DE2434916A1 - Kompassystem - Google Patents

Description

Kompaßsystem

Die Erfindung bezieht sich auf KompaJsysteme» insbesondere, jedoch ηloht ausschließlich für Luftfahrzeuge.

Kompaßsysteme unter Verwendung eines einfachen Kreisele mit zwei Freiheitsgraden sind gut bekannt» sie weisen jedoch bestimmte Nachteile auf urund äes⁵ Tatsaeh© auf» daS es wesentlich ist» daß die Spinaohs© u®m Kreisels zumindest angenähert horizontal gehalten wird· Wenn dies nicht erfolgt» ergeben sich grobe Steuerkurs fehler und im Extremfall kann die Spinaohse über einem Bereich von 90° ppKzedieren» woduroh eine Kardanringverriegelung und ein Kippen des Kreisels hervorgerufen wird. Es werden zwei grundlegende Verfahren sum Horizontalhalten der Spinachse allgemein verwendet» von denen das erste Verfahren darin besteht, daß ©in Schwerkraft-Meßfühler effektiv an der Spinaohse befestigt wird und ©in Aufriohtungs-Drehmoment-Erzeugermotor mit dem AuBgsngssignal des Schwerkraft-Meßfühlers angesteuert wird» so daß did Spinachse horizontal gegenüber der örtlichen Vertikalen geh&iUüö, wir$_e Das zweite Verfahren besteht darin» den Kreisel dadhäfsla zu stabilisieren» daß er von der Längs· neigungs- und Querneigu&gsb<§t$@gung >^,s Fahrzeug©^» in das das Kompaßsystem eingebaut igt« wie SgJBe <§!sa Luftf&te&eug, isoliert

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wird, so daß der äußere Kardanring des Kurskreisels vertikal bleibt, wobei weiterhin ein zwischen den inneren und äußeren Kardanringen befestigter Abnehmer verwendet wird, dessen Ausgangssignal dem Aufrichtungs-Drehmomenterzeuger zugeführt wird_:, der den gemessenen Winkel zwischen den beiden Kardanringen auf 90° hai to Aus Zweokmäßigkeitsgrttnden werden diese beiden Verfahren weiter unter Bezugnahme auf Kompaßsysteme für Luftfahrzeuge erläutert·

Bei dem ersten angegebenen Verfahren zum Horizontalhalten der Spinachse des Kreisels weist der Schwerkraft-Meßfühler selbst schwerwiegende Nachteile auf, unabhängig davon, ob dieser die Form eines Beschleunigungsmessers oder einer Flüssigkeitslibelle aufweis to Erstens kann der Schwerkraft-Meßfühler nicht zwischen Schwerkraft- und Luftfahrzeugbeschleunigungen unterscheiden, so daß beispielsweise während fortgesetzten Kreisens des Luftfahr« zeuges der Meßfühler die Spinachse auf eine Richtung aufrichtet* die sehr stark von der tatsächlichen Horizontalen abweicht» Wei~ terhln schwingt, wenn die Kurven des Luftfahrzeuges für eine be« liebige Zeitdauer fortgesetzt werden, die Spinachse um die Hori~ zontalposition mit einer Amplitude, die bis zu 10° betragen kann<

Dieser Fehler kann dadurch verringert werden, daß das Aufrichtsystem des Kreisels außer Betrieb gesetzt wird, wenn der Querneigungswinkel des Luftfahrzeuges einen vorher eingestellten Grenzwert überschreitet (typischerweise 6°), doch wenn dieser Zustand andauert, (beispielsweise während dauernder Umrundungen) rufen Reibungsdrehmomente um die Achse des äußeren Kardanringes herum eine Präzession der unkontrollierten Spinachse auf einen großen Winkel hervor» Eine alternative Lösung bei einer Ausgestaltung des Meßfühlers als Beschleunigungsmesser besteht darin, das Besohleunlgungsmesser-Ausgangssignal zu Integrieren, um ein die Geschwindigkeit darstellendes Signal zu erzielen, wobei dieses Signal mit einem die gemessene Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges darstellenden Signal verglichen wird.. Irgendein Unter-

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schied wird dann einer Komponente der von dem Beschleunigungsmesser festgestellten Schwerkraftbeschleunigung zugeordnet, cLho der Beschleunigungsmesser und damit auch die Spinaohse ist nicht horizontale Der Auf rieh tungs-Drehmomenterzeuger wird dann in geeigneter Weise angesteuert« um die Neigung zu korrigieren· Dieses System (das als Aufrichtung zweiter Ordnung bekannt ist) setzt voraus« daß eine Bezugsquelle für die Luftfahrzeuggeschwindigkeit zur Verfügung steht und es ist eine umfangreiche Berech«= nung erforderlich, um die Geschwindigkeitssignale von einer Quelle in den gleichen Satz von Achsen aufzulösen,, wie die Signale von der anderen Quelle₀

