DE1773707B2 - Doppler-Trägheits-Navigationslage für Luftfahrzeuge - Google Patents

Description

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Die Servomotoren 24 und 26 stellen Teile einer ben. Das Azimut-Ausgangssignal wird über eine

Zweirahmen-Lagerung für die Plattform 12 dar, Verstärker 43 zur Steuerung auf den Azimutstellmo

welche einen Schwenkrahmen 27 aufweist. Die WeI- tor 28 für den Tisch gegeben. Das Kreiselausgangs

len der Motoren 24 und 26 verlaufen jeweils parallel signal für die Ostachse wird über einen Verstärker 4i

zur Quer- bzw. Längsachse des Flugzeugs. Für prak- S zur Steuerung auf den Ostachsen-Stellmotor 38 fü

tische Zwecke kann angenommen werden, daß sie den Tisch gegeben.

mit der Quer- und Längsachse des Flugzeugs zusam- Der Doppler-Radarteil der Anlage ist schematiscl

meofallen. durch den Block 48 dargestellt, welcher durch di<

Die Lagerung des Bezugstisches 14 auf der An- Leitung 50 mit der Antenne 10 verbunden ist. Diesi tennenplattform 12 weist einen AzimuteinsteUmotor io Radaranordnung 48 erzeugt Ausgangssignale, welch« 28 sowie die Aufnahmevorrichtung 16 auf, deren eine genaue Anzeige der Geschwindigkeit V_h de; Statoren aneinander befestigt und auf der Antennen- Flugzeugs längs der Kursrichtung desselben (d. h plattform 12 angebracht sind. Die Rotoren dieser längs der Längsachse des Flugzeugs) und der Ge Elemente _aind miteinander an einer Welle befestigt, schwindigkeit V_eh darstellen, welche die Kompo welche einen Schwenkrahmen 30 trägt Zur Erzie- 15 nente der Flugzeuggeschwindigkeit quer zur Kurs lung zusätzlicher Stabilität weist Her Schwenkrahmen richtung angibt (d. h. parallel zu einer Richtung läng; 30 auch an seinem oberen Ende eine Schwenkverbin- der Querachse des Flugzeugs),
dung auf, welche in bezug auf die Antennenplattform Die Kurs- und Querkurssignale aus der Doppler 12 festgelegt ist. Diese Schwenkverbindung am obe- Radaranordnung 48 werden auf einen Koordinatenren Ende und der obere Teil des Schwenkrahmens 30 ao wandler 52 gegeben, welcher die Kurs- und Quersind jedoch zur Klarheit in der Figur weggelassen. kurs-Geschwindigkeitsinformat^;on V_dn und V_de Der Motor 28 dreht normalerweise den Schwenkrah- wandler 52 außerdem ein genaues Kurssignal H aus men 30 in Azimutrichtung, so daß die Anordnung (Doppler-Nord- und Doppler-Ost-Geschwindigkeides Schwenkrahmens 30 in einer allgemein auf der ten) umwandelt, wie an den Anschlüssen 53 und 51 Nordrichtung senkrecht stehenden Ebene aufrecht- 25 angegeben. Zu diesem Zweck muß der Koordinaten erhalten wird. wandler S2 außerdem ein genaues Kurssignal H aus

Auf dem Schwenkrahmen 30 sind koaxiale Wellen dem Kurs-Synchro 16 erhalten, welches bei 54 ange-32 und 34 schwenkbar gelagert, welche direkt den geben ist.
Bezugstisch 14 unterstützen. Die Welle 32 kann die Der Kreisel 40 ist mit seiner Drehachse 56 gegen Rotorwelle einer Synchro-Abtastvorrichtung 36 sein, 30 Norden gerichtet, nachdem die Anlage ins Gleichgederen Stator starr mit dem Schwenkrahmen 30 ver- wicht gekommen ist. Da ein Kreisel seine Lage im bunden ist. Die Welle 34 ist die Rotorwelle eines Raum stabil beibehält, muß der Kreisel, um die Motors 38, dessen Stator starr mit dem Schwenkrah- Drehachse 56 des Kreisels 40 in ihrer Nordrichtung men 30 verbunden ist. Die beiderseitige Achse der zu halten, durch ein Eingangssignal auf die Azimut Wellen 32 und 34 wird allgemein in einer Ost-West- 35 achse mit einem Drehmoment versehen werden, so Ausrichtung gehalten (welche nachfolgend einfach als daß die dauernde Drehung der Erde und jede Ost-Ostachse bezeichnet wird), und der Motor 38 wird komponente der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgegli gewöhnlich erregt, wie es erforderlich ist, um die chen wird, welche beide erfordern, daß die Dreh Welle 34 und den Bezugstisch 14 so zu drehen, daß achse des Kreisels in ihrer absoluten Ausrichtung ge der Tisch 14 in bezug auf die Ostachse horizontal ge- 40 dreht wird, um weiterhin nach Norden zu weisen, halten wird, auch wenn die Antennenplattform 12 Diese Drehmoment-Korrektursignale um die Azimut· nicht genau horizontal gehalten wird. achse werden über einen Leiter 58 auf den Drehmo-

