschwenkbar gelagert, und es sind die zur Stadurch gekennzeichnet, daß die Doppler-Radar- bilisierung der Plattform um alle drei Achsen erfor-Vorrichtung eine mit der Plattform (12) verbun- derlichen Rückstelleinrichtungen vorgesehen. Gedene Antenne (10) umfaßt und die Plattform (12) trennt von diesem Trägheitssystem umfaßt die beum die Längs- und die Querachse des Flugzeugs 30 kannte Navigationseir.richtung eine Radarantenne, drehbar kardanisch gelagert ist. die an sich wiederum in ihrer Richtung stabilisiert

3. Navigationsanlage nach Anspruch 1 oder 2, sein muß, um die Bewegungen des Flugzeugs um dadurch gekennzeichnet, daß das Kreiselgerät seine Roll- und Nickachsen zu eliminieren.

(40) aus zwei Kreiseln besteht, deren Meßachsen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bei

jeweils in der Azimut- bzw. der Ostachse ausge- 35 der bekannten kombinierten Doppler-Trägheits-Na-

richtet sind. vigationsanlage erforderlichen Gesamtaufwand für

4. Navigationsanlage nach einem der vorher- die Stabilisierung der Antenne und der Trägheitsgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, plattform zu verringern und damit die Kosten, das daß das Beschleunigungsmeßgerät (42) aus zwei Gewicht und den Platzbedarf der gesrmten Anlage Beschleunigungsmessern besteht, deren Meßrich- 40 zu senken, ohne Genauigkeit zu opfern.

tungen in die Nord- bzw. Ostrichtung weisen. Diese Aufgabe wird mit einer Doppler-Träg-

5. Navigationsanlage nach einem der vorherge- heits-Navigationsanlage gemäß dem Anspruch 1 gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß löst Dadurch, daß der die Trägheitselemente trader Tisch (14) durch Servomotoren (28, 38), die gcnde Tisch direkt auf der horizontalstabilisierten durch vom Kreiselgerät (40) angesteuerte Ver- 45 Plattform der Radarantenne angeordnet ist, wird eine stärker (43, 45) gespeist werden, um die Azimut- Schwenkachse für den Tisch mit den dazugehörigen bzw. die Ostachse drehbar ist. Rückstell- und Stabilisierungseinrichtungen einge-

6. Navigationsanlage nach einem der vorherge- spart.

henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Die Erfindung wird in der nachstehenden BeVorrichtungen zur kontinuierlichen Zuführung 50 Schreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels von Coriolis-, Erddrehgeschwindigkeits- und an Hand der Zeichnung nähsr erläutert.
Erdkrümmungs-Korrektursignalen vorgesehen Tn der Zeichnung ist eine Doppler-Trägheits-Navi-

sind. gationsanlage dargestellt, deren Doppler-Radaran-

tenne 10 an einer horizontalstabilisierten Plattform

55 12 befestigt ist Ein Bezugstisch 14 für die Trägheitselemente der Anlage ist über eine Zweirahmenanord- ei nach dem Dopplerprinzip arbeitenden Radar- nung auf der Antennenplattform 12 montiert. Die lagen sind bekanntlich die momentanen Meßwerte Anlage einschließlich der auf dem Trägheits-Bezugs- ;gen der von der Erdoberfläche reflektierten stark tisch 14 befestigten TrägheitstLinente bewirkt, daß liwankenden Signale ungenau, ergeben aber bei 60 der Tisch 14 dauernd im Azimut kreiselkompaßgeittelung über eine Zeitspanne von beispielsweise steuert wird, so daß er nach Norden ausgerichtet shreren Minuten sehr genaue Werte hinsichtlich bleibt, während die Antennenplattform 12 mit der r Absolutgeschwindigkeit und des Abtriftwinkels Längsachse des Flugzeugs ausgerichtet bleibt. Ein s Flugzeugs. Die Genauigkeit von Doppler-Radar- Aufnahmewandler 16 mißt dauernd den Winkel zwiiiagen verschlechtert sich im Lauf der Zeit nicht. 65 s^hen der Plattform 12 und dem Tisch 14. Das erhal-Demgegenüber lassen sich bekanntlich mit kreisel- tene Signal ist ein genaues Maß für den Kurs des ibilisierten Trägheitssystemen sehr genaue Momen- Flugzeugs in bezug auf die Nordrichtung. Die Anlage nwerte der Beschleunigung und, durch Integration, ergibt zwar auch vollständige Geschwindigkeitsdaten

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(wie weiter unten näher erläutert wird), das von der zerstört nicht die durch die Navigationsdatenanlage