Ein Nachteilj der durch die Verwendung einer FlUssigkeitslibelle entsteht« besteht darin* daß die Flüssigkeit innerhalb der Flüssigkeitslibelle unter Neigungs- oder Beschleunigungsbedingungen zu einem Ende dieses Elementes fließt« so daß ein Massenungleioh» gewicht auf der Spinachse und damit eine Präzession des äußeren Kardanringes des Kreisels hervorgerufen wird«, Dies ruft natürlich einen Steuerkursfehler in dem Kompaßsystem hervor» Ein weiteres Problem bei der Verwendung einer FlUssigkeitslibelle besteht darin₅ daß diese nicht mit dem üblichen 115 Volt-Netz in dem Luftfahrzeug verbunden werden kann_s das zum Antrieb des Spinmotors des Kreisels verwendet wird* so daß Schleifringe oder flexible Verbindungen zwischen den äußeren und inneren Kardanringen eingesetzt werden müssen« um der Flüssigkeitslibelle Leistung zuzuführen und um das Ausgangssignal von der Flüssigkeitslibelle abzuleitenc Hierdurch ergeben sich Stördrehmomente, die eine Präzession d©s Kreisels in Azimuthriohtung hervorrufen« wodurch sich wiederum Steuerkursfehler ergebene

Ein Kreisel mit zwei Freiheitsgraden weist den Nachteil von Kar» danaufhängungsfehlern auf« die eine unvermeidbare geometrische Auswirkung des Fehlens des dritten Freiheitsgrades sind. Diese Kardanringfehler rufen große Steuerkursfehler während Manövern

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des Luftfahrzeuges hervor, die vollständig verschwinden* wenn das Luftfahrzeug wieder einen ebenen Flugzustand annimmt₀ Es ist möglich, diese Fehler zu korrigieren« wenn Lttagsneigungs- und Querneigungsinformationen des Luftfahrzeuges vorliegen, diese Korrektur 1st jedoch allgemein nur dann exakt,, wenn die Spin« achse genau horizontal liegt. Wenn dies nicht der Fall ist, kann eine exakte Korrektur dennoch angewendet werden, wenn der Winkel zwischen dem Inneren und dem Süßeren Kardanring gemessen wird, dies wird jedoch bei einfachen Kurskreiseln von der erläuterten Art normalerweise nicht durchgeführt <>

Trotz dieser verschiedenen Nachteile weist dieses erste Verfah·*» ren zum Horizontalhalten der Spinaohse den Vorteil auf, daß das resultierende Gerät relativ einfach und damit kostengünstig ist und insbesondere keinen großen Raumbedarf aufweist, was immer eine wesentliche Erwägung insbesondere bei Luftfahrzeuginstrumen» ten ist»

Bei dem zweiten grundlegenden, oben angedeuteten Verfahren zum Horizontalhalten der Spinaohse eines Kreisels mit zwei Freiheitsgraden 1st der Kreisel Üblicherweise innerhalb zweier zusätzlicher Kardanringe befestigt, die dem Ausgang eines Vertikalkreisels nach· geführt werden, so daß der äußere Kardanring des Kurskreisels im wesentlichen vertikal bleibt« Durch Messen des Winkels zwischen dem äußeren und dem Inneren Kardanring des Kurskreisels und durch Festhalten dieses Winkels auf 90° wird die Spinachse horizontal gehalten. Der Abnehmer ist ein Nullpunktelement und mißt den fraglichen Winkel nicht tatsächlich.

Dieses Syβ tem beseitigt weitgehend den schwerwiegenden Fehler eines Schwerkraft-Meßfühlers, der nicht zwischen Schwerkraft- und Luftfahrzeug-Beschleunigungen unterscheiden kann, wie es weiter oben beschrieben wurde, und dies ergibt sich daraus, daß bei diesem zweiten System die Aufriohtungssteuerung des Kurskreisels

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eine zusätzliche Zeltkonstante zwischen den im dem Vertikal-Krelsel verwendeten Flüssigkeitslibellen und dem Spinaohsen-Aufricht-Drehmomenterzeuger einfügt<, Der Vertikalkreisel verwendet ebenfalls eine Aufrloht-Absohaltung während Luftfahrzeugmanövern« doch ergeben sioh in diesem Fall Reibungsdrehmomente um die Spinachse des Vertikalkreisels und diese Dreh» momente haben nur geringe Folgen <> Die oben beschriebene Wirkung« daß die Flüssigkeit in den Flüssigkeitslibellen zu den Enden der jeweiligen Einrichtungen fließt und damit ein Massenungleioh« gewicht hervorruft« wird aus dem gleichen Gründe verringert» während das Problem bezüglich der Verwendung des 115 Volt-Netzes das ebenfalls erwähnt wurde« hier nioht auftritt« weil der Win» kel»Abnehmer ein 115 Volt-Synohro sein kann« der an der Spin» motorspannung arbeitet_o Die Kardanringaufhängungsfehler« die weiter oben in Verbindung mit dem ersten grundlegenden Verfahren erläutert wurden« werden bei diesem zweiten Verfahren auf Grund der die anderen Probleme betreffenden Verbesserungen verringert« doch ist« obwohl ein Abnehmer zwischen dem äußeren und Inneren Kardanring des Richtungskreisels angeordnet ist und den Winkel zwischen diesen Kardanringen mißt« das Ausgangssignal von dem Abnehmer nicht in einer Form« die zur Durchführung einer vollständigen Kardanfehler-Korrektur geeignet 1st,