Die am Bezugstisch 14 befestigter und von diesem menteingang »ZT« des Kreisels 40 gegeben. Diese getragener Trägheitsfühler weisen einen zweiaxialen Signale werden von einer geeigneten Korrekturschal-Kreisel 40 mit zwei Freiheitsgraden und einen zwei- 45 tung 62 über eine Addierschaltung 60 geliefert. In achsigen Beschleunigungsmesser 42 auf. Der Kreisel gleicher Weise muß der Kreisel 40 ständig mit einem 40 spricht auf Drehverlagerungen um eine vertikale Drehmoment um seine Ostachse mittels einer zur Achse (nachfolgend manchmal auch als Azimut- Nordgeschwindigkeit des Flugzeugs proportionalen oder »Z«-Achse bezeichnet) und auf Drehverlage- Funktion versehen werden, um die Nord-Süd-Krümrungen um eine Ostachse an, wie symbolisch durch 50 mung der Erde auszugleichen und den Tisch 14 um die Vektoren bei 44 angedeutet. Der Beschleuni- die Ostachse horizontal zu halten. Diese Korrektur gungsmesser 42 spricht auf Beschleunigungen längs wird über einen Leiter 64, eine Addierschaltung 66 der Nordachse und auf Beschleunigungen längs der und einen Leiter 68 von einer Kreiselkompaßsteuer-Ostachse an, wie symbolisch durch die Vektoren bei schaltung 76 auf den Ost-Drehmomenteingang »ET< 46 dargestellt ist. 55 des Kreisels 40 gegeben. Wie oben erwähnt, wird de

Der Beschleunigungsmesser 42 gibt Signale an Tisch 14 um die Azimutachse und die Ostachse in

Ausgangsklemmen für Nordbeschleunigungen und Abhängigkeit von Ausgangssignalen bei PZ und PE

Ostbeschleunigungen ab, welche in der Figur jeweils aus dem Kreisel 40 mittels der Verstärker 43 und 45

mit »N« und »E« bezeichnet sind. Die Verwendung und der Stellmotoren 28 und 38 gehalten,

dieser Beschleunigungsmessersignale in der Anlage 60 Solange der Tisch 14 und der Kreisel 40 mit de;

wird weiter unten näher beschrieben. In gleicher Kreiselachse 56 in der wahren Nordrichtung ausge-

Weise erzeugt der Kreisel 40 Abtast-Ausgangssignale richtet sind, ist die Ostachse in der wahren Ostrich-

für Drehverlagerungsfehler um die Azimutachse und tung ausgerichtet, und die Ost-Eingangsachse ist da-

um die Ostachse, wobei die Ausgänge jeweils mit her für Ost-Geschwindigkeitskomponenten umemp-

»PZ« und »PE« bezeichnet sind. Drehmoment-Ein- 65 findlich. Daher genügt der reguläre Nord-Geschwin-

gangssignale werden auf den Kreisel 40 für Drehun- digkeitsausgleich durch die Schaltung 76, um den

gen um die Azimutachse und die Ostachse an den je- Tisch 14 um die Ostachse ausgerichtet zu halten,

weiligen Eingangsklemmen »ZT« und »ΕΓ« gege- ohne daß eine Korrektur aufgrund von Ost-Ge

schwindigkeitskomponenten infolge der Erddrehung Dadurch wird bewirkt, daß das Fehlersignal dem oder einer Ostgeschwindigkeitskomponente des Kreisel 40 um die Ostachse ein Drehmoment erteilt, Fahrzeugs bezüglich der Erdoberfläche erforderlich so daß die horizontale Lage des Tisches 14 wiederist, hergestellt wird.

Wenn jedoch der Tisch 14 nicht genau auf die 5 Der sogenannte »reguläre« Nordgeschwindignach Norden weisende Achse 56 ausgerichtet ist, so keits-Ausgleich durch die Schaltung 76 ist proportiogerät die Ostachse ebenfalls aus ihrer Ausrichtung, nal zu der Nordgeschwindigkeit, ausgedrückt in Bomit dem Ergebnis, daß wahre Ostgescbwindigkeiten geneinheiten der Drehung um die Erde. Dieses Signal so erscheinen, als hätten sie eine Nord-Süd-Kompo- wird über die Addierschaltung 90 und den Verstärnente, welche auf die mißweisende Ost-Eingangs- io ker 92 mittels einer Verbindung 94 geleitet, welche achse des Kreisels 40 gegeben wird. Daraus ergibt das durch Trägheit bestimmte Nordgeschwindigsich eine anscheinende Nord-Geschwindigkeitskom- keitssignal V_1n zur Durchführung von Erddrehungsponente infolge der ostwärts verlaufenden Drehung korrekturen in die Addierschaltung 90 leitet,
der Erde. Keine dieser »scheinbaren« Nord-Ge- Das Fehlersignal an der Klemme 82 wird außerdem schwindigkeitskomponenten wird durch die regulären 15 über einen Verstärker 96 über eine stabilisierende Nord-Geschwindigkeits-Ausgleichssignale der Schal- Rückkopplungsverbindung 98 auf die Addierschaltung 76 ausgeglichen. Daraus ergibt sich, daß der rung 74 gegeben, so daß ein stabiler Betrieb der Tisch 14 nicht mehr genau in eine horizontale Lage Schaltung aufrechterhalten wird. Eine geeignete »Coum die Ostachse durch die über den Anschluß 64 auf riolis«-Korrektur wird auf die Kreiselkompaß-Steudie ET-Klemme des Kreisels 40 gegebenen Drehmo- ao erschaltung 76 mittels einer schematisch angedeutementsignale stabilisiert ist. Daher bewirkt die Fort- ten Coriolisschaltung 100 gegeben, welche die Addauer eines Fehlers in der Azimutausrichtung des Ti- dierschaltung 74 speist.

sches 14 eine Fehleraufhäufung in der Ausrichtung Ein Kippen des Tisches 14 um die Nordachse wird

des Tisches 14 um die Ostachse. Die Abweichung durch den Ausgang des Ost-Beschleunigungsmessers

des Tisches von der horizontalen Lage um die Ost- as abgetastet, und diese Verschiebung des Systems wird

achsen ergibt ein Schwerkraftsignal auf der Nord- elektrisch ausgeglichen. Zu diesem Zweck wird der

achse des Beschleunigungsmessers 42. Ausgang des Ost-Beschleunigungsmessers an der