Vorrichtung 16 erzeugte genaue Kurssignal wird je- erzielbare Genauigkeit, und die Anlage ist zur

doch als eine der entscheidendsten und wichtigsten Durchführung einer genauen »Luft«-Kreistlkompaß-

Leistungen der Anlage betrachtet. steuerung trotz der hier beschriebenen Vereinfa-

Die Antennenplattform 12 wird in einer horizontal 5 chung der Anlage geeignet,

stabilisierten Lage mittels vertikaler Bezugssignale Die am Bezugstisch 14 befestigten und von diesem gehalten, welche von einem Ausrichtungsdetektor 18 getragenen Trägheitsfühler weisen einen zweiaxialen bekannter Bauweise trhalten werden. Diese Ausrich- Kreisel 40 mit zwei Freiheitsgraden und einen zweitungssigr.ale werden über Verbindungen 20 und 22 achsigen Beschleunigungsmesser 42 auf. Der Kreisel auf Ausricht-Servomotoren 24 und 26 gegeben. Ein io 40 spricht auf Drehverlagerungen um eine vertikale Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht jedoch Achse (nachfolgend manchmal auch als Azimutdarin, daß die Antennenplattform in der Ausricht- oder »Z«-Achse bezeichnet) und auf Drehverlagelage nicht mit extremer Genauigkeit stabilisiert wer- rangen um eine Ostachse an, wie symbolisch durch den muß, und es sind daher vertikale Bezugssignale die Vektoren bei 44 angedeutet. Der Beschleunivon einer anderen, von der Plattform 12 entfernten 15 gungsmesser 42 spricht auf Beschleunigungen längs Quelle für diesen Ausrichtvorgang ausreichend. der Ostachse an, wie symbolisch durch die Vektoren

Die Servomotoren 24 und 26 stellen Teile einer bei 46 dargestellt ist. Es wird bemerkt, daß zwei

Zweirahmen-Lagerung für die Plattform 12 dar, Kreisel mit jeweils einem Freiheitsgrad an die Steile

welche einen Schwenkrahmen 27 aufweist. Die WeI- des einen Kreisels 40 mit zwei Freiheitsgraden und

len der Motoren 24 und 26 verlaufen jeweils parallel 20 zwei einaxiale Beschleunigungsmesser an die Stelle

zur Quer- bzw. Längsachse des Flugzeugs. Für prak- des Beschleunigungsmessers 42 gesetzt werden kön-

lische Zwecke kann angenommen «.erden, daß sie nen.

mit der Quer- und Längsachse des Flugzeugs zusam- Der Beschleunigungsmesser 42 gibt Signale an

menfallen. Ausgangsklemmen für Nordbeschleunigungen und

Die Lagerung des Bezugstisches 14 auf der Anten- 25 Ostbeschleunigungen ab, welche in der Figur jeweils

i'.enplattform 12 weist einen Azimuteinstellmotor 28 mit N und E bezeichnet sind. Die Verwendung dieser

sowie die Aufnahmevorrichtung 16 auf, deren Stato- Beschleunigungsmessersignale in der Anlage wird

ren aneinander befestigt und auf der Antennenplatt- weiter unten näher beschrieben. In gleicher Weise er-

(orrn 12 angebracht sind. Die Rotoren dieser EIe- zeugt der Kreisel 40 Abtait-Ausgangssignale für

mente sind miteinander an einer Welle befestigt, 30 Drehverlagerungsfehler um die Azimutachse und um

welche einen Schwenkrahmen 30 trägt. Zur Erzie- die Ostachse, wobei die Ausgänge jeweils mit PZ und

lung zusätzlicher Stabilität weist der Schwenkrahmen PE bezeichnet sind. Drehmoment-Eingangssignale

3* auch an seinem oberen Ende eine Schwenkverbin- werden auf den Kreisel 4β für Drehungen um die

dung auf, welche in bezug auf die Antennenplattform Azimutachse und die Ostachse an den jeweiligen

12 festgelegt ist. Diese Schwenkverbindung am obe- 35 Eingangsklemmen ZT und ET gegeben. Das Azi-

ren Ende und der obere Teil des Schwenkrahmens 30 mut-Ausgangssignal wird über einen Verstärker 43

sind jedoch zur Klarheit in der Figur weggelassen. zur Steuerung auf den Azimutsiellmotor 28 für den

Der Motor 28 dreht normalerweise den Schwenkrah- Tisch gegeben. Das Kreiselausgangssignal für die

men 30 in Azimutrichtung, so daß die Anordnung Ostachse wird über einen Verstärker 45 zur Steue-

des Schwenkrahmens 30 in einer allgemein auf der 40 rung auf den Ostachsen-Stellmotor 38 für den Tisch