Das Nordachsensignal am Beschleunigungsmesser Klemme »E« des Beschleunigungsmessers 42 über erscheint an der »N«-Klemme des Beschleunigung- eine Verbindung 102 auf eine Nordachsen-Kippausmessers und wird über die Verbindung 72 auf eine 30 gleichsschaltung 104 gegeben. Diese Schaltung er-Addierschaltung 74 innerhalb der Kreiselkompaß- zeugt ein elektrisches Kippkorrektursignal, welches steuerschaltung 76 gegeben. Das Nordachsen-Signal über die Ausgangsverbindung 126 und über die Addes Beschleunigungsmessers besteht aus einer Korn- dierschaltung 66 geleitet wird, um in geeigneter bination eines Beschleunigungssignals infolge ir- Weise das über die Verbindung 64 auf den Kreisel gendeiner Beschleunigung in der Nordrichtung mit 35 gegebene Ost-Drehmomentsignal abzuändern,
dem Nordachsen-Schwerkraftsignal infolge irgendei- Innerhalb der Schaltung 104 wird das Ost-Bener Kippung des Tisches 14 um die Ostachse. Das schleunigungsmessersignal aus der Verbindung 102 von der Addierschaltung 74 empfangene Beschleuni- über eine Addierschaltung 106 auf einen Integratoi gungsmessersignal wird auf eine Integrierschaltung 108 und dadurch auf eine Vergleichsschaltung 110 77 gegeben, welche ein der Geschwindigkeit entspre- *o gegeben. Der Ausgang des Ost-Beschleunigungsmeschendes Signal erzeugt. Dieses kann als durch Trag- sers besteht aus einer Kombination von Signalen aufheit bestimmte Nordgeschwindigkeit F_1n bezeichnet grund der tatsächlichen Ostachsen-Beschleunigunger werden. Der Ausgang F_in des Integrators 77 wird des Flugzeugs mit einem Schwerkraftausdruck aufauf eine Vergleichsschaltung 78 gegeben. Über eine grund der Kippung des Tisches 14 um die Nord-Verbindung 80 wird die Nord-Dopplergeschwindig- 45 achse. Die Vergleichsschaltung 110 ist an eine Verkeit V_d„ ebenfalls auf die Vergleichsschaltung 78 ge- bindung 111 angeschlossen, empfängt das Dopplergeben. Mittels der Vergleichsschaltung 78 wird die Ostgeschwindigkeitssignal V_de vom Koordinaten durch die Doppler-Radaranordnung bestimmte wandler 52 und subtrahiert das Doppler-Ostgewahre Nordgeschwindigkeit von der Kombination aus schwindigkeitssignal von dem vom Integrator 1Oi NoTdgeschwindigkeit und integriertem Beschleuni- 50 empfangenen integrierten Signal. Das Differenzsigna gungsmesser-Schwerkraftsignal subtrahiert, welches am Ausgang 112 der Vergleichsschaltung 110 stell aus dem Beschleunigungsmesser 42 durch den Inte- denjenigen Teil des Ausgangs des Integrators 1Oi grator 77 erhalten wurde. Die Differenz, welche an dar, welches auf einer Schwerkraftsignalkomponenti der Ausgangsklemme 82 der Vergleichsschaltung aus dem Ost-Beschleunigungsmesser beruht, unc auftritt, stellt lediglich das integrierte Schwerkraft- 55 stellt daher einen zur Kippung des Tisches 14 um di< signal dar, und dieses ist ein Maß für die Kippung des Nordachse proportionalen Ausdruck dar. Da de Tisches 14 um d:e Ostachse. Dieser Fehler wird in Tisch 14 keinen Rahmen aufweist, welcher eine Dre einem Verstärker 84 verstärkt und wird über einen hung um die Nordachse gestattet, stellt dieses Signa Schalter 86 (wenn der Schalter geschlossen ist) und auch die Kippung der Plattform 12 um die Nord die Addierschaltung 60 geleitet, um dem Kreisel um 60 achse dar. Dieses Fehlersignal wird im Verstärke die Azimutachse ein Drehmoment zu erteilen und 114 verstärkt und an der Verbindung 116 zu de dadurch den Tisch 14 wieder auszurichten und die Eingangsaddierschaltung 106 zwecks Stabilisierung Drehachse 56 des Kreisels 40 in die wahre Nordrich- der Anlage rückgekoppelt. Das Signal an der Verbin rung zurückzubringen. Das bei 82 auftretende Feh- dang 116 wird außerdem über geeignete Verstärke lersignal wird außerdem über einen Zweig, welcher 65 118 und 120 geleitet, welche das Fehlersignal ü einen Verstärker 88, eine Addierschalrung 90 und Ausdrücke umwandeln, welche in geeigneter Weis einen Verstärker 92 enthält, auf die Ost-Drehmo- der erforderlichen Kippkorrekturfunktion an de mentschaltung gegeben, welche eine Verbindung 68, Verbindung 126 entsprechen. Der Ost-Beschleuni

eine Addierschaltung 66 und einen Leiter 64 enthält. von den Nick- und Rollbewegungen des Flugzeugs

gungsmesserausgang wird bezüglich Coriolis-Fehlern erzeugten Drehmomente vollständig ausreichend, um

mittels einer geeigneten, schematisch bei 122 darge- die Schwenkrahmen bezüglich des Rumpfes zu dre-

stellten Schaltung korrigiert, welche die Addierschal- hen. Daher beeinflussen gewöhnlich Bewegungen des

tung 106 speist. 5 Fahrzeugs die Ausrichtung der Drehachse bezüglich

In F i g. 2 ist schematisch eine äußere Vertikalen-- der Vertikalen nicht. Jedoch verursachen die unver-

bezugsanordnung 210 zur kontinuierlichen Lieferung meidliche Auswanderung des Kreisels und unausge-

von Horizontalenstabilisierungsdaten zur Antennen- glichene Winkelgeschwindigkeiten infolge der Fahr-

plattfonn 12 dargestellt. Obwohl es zur größeren zeugbewegung um die Erde, daß die Drehachse von