Nordrichtung senkrecht stehenden Ebene aufrechter- gegeben,

halten wird. Der Doppler-Radarteil der An'age ist schematisch

Auf dem Schwenkrahmen 3· sind koaxiale Wellen durch den Block 48 dargestellt, welcher durch die

32 und 34 schwenkbar gelagert, welche direkt den Leitung 5· mit der Antenne 10 verbunden ist. Diese

Bezugstisch 14 unterstützen. Die Welle 32 kann die 45 Radaranordnung kann den Radaranordnungen ent-

Rotorwelle einer Synchron-Abtastvorrichtung 36 sprechen, welche in bekannten Anlagen verwendet

sein, deren Stator starr mit dem Schwenkrahmen 30 worden sind. Es können beispielsweise drei oder

verbunden ist. Dip. Welle 34 ist die Rotorwelle eines mehr Radarstrahlen verwendet werden, wobei zwei

Motors 38, dessen Stator starr mit dem Schwenkrah- Strahlen auf jeder Seite des Flugzeugs nach vorn und

men 30 verbunden ist. Die beiderseitige Achse der 50 unten und einer oder zwei Strahlen auf einer oder

Wellen 32 und 34 wird allgemein in einer Ost-West- beiden Seiten des Flugzeugs nach unten und rück-

ausrichtung gehalten (welche nachfolgend einfach als wärts gerichtet werden. Ein Vergleich der Frequen-

Ostachse bezeichnet wird), und der Motor 38 wird zen der ausgesandten Signale und der von der Erde

gewöhnlich erregt, wie es erforderlich ist, die Welle reflektierten Echosignale für die verschiedenen

34 und den Bezugstisch 14 so zu drehen, daß der 55 Strahlen ergibt eine genaue Angabe der Flugzeugge-

Tisch 14 in bezug auf die Ostachse horizontal gehal- schwindipkeit und -richtung, insbesondere, wenn

ten wird, auch wenn die Antennenplattform 12 nicht über eine Zeitspanne gemittelt wird, um Unregelmä-

genau horizontal gehalten wird. ßigkeiten in der Erdoberfläche auszugleichen. Bezüg-

Da kein dritter Rahmen für den Bezugstisch 14 lieh einer vollständigeren Beschreibung der Radaran-

vorgesehen ist, ist keine endgültige Korrektur der 60 lage, welche für die Verwendung bei der vorliegen-

Ausrichtung des Bezugstisches 14 bei Abweichungen den Erfindung ausreicht, wird auf die bereits obenge-

um die Nordachse verfügbar. Erfindungsgemeß wird nannte LTCA-Patentschrift 3 028 592 hingewiesen,

das Erfordernis von körperlichen Korrekturen um Die Doppler-Radcranordnung 48 erzeugt Ausgangs-

die Nordachse vermieden, indem die Größe des signale, welche eine genaue Anzeige der Geschwin-

Nordachsen-Ausrtchtfehlers abgetastet und elektri- «5 digkeit V_h des Flugzeugs längs der Kursrichtung des-

sche Korrekturen für diesen Fehler eingegeben wer- selben (d. h. längs der Längsachse des Flugzeugs)

den, statt daß dit Lage des Bezugstisches 14 körper- und der Geschwindigkeit V_ch darstellen, welche die

lieh korrigiert wird. Diese Vereinfachung der Anlage Komponente der Flugzeuggeschwindigkeit quer zur

Kursrichtung angibt (d. h. parallel zu einer Richtung Solange der Tisch 14 und der Kreisel 40 mit der

längs der Querachse des Flugzeugs). Die Radaran- Kreiselachse 56 in der wahren Nordrichlung ausge-

lage liefert auch andere wichtige Informationen, wie richtet sind, ist die Ostachse in der wahren Ostrich-

die vertikale Geschwindigkeit des Flugzeugs, was für tung ausgerichtet, und die Ost-Eingangsachse ist da-

die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht 5 her für Ost-Geschwindigkeitskomponenten unemp-

unbcdingt wichtig ist und was daher hier nicht weiter findlich. Daher genügt der reguläre Nord-Geschwin-

behandelt wird. digkeitsausgleich durch die Schaltung 76, um den

Die Kurs- und Querkurssignale aus der Doppler- Tisch 14 um die Ostachse ausgerichtet zu halten, Radaranordnung 48 werden auf einen Koordinaten- ohne daß eine Korrektur auf Grund von Ost-Gewandler 52 gegeben, welcher die Kurs- und Quer- 10 schwindigkeitskomponenten infolge der Erddrehung kurs-Geschwindigkeitsinformation in Nord- und Ost- oder einer Ost-Geschwindigkeitskomponente des geschwindigkeitsinformation V_in und V_de (Dopp- Farhzeugs bezüglich der Erdoberfläche erforderlich ist. ler-Nord- und Doppler-Ost-Geschwindigkeiten) um- Wenn jedoch der Tisch 14 nicht genau auf die wandelt, wie an den Anschlüssen 53 und 51 angege- nach Norden weisende Achse 56 ausgerichtet ist, so ben. Zu diesem Zweck muß der Koordinatenwandlcr 15 gerät die Ostachse ebenfalls aus ihrer Ausrichtung, 52 außerdem ein genaues Kurssignal// aus dem mit dem Ergebnis, daß wahre Ostgeschwindigkeiten Kurs-Synchro 16 erhalten, welches bei 54 angegeben so erscheinen, als hätten sie eine Nord-Südkompoist. Es wird daran erinnert, daß dieses Kurssignal nente, welche auf die mißweisende Ost-Eingangseine Anzeige für den Winkel zwischen dem Flug- achse des Kreisels 40 gegeben wird. Daraus ergibt zeugkurs und der wahren Nordrichtung ergibt. Die io sich eine anscheinende Nord-Geschwindigkeilskom Funktion des Koordinatenwandlers 52 kann durch ponente infolge der ostwärts verlaufenden Drehung eine Digital-Rechcnanlage durchgeführt werden, und der Erde. Keine dieser »scheinbaren« Nord-Gedie Digital-Rechenanlage kann auch für andere schwindigkeitskomponenten wird durch die regulären Zwecke im Flugzeug verwendet werden. Die Dopp- Nord-Gcschwindigkeits-Ausgleichssignale der Schaller-Radaranlage wird nachfolgend manchmal so be- »5 tung 76 ausgeglichen. Daraus ergibt sich, daß der schrieben, daß sie den Koordinatenwandler 52 um- Tisch 14 nicht mehr genau in eine horizontale Lage faßt. um die Ostachse durch die über den Anschluß 64 aut

Das Verfahren zur Bestimmung der Kompaßrich- die £7'-Klemme des Kreisels 40 gegebenen Drehmotungen durch Kreiselkompaßsteuerung besteht mentsignale stabilisiert ist. Daher bewirkt die Fortgrundsätzlich darin, daß die Drehung der Erde um 30 dauer eines Fehlers in der Azimutausrichtung des Tiihre Nord-Südachse abgetastet und dadurch die sches 14 eine Fehleraufhäufung in der Ausrichtung Nord- (oder Süd-)Richtung bestimmt wird. Die des Tisches 14 um die Ostachse. Die Abweichung Kreiselkompaßsteuerung wird am einfachsten von des Tisches von der horizontalen Lage um die Osteiner Stelle aus durchgeführt, welche bezüglich der achse ergibt ein Schwerkraftsignal auf der Nordachse Erde festliegt. Es kann jedoch auch eine genaue 35 des Beschleunigungsmessers 42.
»Lnft«-Kreiselkompaßsteuerung mit der erfindungs- Das Nordachsensignal am Beschleunigungsmesser gemäßen Vorrichtung erzielt werden. erscheint an der N-Klemme des Beschleunigungsmes-