Klarheit weggelassen ist, ist klar, daß die Plattform io der Vertikalen abweicht, und daher müssen geeignete

12 in F i g. 2 die Dopplerantenne 10, den ringförmi- Einrichtungen vorgesehen werden, um den Kreisel

gen Schwenkrahmen 30 und die Trägheitsplattform kontinuierlich wieder auszurichten. Da der Ausricht-

14 gemäß F i g. 1 stützt. Daher ist das in der Leitung schalter nur für die anfängliche Aufrichtung verwen-

54 (Fig. 1) verfügbare Kurssignal in Fig.2 auf der det und nachher abgeschaltet wird, wird das obige

Leitung 54 a dargestellt. In gleicherweise werden das 15 Erfordernis erfüllt, indem Vertikalenkorrekturdaten

Ostachsen-Abweichsignal und das Nordachsen-Ab- von der Kurs- und Trägheitsbezugsanordnung zur

weichsignal in Fig. 2 jeweils als Vertikalenfehlersi- kontinuierlichen Erregung der Schwenkrahmen-

gnale in den Leitungen 200 und 201 geliefert. Gemäß Drehmomeiiterzeugern 215 und 216 während des nor-

Fig. 1 enthält die Leitung 200 elektrische Informa- malen Betriebs der Anlage erzeugt werden. Diese tion, welche kontinuierlich durch die Abtasteinrich- ao Korrektursignale werden in der in Fig.2 gezeigten

tung 36 entsprechend der Horizontalenabweichung Schaltung in einer nachfolgend näher zu erläuternden

der Plattform um die Ostachse £ geliefert wird, wäh- Weise erzeugt.

rend die Leitung 201 das Kippfehlersignal enthält, Am Schwenkrahmenaufbau des Kreisels 210 ist

welches durch Bewegung des Tisches 14 um die ein Paar von üblichen Synchrogebern 222 und 220

Nordachse bei 116 in F i g. 1 bewirkt wird. Gem?3 as angeordnet. Der Synchrogeber 220 ist mit seinem

F i g. 2 werden die Vertikalenfehlersignale in den Stator starr mit dem äußeren Schwenkrahmen 218

Leitungen 200 und 201 zusammen mit dem Kurs- verbunden, während sein Rotor oder seine Meßwelle

signal in der Leitung 54 a als Eingänge auf einen direkt mit dem inneren Schwenkrahmen 214 längs

Koordinaten wandler 52 α gegeben, welcher in glei- einer .gemeinsamen Achse gekoppelt ist, welche die

eher Weise wie der Wandler 52 (Fig. 1) arbeitet. 30 Abtriebswelle des Schwenkrahmen-Drehmomenter-

Das bedeutet, daß die Signale in den Leitungen 200 zeugers 216 enthält. In gleicher Weise ist der Syn-

und 201, welche ein Maß für die Ausrichtung der chrogeber 222 an der Rumpfstütze 225 starr befestigt

Plattform 12 in einem Nord-Ost-Koordinatensystem und ist mit seiner Meßwelle direkt mit dem äußeren

darstellen, mit ihren Koordinaten um den äugen- Schwenkrahmen 218 längs einer gemeinsamen Achse

blicklichen Kurswinkel des Flugzeugs gedreht wer- 35 gekoppelt, welche die Abtriebswelle des Schwenk-

den. Infolgedessen erzeugt der Wandler 52 a Aus- rahmen-Drehmomenterzeugers 215 enthält. Daher

gänge in den Leitungen 202 und 203, welche die tastet der Synchrogeber 220 die Drehungen des inne-

augenblicklichen Abweichungen der Plattform 12 ren Schwenkrahmen 214 ab, welche auf Nickbewe-

von der wahren Horizontalen bezüglich der Nick- gungen des Flugzeugs beruhen, und der Synchroge-

achse bzw. Rollachse des Flugzeugs angeben. 40 ber 222 tastet die Drehungen des äußeren Schwenk-

Die Vertikalenbezugsanordnung 210 weist einen rahmens 218 ab, welche direkt auf den Rollbewe-

bekannten, billigen Vertikalkreisel auf, welcher nahe gungen des Flugzeugs beruhen. Die Synchrogeber

der Kurs- und Trägheits-Bezugsan"^rdaung angeord- wandeln diese Bewegungen in entsprechende elektri-

net ist. Wie schematisch angedeutet, hat dieser Kre<- sehe Signale um, und infolgedessen wird ein Signal

sei zwei Freiheitsgrade der Verstellung, und seine 45 entsprechend dem augenblicklichen Nickwinkel des

Drallachse ist normalerweise auf die örtliche Verti- Flugzeugs gleichzeitig auf die Leiter 251 und 261

kale ausgerichtet, wobei jede seiner Abgriffachsen je- und ein Signal entsprechend dem augenblicklichen

weils parallel zur Nickachse bzw. Rollachse des Rollwinkel des Flugzeugs gleichzeitig auf die Leitun-

Fahrzeugs ausgerichtet ist. Mit anderen Worten, die gen 253 und 263 gegeben.