Der Kreisel 40 ist. mit seiner Drehachse 56 gegen sers und wird über die Verbindung 72 auf eine Ad-Norden gerichtet, nachdem die Anlage ins Gleichge- dierschaltung 74 innerhalb der Kreiselkompaßsteuerwicht gekommen ist. Da ein Kreisel seine Lage im *o schaltung 76 gegeben. Das Nordachsensignul des Raum stabil beibehält, muß der Kreisel, um die Beschleunigungsmessers besteht aus einer Kombina-Drehachse 56 des Kreisels 40 in ihrer Nordrichtung tion eines Beschleunigungssignals infolge irgendeiner zu halten, durch ein Eingangssignal auf die Azimut- Beschleunigung in der Nordrichtung mit dem Nordachse mit einem Drehmoment versehen werden, so achsen-Schwerkraftsignal infolge irgendeiner Kipdaß die dauernde Drehung der Erde und jede Ost- 45 pung des Tisches 14 um die Ostachse. Das von de: komponente der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgegli- Addierschaltung 74 empfangene Beschleunigungschen wird, welche beide erfordern, daß die Dreh- messersignal wird auf eine Integrierscha'tung 77 ge achse des Kreisels in ihrer Ausrichtung gedreht wird, geben, welche ein der Geschwindigkeit entsprechenum weiterhin nach Norden zu weisen. Diese Dreh- des Signal erzeugt. Diese kann als durch Trägheit bemoment-Korrektursignale um die Azimutachse wer- 50 stimmte Nordgeschwindigkeit F_1n bezeichnet werden über einen Leiter 58 auf den Drehmomentein- den. Der Ausgang K_1n des Integrators 77 wird aul gang ZT des Kreisels 40 gegeben. Diese Signale wer- eine Vergleichsschaltung 78 gegeben, über eine Ver den von einer geeigneten Korrekturschaltung 62 über bindung 80 wird die Nord-Dopplergeschwindigkei eine Addierschaltung 60 geliefert. In gleicher Weise V_in ebenfalls auf die Vergleichsschaltung 78 gege muß der Kreisel 40 ständig mit einem Drehmoment 55 ben. Mittels der Vergleichsschaltung 78 wird di< um seine Ostachse mittels einer zur Nordgeschwin- durch die Doppler-Radaranordnung bestimmt digkeit des Flugzeugs proportionalen Funktion verse- wahre Nordgeschwindigkeit von der Kombination au: hen werden, um die Nord- Südkrümmung der Erde Nordgeschwindigkeit und integriertem Beschleuni auszugleichen und den Tisch 14 um die Ostachse ho- gungsmesser-Schwerkraftsignal subtrahiert, welche rizontal zu halten. Diese Korrektur wird über einen 60 aus dem Beschleunigungsmesser 42 durch den Inte Leiter 64, eine Addierschaltung 66 und einen Leiter grator 77 erhalten wurde. Die Differenz, welche ai 68 von einer Kreiselkompaßsteuerschaltung 76 auf der AusgangskJemme 82 der Vergleichsschaltuni den Ost-Drehmomenteingang ET des Kreisels 40 ge- auftritt, stellt lediglich das integrierte Schwerkraftsi geben. Wie oben erwähnt, wird der Tisch 14 um die gnal dar, und dieses ist ein Maß für die Kippung de Azimutachse und die Ostachse in Abhängigkeit von 65 Tisches 14 um die Ostachse. Dieser Fehler wird ii Ausgangssignalen bei PZ und PE aus dem Kreisel 40 einem Verstärker 84 verstärkt und wird über einei mittels der Verstärker 43 und 45 und der Stellmoto- Schalter 86 (wenn der Schalter geschlossen ist) um ren 28 und 38 gehalten. die Addierschaltung 60 geleitet, um dem Kreisel ur

die Azimutachse ein Drehmoment zu erteilen und dadurch den Tisch 14 wieder auszurichten und die Drehachse 56 des Kreisels 40 in die wahre Nordrichtung zurückzubringen. Das bei 82 auftretende Fehlersigpal wird außerdem über einen Zweig, welcher einen Verstärker 88. eine Addicrschaltung 90 und einen Vei stärker 92 enthalt, auf die Ost-Drehmomcntschaltung gegeben, welche eine Verbindung 68, eine Addierschaltung 66 und einen Leiter 64 enthält. Dadurch wird bewirkt, daß das Fehlersignal dem Kreisel 40 um die Ostachse ein Drehmoment erteilt, so daß die horizontale Lage des Tisches 14 wiederhergestellt wird.

Der sogenannte »reguläre« Nordgeschwindigkcits-Ausgleich durch die Schaltung 76 ist proportional zu der Nordgeschwindigkeit, ausgedrückt in Bogeneinheiten der Drehung um die Erde. Dieses Signal λ ird über die Addierschaltung 90 und den Verstärker 92 mittels einer Verbindung 94 geleitet, welche das durch Trägheit bestimmte Nordgeschwindigkeits- -ignal V_in zur Durchführung von Erddrehungskorickturen in die Addicrschaltung 90 leitet.

Das Fehlcrsignal an der Klemme 82 wird außerdem über einen Verstärker 96 über eine stabilisierende Rückkopplungsverbindung 98 auf die Addierschaltung 74 gegeben, so daß ein stabiler Betrieb der Schaltung aufrechterhalten wird. Wie es in der Technik de: Trägheits-Führungssysteme bekannt ist, müs-• >en die Ausgänge der Beschleunigungsmesser zur Beücksichtigung von »Coriolis«-i-ehlern korrigiert verden, wenn sie in einem erdfesten Koordinatensystem betrieben werden. Eine geeignete »Coriolis«- Korrektur wird auf die Krciselkompaß-Steuerschaltung 76 mittels einer schematisch angedeuteten Coliolisschaltung 100 gegeben, welche die Addierschaltung 74 speist.

Beim Inbetriebsetzen der Anlaga und am Beginn der Kreiselkompaßsteuerung kann der Schalter 86 in der Azimut-Korrekturschaltung offengelassen werden, so daß eine schnelle anfängliche Ausrichtung am die Ostachse erzielt werden kann. Der Schalter 86 kann sodann geschlossen werden und für den weiteren Betrieb der Anlage geschlossen gehalten werden, so daß eine automatische Kreiseikompaßsteuerung erzielt wird, wie oben beschrieben. Das Schließen des Schalters 86 kann durch eine nicht gezeigte, automatische Zeitverzögerungseinrichtung erreicht »verden.