Welle 211 der Kreiselscheibe 212 ist vertikal drehbar 50 Die Leitungen 261 und 263 sind direkt mit den

an einem inneren Schwenkrahmen 214 gelagert, wel- Synchroempfängern 21 und 23 am Schwenkrahmen-

cher, wenn er sich frei drehen könnte, um die Nick- aufbau der Antennenplattform verbunden. Die Syn-

achse des Fahrzeugs drehen würde. In gleicher chroempfänger 21 und 23 sind bekannte Empfänger

Weise ist der innere Schwenkrahmen 214 drehbar an und sind in Arbeitsverbindung mit dem ringförmigen

einem äußeren Schwenkrahmen 218 gelagert, welcher 55 Schwenkrahmen 27 gegenüber jedem Servomotor 24

sich um die Rollachse des Fahrzeugs frei drehen bzw. 26 angeordnet. Der Synchroempfänger 21 ist

kann. Der ganze Schwenkrahmenaufbau ist über ein mit seinem Stator an einer Stütze 25 starr befestigt

Paar von Stützen 225 am Rumpf oder Rahmen des und mit seinem Rotor direkt mit dem ringförmigen

Fahrzeugs in geeigneter Weise befestigt Schwenkrahmen 27 gekoppelt In gleicher Weise ist

Ein bekannter, auf Schwerkraft ansprechender 60 der Synchroempfänger 23 mit seinem Stator am

Ausrichtschalter 213 ist am inneren (Nick-)Schwenk- Schwenkrahmen 27 starr befestigt und mit seinem

rahmen 214 zur anfänglichen schnellen Aufrichtung Rotor direkt mit der Abtriebswelle 29 der Plattform

des Kreiselrotors angebracht Die nicht gezeigten gekoppelt, deren eines Ende im Schwenkrahmen 27

Ausgänge des Schalters werden direkt auf ein Paar drehbar gelagert ist und deren anderes Ende an der

von Schwenkrahmen-Drehmomenterzeugern 215 und 65 Plattform 12 starr befestigt ist Die vom Servomotor

216 gegeben. Da das Drallmoment der Kreisel- 26 und vom Synchroempfänger 21 gebildete gemein-

scheibe 212 ziemlich groß ist und die Schwenkrah- same Achse fällt für alle Aufgaben und Zwecke mit

menlager eine sehr geringe Reibung besitzen, sind die der Rollachse des Flugzeugs zusammen, wahrend das

gleiche für die Beziehung zwischen der vom Servo- tungen 261 und 263 geliefert werden, und dynami motor 24 und vom Synchroempfanger 23 gebildeten sehen Fehlern in den Servoeinrichrungen 24 und 2( gemeinsamen Achse einerseits und der Nickachse des des Antennenschwenkrahmens, wobei die letzterei Flugzeugs andererseits gesagt werden kann. Durch die Plattform 12 in Abhängigkeit von den Vertika· die obige Anordnung kann die augenblickliche Lage 5 lenbezugssignalen orientieren. Um diese Fehlerkom der Plattform 12 in den Synchroempfängern mit der ponenten möglichst klein zu machen oder gar auszu von der äußeren Vertikalenbezugsanordnung erzeug- schalten, werden sie zuerst voneinander getrennt, in· ten Roll- und Nickinformation elektrisch Verglichen dem die Ausgänge der Synchroempf anger 21 und 2: werden, und dieser Vergleich kann zur Erzeugung der Antennenplattform über Schaltungswege 230 unc von geeigneten Fehlersignalen für die Erregung von io 232 auf Summierpunkte 234 bzw. 236 gegeben wer Servomotoren 24 und 26 verwertet werden, mit wel- den. Dort werden sie von den entsprechenden Roll· chen die Synchroempfänger verbunden sind, so daß und Nickfehlerausgängen des Wandlers 52 a subtraeine geschlossene Schleife für einen die Einstellung hiert. Da die Synchroempfänger-Ausgänge direkt eir nachführenden Servomechanismus gebildet wird. Da- Maß für die »Rausch«- oder dynamischen Fehlei her vergleicht der Synchroempfänger 23 die elektri- 15 sind, welche von den entsprechenden Servomotorer sehe Nickinformation in der Leitung 261 mit dem 24 und 26 erzeugt werden, treten infolgedessen Difaugenblicklichen Nickwinkel der Plattform 12, wobei ferenzsignale in den Leitungen 238 und 240 auf der letztere durch die Stellung der Welle 29 (F i g. 1) welche nur den Vertikalkreisel-Ausrichtfehlern bedargestellt wird, und erzeugt ein Fehlersignal, wel- züglich Roll- und Nickachse entsprechen. Die in der ches die Differenz zwischen diesen Informationen ao Leitern 238 und 240 verfügbaren Signale können daangibt. Dieser Lagefehler oder dieses Differenzsignal her als Vertikalkreisel-Korrektursignale verwende wird sodann längs eines Leiters 20 zur Erregung des werden und werden daher über Schaltungswege 24' Servomotors 24 weitergeleitet, welcher anspricht, in- bzw. 249 auf Summierpunkte 250 bzw. 252 gegeben dem er die Plattform 12 in der erforderlichen Rieh- Dort werden sie algebraisch mit den Ausgangssirung dreht, so daß eine genaue Entsprechung zwi- as gnalen der Synchrogeber 220 und 222 des Vertikalsehen dem von dem Synchrogeber 220 gemessenen kreiseis verglichen, welche über die Verbindunger Nickwinkel des Flugzeugs und dem vom Synchro- 251 und 253 zugeführt werden. Da die letztgenannempfänger 23 gemessenen Nickwinkel der Plattform ten Synchrogeberausgänge ein Maß für die äugen-V-. 12 erzielt wird. In diesem Zeitpunkt wird das Fehler- blicklichen Roll- und Nickwinkel des Flugzeugs zu- :■-:■'-' signal in der Leitung20 Null, und die Plattform 12 ist 30 sätzlich des Vertikalkreisel-Ausrichtfehlers bezüglicr ; ; in bezug auf die Nickachse des Flugzeugs horizontal Roll- und Nickachse enthalten, enthalten die Diffe Ä.r stabilisiert. In genau der gleichen Weise vergleicht renzsignale, welche jeweils auf den Leitungen 25( tfi der Synchroempfänger 21 die elektrischen Rolldaten und 254 an den Ausgängen der Summierpunkte 25( gf» in der Leitung 263 mit dem augenblicklichen Roll- und 252 erscheinen, stets lediglich Angaben dei JiI winkel der Plattform 12 und erzeugt ein Fehlersignal 35 augenblicklichen Roll- und Nickwinkel des Flug- | ^zur Aufgabe auf den Servomotor 26 über den Leiter zeugs. Mit anderen Worten, Fehlersignale, welch« fü ^2. ^^er Servomotor treibt den Schwenkrahmen 27 dem Vertikalkreisel-Ausrichtfehler entsprechen, wer- ψίί an, bis der Rollwinkel des letzteren mit dem vom den auf den Kreisel negativ rückgekoppelt, um der »^ Synchrogeber 222 gemessenen Rollwinkel überein- Fehler im Ausgang des letzteren auszuschalten. Die *4 stimmt, worauf das Fehlersignal Null wird und die 40 resultierende, extrem genaue Nick- und Rollinforma- & Plattform 12 in bezug auf die Rollachse horizontal tion in den Leitungen 254 und 256 kann daher direk ^i stabilisiert wird. auf die Hilfsgeräte des Flugzeugs gegeben werden ^; f Idealerweise weist der Kreisel 210 sodann eine ge- welche allgemein durch den Block 260 angedeute Ατ eignete Vertikalenbezugsanordnung zur kontinuierli- sind.

a ^cnen Lieferung von Nick- und Rolldaten auf, welche 45 Um eine langzeitige Genauigkeit der Anlage zu ge-

zur Haltung der Plattform 12 in einer genau horizon- währleisten, werden die Vertikalenkorrektursignale

talen Lage ausreichen. Wenn dies der Fall wäre, welche aus den Leitungen 238 und 240 zu den Sum-

würden die Nick- und Rollfehlersignale in den Lei- mierpunkten 250 und 252 geleitet werden, gleichzei

tungen 202 und 203 Null sein, da sie, wie erinnerlich, tig als korrigierende Kreiseldrehmomentsignale ver

ursprünglich durch die auf der Plattform 12 angeord- 50 wendet. Zu diesem Zweck werden sie um den Verti

nete Kurs- und Trägheitsbezugsanordnung gemessen kalenkreisel 210 durch geschlossene Schleifen rück

werden und Abweichungen der Plattform 12 von der gekoppelt, welche die Leiter 242 und 244, die Dämp

wahren Horizontalen darstellen. Darüber hinaus fungseinstelleinrichtungen 246 und 248 und di<

könnten die Ausgänge der Synchrogeber 220 und Schwenkrahmen-Drehmomenterzeuger 216 bzw. 21i

222, soweit sie vollständig genau Vertikalenbezugsin- 55 enthalten. Diese Anordnung führt zu einem kontl·

formationen in Form von Nick- und Roll winkeln des nuierlichen Präzessieren der Kreiseldrehachse 211

Flugzeugs entsprechen, direkt auf die Hilfsgeräte an welches zur Überwindung der unvermeidlichen zufal

Bord des Flugzeugs gegeben werden. Unglücklicher- ligen Auswanderungsgeschwindigkeit des Kreisel:

weise tritt jedoch eine solche Situation in der Praxis ausreicht. Um die Bewegung des Flugzeugs über <E<

verhältnismäßig selten auf, da bestimmte Fehler un- 60 gekrümmte Erdoberfläche auszugleichen, können zu

vermeidlich innerhalb der oben beschriebenen Vor- sätzliche Erddrehgeschwindigkehs- und Fahrzeugge

richtung erzeugt werden. Das bedeutet allgemein, schwindigkeits-Korrekturausdrücke zu diesen Dreh

daß Fehlersignale in den Leitungen 202 und 203 bei momentsignalen über Summierpunkte 265 und 26'

normalem Betrieb der Anlage vorhanden sind. Ob- addiert werden, wie allgemein durch die Pfeile 25*

wohl diese letztgenannten Fehler in ihrer Wirkung 65 tmd 259 angedeutet Geeignete Schaltangen znr Er

kumulativ sind, beruhen sie auf zwei Quellen, näm- zeugung dieser Korrekturausdrücke sind bekann

lieh Ausrichtungsfehlern in den Vertikalenbezugssi- tmd müssen hier nicht näher beschrieben werden,

gnalen, welche vom Vertikalenkreisel 210 in den Lei- Infolge der Wirkung der beschriebenen Rückkopp