Bei der obigen Beschreibung der Anlage wird angenommen, daß der Tisch 14 in einer horizontalen Lage bezüglich der Nordachse genau stabilisiert ist. Dieser Zustand existiert jedoch nicht, da der Tisch 14 auf einem Zweirahmen-System angeordnet ist, welches keinen Rahmen aufweist, der um die Nordachse verschwenkbar ist. Dementsprechend wird ein Kippen des Tisches 14 um die Nordachse durch den Ausgang des Ost-Beschleunigungsmessers abgetastet, und diese Verschiebung des Systems wird elektrisch ausgeglichen. Zu diesem Zweck wird der Ausgang des Ost-Beschleunigungsmessers an der Klemme £ des Beschleunigungsmessers 42 über eine Verbindung 102 auf eine Nordachsen-Kippausgleichsschal-Uing 104 gegeben. Diese Schaltung erzeugt ein elektrisches Kippkorreklursignal, welches über die Ausgangsverbindung 126 und über die Addierschaltung 66 geleitet wird, um in geeigneter Weise das über die Verbindung 64 auf den Kreisel gegebene Ost-Drchmomentsignal abzuändern.

Innerhalb der Schaltung 104 wird das Ost-Beschleunigungsmessersignal aus der Verbindung 102 über eine Addierschaltung 106 auf einen Integrator 108 und dadurch auf eine Vergleichsschaltung 110 gegeben. Der Ausgang des Ost-Beschleunigungsmessers besteht aus einer Kombination von Signalen auf Grund der tatsächlichen Ostachsen-Bcschlcunigungen des Flugzeugs mit einem Schwerkraftausdruck auf Grund der Kippung des Tisches 14 um die Nordachse. Die Vergleichsschaltung 110 ist an eine Verbindung 111 angeschlossen, empfängt das Doppler-Ostgeschwindigkeitssignal V_dt vom Koordinatenwandler 52 und subtrahiert das Doppler-Ostgeschwindigkeitssignal von dem vom Integrator 108 empfangenen integrierten Signal. Das Differenzsignal am Ausgang 112 der Vergleichsschaltung 110 stellt denjenigen Teil des Ausgangs des Integrators 108 dar, welches suf einer Schwerkraftsignalkomponente aus dem Ost-Beschleunigungsmesser beruht, und

ao stellt daher einen zur Kippung des Tisches 14 um die Nordachse proportionalen Ausdruck dar. Da der Tisch 14 keinen Rahmen aufweist, welcher eine Drehung um die Nordachse gestattet, stellt dieses Signal auch die Kippung der Plattform 12 um die Nord-

IS achse dar. Dieses Fehlersignal wird im Verstärker 114 verstärkt und an der Verbindung 116 zu der Eingangsaddierschaltung 106 zwecks Stabilisierung der Anlage rückgekoppelt. Das Signal an der Verbindung 116 wird außerdem über geeignete Verstärker 118 und 120 geleitet, welche das Fehlersignal in Ausdrücke umwandelt, welche in geeigneter Weise der erforderlichen Ki-pkorrekturfunküon an der Verbindung 126 entspivjchen. Der Ost-Beschleunigungsmesserausgang wird bezüglich Coriolis-Fehlern mittels einer geeigneten, schematisch bei 122 dargestellten Schaltung korrigiert, welche die Addierschaltung 106 speis't.

Wie bereits erwähnt, bewirkt die Kippung des Tisches 14 und/oder der Plattform 12 aus der Horizontalen um die Nordachse einen Fehler im Ost-Beschleunigungsmessersignal. Sie bewirkt auch in gleicher Weise eine Kippung der Ostachse des Kreisels 40 aus der Horizontalen. Entsprechend kann gesagt werden, daß die Ostachse des Kreisels eine Vektor-

♦5 komponente des Eingangs um die Vertikale oder Azimutachse infolge der Drehung der Erde relativ zum Flugzeug abtastet. Bezüglich dieser vertikalen Komponente seines Eingangs erfordert der Kreisel 40 eine Erddrehungskorrektur ähnlich der auf den Azimutkreiseleingang von der Schaltung 62 gegebenen Korrektur, wie oben beschrieben. Dies ist jedoch nur eine Teilkorrektur proportional zu der trigonometrischen Sinus-Funktion des Verlagerungswinkels aus der Horizontalen. Dieser Korrekturfaktor wird innerhalb der Schaltung 120 erzeugt und kann folgendermaßen ausgedrückt werden:

(W, sin L + £

Dabei ist

W_e — Erddrehungsgeschwindigkeit,

L = Geographische Breite,
V_e = Ostgeschwindigkeit des Flugzeugs,

R = Frdradius.
V_n = Kippwinkel um die Nordachse.