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lungsschleifen weisen die Kreiselsynchroausgänge in nügend horizontal, damit ein normaler Betrieb der den Leitungen 251 und 253 unter Gleichgewichtsbe- Anlage begonnen werden kann,
dingungen extrem genaue Angaben des Nick- und Wenn die Kurs- und Trägheitsbezugsanlage einge-Rollwinkels des Flugzeugs auf und halten darüber schaltet wird, mißt sie unmittelbar die Abweichungen hinaus diese Genauigkeit über lange Zeit aufrecht. 5 der Antennenplattform von der Horizontalen und er-Daher erregen die Vertikalenbezugssignale aus dem zeugt entsprechend Fehlersignale. Diese Fehlersi-Kreisel 210 kontinuierlich und genau die Schwenk- gnale werden nach Koordinatenumwandlung im rahmenservoeinrichtungen der Antenne über die Wandler 52 α unmittelbar mit den Synchroausgangs-Synchroempfänger der letzteren, so daß die Platt- Signalen der Antennenplattform verglichen, so daß die form 12 in bezug auf Nick- und Rollachse genau sta- io Ausrichtfehlerkomponenten des Vertikalkreisels um bilisiert gehalten wird. Darüber hinaus erzeugen ir- Nick- und Rollachse abgetrennt werden. Da die letzgendwelche äußeren Störungen, welche die Anlage teren nunmehr geeignete Korrekturausdrücke daraus dem Gleichgewicht zu bringen suchen, wie bei- stellen, welche nur dem Ausrichtfehler des Vertikalspielsweise die willkürliche Auswanderung des Krei- kreiseis entsprechen, können sie von den Synchrosels, geeignete Fehlersignale in den Leitungen 200 15 ausgängen des Vertikalkreisels subtrahiert werden, so und 201, welche die Anlage augenblicklich wieder in daß unmittelbar in der offenen Schleife Nick- und das Gleichgewicht zurückzubringen suchen. Rollsignale hoher Genauigkeit für eine Verwertung Faßt man die Wirkungsweise der erfindungsgemä- an anderer Stelle im Flugzeug erzielt werden. Außerßen Anlage zusammen, so wird die Drallachse des dem können diese gleichen Korrektursignale gleich-Kreiselrotors des Vertikalkreisels anfänglich schnell 20 zeitig auf den Kreisel über eine geschlossene Schleife in die örtliche Vertikale durch die Wirkung der aus- rückgekoppelt werden, so daß eine kontinuierliche richtvorrichtung 213 und der Schwenkrahmen-Dreh- Präzession der Drehachse des letzteren in Gang gemomenterzeuger 215 und 216 des Kreisels aufgerich- setzt und dadurch die Drehachse in stationärer Austet. Da dies nur eine grobe Einstellung ist, geben die richtung bezüglich der örtlichen Vertikalen trotz der Signalausgänge der Kreiselschwenkrahmen-Synchro- 25 unvermeidlichen willkürlichen Kreiselauswandegeber 220 und 222 die augenblicklichen Roll- und rungsgeschwindigkeit gehalten wird. Um die Neigung Nickwinkel des Flugzeugs sowie einen Fehler in der des Kreisels, allmählich Fehler anzuhäufen, zu übervertikalen Kreiselausrichtung wieder. Es werde vor- winden, dämpft die Wirkung der geschlossenen erst angenommen, daß die Trägheitsplattform 14 Schleife das Ansprechen des Vertikalkreisels oder, nicht aktiviert ist. Sodann werden diese verfälschten 30 mit anderen Worten, wandelt den Kreisel ia ein FiI-RoIl- und Nicksignale durch die Wirkung der Syn- ter- oder Glättungselement um, welches eine ausgechrogeber der Antennenplattform und die Schwenk- zeichnete langzeitige Genauigkeit der Kreiselsynchrorahmen-Servoeinrichtungen weitergegeben, bis eine ausgänge gewährleistet, wenn die Drehachse einmal grobe Ausrichtung der Antennenplattform und daher in die Vertikale aufgerichtet ist. Die korrigierten der Kurs- und Trägheitsplattform 14 erreicht ist. Ob- 35 Nick- und Rollausgänge des Kreisels können nunwohl zu diesem Zeitpunkt die Plattform 12 kurzzeitig mehr in stationärem Betrieb verwendet werden, um in einer aus der wahren Horizontalen herausgekipp- die Schwenkrahmenservoeinrichtungen der Antenten Stellung zur Ruhe kommt, wobei sie um einen nenplattform in Abhängigkeit von Bewegungen des Betrag herausgekippt ist, welcher gleich der Summe Flugzeugs kontinuierlich anzutreiben, und die Antender Fehler in der Ausrichtung des Vertikalkreisels 40 nenplattform behält eine horizontale Lage bei, welche und der Fehler der Schwenkrahmen-Servoeinrichtun- durch die Ausrichtung des Vertikalkreisels auf die gen der Antennenplattform ist, ist die Plattform ge- örtliche Vertikale genau bestimmt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Derartige Navigationsanlagen weisen den grund- Patentansprüche: sätzlichen Vorteil auf, daß sich ihre Genauigkeit auf grund des Doppler-Radarteils nicht im Laufe der

1. Doppler-Trägheits-Navigationsanlags für Zeit verschlechtert und daß sie wegen des Trägheits-Luftfahrzeuge mit zwei sich gegenseitig stützen- 5 teils gleichzeitig auf hochfrequente Schwankungen den Trägheitseinrichtungen, von denen eine ein ansprechen.

Vertikalkreisel ist, dadurch gekenn- Aus der USA.-Patentschrift 3 167763 ist eine Nazeichnet, daß die andere Trägheitseinrichtung vigationsanlage mit einem Doppler-Radarteil und

eine in der Nähe des Vertikalkreisels (210) an- einem Trägheitsteil bekannt, wobei der Trägheitsteil

geordnete horizontal stabilisierte Plattform (12), io zwei sich gegenseitig stützende Trägheitseinrichtundie die Doppler-Radar-Antenne (10) trägt, sowie gen umfaßt, von denen eine ein Vertikalkreisel ist

einen auf der Plattform (12) angeordneten stabi- Die andere Trägheitseinrichtung besteht bei der be-

lisierten Tisch (14) mit Trägheitselementen (40, kannten Anlage aus einem Kardansystem mit einem

42) umfaßt, daß die Navigationssignale der be- horizontal gelagerten Rotor, der insbesondere zur

sagten anderen Trägheitseinrichtung über einen 15 Aufrichtung des Vertikalkreisels dient

Koordinatenwandler (52 a) und Summierschal- Aus der USA.-Patentschrift 3 068 706 ist eine

tungen (234, 236) den Stellgliedern (215, 216) Trägheits-Navigationsanlage bekannt, bei der in ähn-

des Vertikalkreisels (210) zugeführt, die Aus- licher Weise ein Horizontal- und ein Vertikalkreisel

gangssignale der Stellungsgeber (220, 222) des zur gegenseitigen Stabilisierung verwendet werden.