Der in den Klammern siehende Teil des obigen Ausdrucks stellt die durch die Schaltung 62 auf den Azimut-Drehmomenteingang des Kreisels 40 gege-

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bene Erddrehungskorrektur dar. Die Schaltung 120 hin eine Kreiselkompaßsteuerung durchführen, entkann zweckmäßigerweise diese Funktion durch eine weder ohne Unterdrückung der Doppler-Geschwin-Verbindung mit der Schaltung 62 erhalten. Zur grö- digkeitssignale oder auf Grund der letzten vorhergeßeren Klarheit ist jedoch in der Figur diese Verbin- henden Dopplcr-Geschwindigkeitssignale, an welche dung weggelassen. 5 sich die Anlage erinnert. Zu diesem Zweck werden

Der Kippkorrikturfaktor aus der Schaltung 120 Dopplergeschwindigkeits-Speicherschaltungen bekann lediglich als Korrektur erster Ordnung angese- kannter Bauweise vorzugsweise in die Dopplergehen werden. Diese Korrektur ist jedoch bei der Er- schwindigkeits-Signalkanäle eingebaut,
findung völlig ausreichend. Die Antennenplattform Die Doppler-Radaranordnung 48 ist zur Erzeugung

12 ist nämlich durch ein grobes Ausrichtsystem be- ίο von augenblicklichen Geschwindigkcitssignalen gereits selbst in einer annehmbar ausgerichteten Lage eignet, welche infolge des Einflusses von Unregelmästabilisiert. Bigkeiten des Geländes, über welche das Flugzeug

Die Verwendung lediglich einer Zweirahmen-La- fliegt und von welchem die reflektierten Radarsigerung für den Trägheits-Bezugstisch 14 führt zu gnaie empfangen werden, ziemlich rasch schwanken, einer beträchtlichen Ersparnis an Kosten, Gewicht 15 Während die augenblicklichen Geschwindigkeitssi- und Kompliziertheit der Vorrichtung, obwohl es so- gnale nicht besonders genau sein können, ist der Mitgar nötig ist, einen elektrischen Ausgleich für die telwert dieser Signale sehr genau. Wenn jedoch eine Kippung um die Nordachse vorzusehen. Mittelbildungs- oder Filterschaltung verwendet wird,

Bei der Ausführungsform nach der Erfindung er- welche besonders wirkungsvoll ist, dann wird die geben sich beträchtliche Vorteile. Beispielsweise wird ao Kompliziertheit der Schaltung vergrößert, und die der Einbau in das Flugzeug wesentlich vereinfacht, Ansprechgeschwindigkeit der Ausgangssignale der da getrennte Halterungen und Einbauten für die An- Doppleranlage auf augenblickliche Änderungen der tennenplattform 12 und den Trägheitstisch 14 nicht Koordinatengeschwindigkeiten wird etwas verminerforderlich sind. Außerdem ist infolge der Zusam- dert.

menfassung der Halterung für diese Elemente im as Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Flugzeug keine genaue Azimutausrichtung zwischen Doppler-Geschwindigkeitssignale nicht wesentlich diesen beiden Teilen, erforderlich, sobald sie im Flug- »gemittelt« oder geglättet werden und dadurch die zeug angebracht sind. Außerdem sind diese Elemente hohe Ansprechgeschwindigkeit auf augenblickliche später Problemen der Fehlausrichtung infolge mögli- Änderungen der Flugzeuggeschwindigkeit erhalten eher Verbiegung der Zelle des Flugzeugs oder infolge 30 bleibt. Statt der Glättung oder Mittelung der Doppvon mechanischen Stoßen oder aus anderen Ursa- ler-Geschwindigkeitssignale werden die Augenblickschen weniger ausgesetzt. werte verwendet und direkt mit den entsprecnenden,

Die Lagerung der Rahmen des Trägheitstisches durch Trägheit abgeleiteten Geschwindigkeiten verauf der Antennenplattform ergibt auch den weiteren glichen, wodurch Korrektur- und Dämpfungssignale wesentlichen Vorteil, daß der Tisch 14 dadurch eine 35 für diese durch Trägheit abgeleiteten Geschwindighorizontal stabilisierte Unterstützung erhält (wenn keiten erzeugt werden. Da diese Korrektursignale nur die Antenne stabilisiert ist). Dadurch wird der Tisch über eine Untersetzungs-Dämpfungsschaltung angelediglich mit einer Zweirahmen-Halterung trotzdem wendet werden, ergeben sich augenblickliche im wesentlichen um die Nordachse horizontal gehal- Schwankungen im erhaltenen, korrigierten, durch ten, und eine einfache elektrische Korrektur erster 40 Trägheit abgeleiteten Geschwindigkeitssignal. Das Ordnung für Ausrichtungsabweichungen um die Ergebnis der durch die Dämpfungsschaltung ange-Nordachse ist völlig ausreichend, um eine sehr ge- brachten Korrekturen ist kumulativ und erzeugt in naue Navigationsdatenanlage zu erzielen. wirksamer Weise eine Mittelwertbildung, wobei die

Es ist ersichtlich, daß die Anlage mit Erdausrich- Kosten, Kompliziertheit und Ansprechverlangsatung betrieben werden kann, so daß beispielsweise 45 mung vermieden werden, welche sich aus einer Miteine Kreisclkompaßsteuerung erzielt werden kann, telwertbildung der Dopplersignale vor dem Verbevor das Flugzeug den Erdboden verläßt, während gleich mit den entsprechenden, durch Trägheit erhalsich seine Motoren aufwärmen und die Funktions- tenen Geschwindigkeiten ergeben würden.
Prüfungen durchgeführt werden. Bei dieser Betriebs- Die dargestellten Schaltungen werden vorzugsweise ist ersichtlich, daß die Doppler-Geschwindig- 50 weise durch Einrichtungen zur Korrektur von Feh keitssignale Null sind, wobei vorzugsweise willkür- lern, wie der Kreiselauswanderung, ergänzt, welch» liehe Null-Geschwindigkeitssignale vorgesehen wer- allgmein in Inertialanlagen vorhanden sind. Es wirt den. bemerkt, daß diese und andere bekannte Feinheitei

Bei einer anderen Betriebsart kann, falls die vorzugsweise in der erfindungsgemäßen Anlage ent Doppler-Radaranlage 48 ausfällt, die Anlage weiter- 55 halten sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 der Geschwindigkeit erzielen, wobei die Genauigkeit Patentansprüche: einerseits von der exakten horizontalen Ausrichtung der das Trägheitssystem tragenden Plattform abhängt

1. Doppler-Trägheits-Navigationsanlage zur und andererseits durch unvermeidliche Auswande-Votgabe der Navigationsdaten für ein Flugzeug, 5 rung der zur Stabilisierung verwendeten Kreisel über wobei die Trägheitselemente auf einem lagestabi- längere Zeiträume instabil ist.

lisierten Tisch angeordnet sind, dadurch ge- Kombiniert man Doppler-Radaranlagen mit Trägkennzeichnet, daß der Tisch (14) auf der heitssystemen, so lassen sich offensichtlich die gehorizontal stabilisierten Plattform (12) der Dopp- nannten Vorteile jedes Systems miteinander verbinler-Radar-Vorrichtung um die Azimut- und die io den, wobei die Doppler-Radaranlage gut auf niedfr-Ostachse drehbar kardanisch gelagert ist, daß auf frequente Schwankungen der Eingangsdaten andern Tisch (14) ein Kreiselgerät (40), dessen Meß- spricht, während das Trägheitssystem hochfrequente achsen in der Azimut- und der Ostachse ausge- Schwankungen dieser Daten gut verarbeitet. Bei richtet sind, sowie ein Beschleunigungsmeßgerät einer solchen Kombination hat sich ferner herausge-(42), dessen Meßrichtungen in Nord- und 15 stellt, daß nicht nur die Vorteile beider Systeme voll-Ostrichtung weisen, angeordnet sind und daß ständig ausgenutzt werden, sondern insbesondere im elektrische Schaltungen (76, 104) vorgesehen Überschneidungsbereich eine größere Genauigkeit sind, in denen die vom Beschleunigungsmeßgerät erzielt wird, als sie mit einem der beiden Systeme al-(42) gemessenen Nord- und Ostbeschleunigungen lein erreicht werden kann.

integriert und mil den von der Doppler-Radar- 10 Aus der USA-Patentschrift 3 028 592 ist eine Vorrichtung (48) iür-ir einen Koordinatenwandler solche kombinierte Doppler-Trägheits-Navigations-(52) zugeführten Nord- und Ostgeschwindigkei- anlage zur Vorgabe der Navigationsdaten für ein ten verglichen werden und aus den Differenzsi- Flugzeug bekannt, wobei die Trägheitselemente auf gnalen Nachführsignale; für den Tisch (14) ge- einem lagestabilisierten Tisch angeordnet sind. Der wonnen werden. 35 Tisch ist dabei um drei zueinander senkrechte Ach-