Vertikalkreisels (210) zur horizontalen Ausrich- ao Von diesem Prinzip der gegenseitigen Stützung

rung der Plattform (12) verwendet und die Aus- durch zwei Trägheitseinrichtungen ausgehend, liegt

gangssignale der Stellungsgeber (21, 23) der der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Ausrich-

Plattform (12) auf die Summierschaltungen (234, rung der Radar-Antenne einer Doppler-Trägheits-

236) rückgekoppelt werden. Navigationsanlage durch Verwendung eines relativ

2. Navigationsanlage nach Anspruch 1, da-as billigen, d. h. an sich wenig genauen, Vertikalkreisels durch gekennzeichnet, daß der Tisch (14) auf der zu steigern und dadurch die Genauigkeit der gesam-Plattform (12) um die Azimut- und die Ostachse ten Navigationsanlage weiter zu erhöhen. Diese Aufdrehbar kardanisch gelagert ist, daß die auf dem gäbe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Tisch (14) angeordneten Trägheitselemente ein Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die erfindungsge-Kreiselgerät (40), dessen Meßachsen in der Azi- 30 mäße gegenseitige Kopplung der die Radar-Antenne mut- und der Ostachse ausgerichtet sind, sowie tragenden Trägheitsplattform und des Vertikalkreiein Beschleunigungsmeßgerät (42), dessen Meß- sels wird also erreicht, daß einerseits die langzeitige richtungen in Nord- und Ostrichtung weisen, um- Genauigkeit der Navigationsanlage gesteigert wird fassen und daß elektrische Schaltungen (76, 104) und daß andererseits auch der verhältnismäßig einvorgesehen sind, in denen die vom Beschleuni- 35 fache Vertikalkreisel außerordentlich genau wird,
gungsmeßgerät (42) gemessenen Nord- und Ost- Die Erfindung wird in der nachstehenden Bebeschleunigungen integriert und mit den von der Schreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels Doppler-Radar-Vorrichtung (48) über einen anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Koordinatenwandler (52) zugeführten Nord- und Zeichnungen zeigt

Ostgeschwindigkeiten verglichen werden. 40 F i g. 1 eine teils perspektivisch teils in Blockform

3. Navigationsanlage nach Anspruch 1 oder 2, ausgeführte schematische Darstellung einer Doppgekennzeichnet durch Summierschaltungen (265, ler-Trägheits-Navigationsanhge und

267) zur Korrektur der den Stellgliedern (215, Fig.2 eine schematische Darstellung der erfin-

216) des Vertikalkreisels (210) zugeführten Navi- dungsgemäßen Anlage mit den gegenseitigen Verbingationssignale entsprechend der Erddrehung und/ 45 düngen -'sehen der in Fig. 1 gezeigten Doppleroder der Fahrzeuggeschwindigkeit. Träghe;i5-ii«vigationsanlage und einer Vertikalen-

4. Navigationsanlage nach einem der an- Bezu£-·:· ^*. 'ung.

sprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Summier- ?».!.. ■ r±t eine Doppler-Trägheits-Navigationsschaltungen (250, 252), die die am Ausgang der anlagt .1 ;ner Doppler-Radar-Antenne 10 darge-Summierschaltungen (234, 236) auftretenden Na- 50 stellt, die auf einer horizontal stabilisierten Plattform vigationssignale von den Ausgangssignalen der befestigt ist. Auf der Plattform 12 ist mittels einer Stellungsgeber (220, 222) des Vertikalkreisels Zweirahmen-Lagerung ein Bezugstisch 14 für die (210) subtrahieren und den jeweiligen äugen- Trägheitselemente der Anlage angeordnet. Die Anblicklichen Roll- und Nickwinkeln des Luftfahr- lage einschließlich der Trägheitselemente bewirkt, zeugs entsprechende Ausgangssignale erzeugen. 55 daß der Tisch 14 dauernd im Azimut kreiselkompaß-

5. Navigationsanlage nach einem der An- gesteuert wird, so daß er nach Norden ausgerichtet sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in bleibt, während die Antennenplattform 12 mit der die Leitungen (242, 244) zur Zuführung der Na- Längsachse des Flugzeugs ausgerichtet bleibt. Ein vigationssignale zu den Stellgliedern (215, 216) Aufnahmewandler 16 mißt dauernd den Winkel zwides Vertikalkreisels (210) Dämpfungsglieder 60 sehen der Plattform 12 und dem Tisch 14. Das erhal- (246,248) eingeschaltet sind. tene Signal ist ein genaues Maß für den Kurs des

Flugzeugs in bezug auf die Nordrichtung.

Die Antennenplattform 12 wird in einer horizontal

stabilisierten Lage mittels vertikaler Bezugssignale 65 gehalten, welche von einem Ausrichtungsdetektor 18

Die Erfindung betrifft eine Doppler-Trägheits-Na- bekannter Bauweise erhalten werden. Diese Ausrichvigationsanlage gemäß dem Oberbegriff des Haupt- tungssignale werden über Verbindungen 20 und 22 anspruchs. auf Ausricht-Servomotoren 24 und 26 geeeben.