Der wesentliche Nachteil dieses zweiten Verfahrens besteht in der technischen Kompliziertheit der zusätzlichen Kardanringe und in dem Raumbedarf der Anordnung. Ein derartiges Gerät wird Üblicherwelse mechanisch mit dem Vertikalkreisel kombiniert« um eine stabilisierte Plattform zu bilden« deren Kosten wesentlich höher sind« als die Kombination von einfachen Vertikal- und Kurskreiseln»

Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kompaßsystem umfaßt einen Kurskreisel mit zwei Freiheitsgraden und mit inneren und äußeren Kardanringen« der ein elektrisches Ausgangssignal liefert« das den

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Steuerkurs des Luftfahrzeuges darstellt« in das das Kompaß= system eingebaut 1st« vertikale Bezugseinrichtungen zur Lieferung eines Ausgangesignals, das die Längs- und/oder Quer« neigung des Luftfahrzeuges darstellt^ Rechnereinrichtungen,, die aus den Ausgangssignalen des Kurskreisels und der vertikalen Bezugseinrichtung ein Signal ableiten, das den Winkel zwischen dem inneren und dem äußeren Kardanring des Kurskreisels darstellt η der vorhanden sein würde, wein die Ebene des inneren Kardanringes parallel zur horizontalen Achse der Erde liegen würde₉ und Ver= gleiohereinrlohtungen zum Vergleloh des Kardanring=Winkelsignals mit einem Ausgangssignal von einem Abnehmer, der den tat säen= liehen Winkel zwischen dem inneren und dem äußeren Kardanring des Kurskreisels mißt, um ein Ausgangssignal zu liefern* das den Fehler des Winkels zwischen dem inneren und dem äußeren Kardanring des Kurskreisels darstellt« wobei das Fehlersignal einem Aufriohtsystem zugeführt wird, das einen Teil des Kurs= kreiseis bildet, um die Ebene des inneren Kardanringes Im wesentlichen parallel zur horizontalen Erdachse auszurichten,,

Weil der Abnehmer zur Lieferung eines Signals verwendet wird^ . das ein tatsächliches MaB des Winkels zwischen dem inneren und dem äußeren Kardanring des Kurskreisels darstellt, was bei bekannten Kompaßsystemen unter Verwendung einfacher Kurskreisel nioht der Fall ist, kann dieses Merkmal mit großem Vorteil zur Verbesserung der Genauigkeit des Gesamt-Kompaßsystems dadurch ausgenutzt werden, daß eine vollständige Kardanfehlerkorrektur durchgeführt wird ο Wie dies weiter oben erläutert wurde, wird der Abnehmer bei bekannten Systemen üblicherweise als Nullanzeigeeinrichtung verwendet, so daß ein tatsächliches Maß des Winkels zwischen dem inneren und dem äußeren Kardanring nicht gewonnen wird und eine vollständige Kardanringkorrektur nioht ausgeführt werden kann«,

Das erfindungsgemäße Kompaßsystem weist die Vorteile des ersten bekannten Verfahrensaun Horizontalhalten des Spinachse des Kurs-

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kreisele In bezug auf die geringen Kosten und die geringe Größe auf und es weist zumindest die Genauigkeit der zweiten bekannten Anordnung bzw® des zweiten Verfahrens auf _B das weiter oben erläutert wurdeο Die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Kompaßsystems ist in der Praxis gegenüber der Genauigkeit bekannter Kompaßsysteme verbessert, Insbesondere wenn der Vorteil der Möglichkeit einer vollständigen Kardanfehlerkorrektur ausgenutzt wirdο

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sloh aus den Unteransprüchen„

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dar= gestellten Ausführungsbeispielen nooh näher erläutert»

In der Zeichnung zeigen?

FIg₀ 1 ein schematiches Blockschaltbild einer AusfÜhrungsform des Kompaßsystems;

FIg₀ 2 ein ausführlicheres Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Kompaßsystems₀

Das in den Zeichnungen dargestellte Kompaßsystem umfaßt einen einfachen Kreisel 1 mit zwei Freiheitsgraden, der dem ausführlicher wenn auch schematisch in Fig. 2 dargestellten Kreisel entsprechen kanne Der Kreisel weist einen um eine Spinachse 2 rotierenden Rotor 2, einen inneren Kardanring 4, einen äußeren an der Zelle des (nicht gezeigten) Luftfahrzeuges befestigten Kardanring 5, einen Aufricht-Drehmomenterzeuger 6, der betätigbar ist, um den Kreisel so zu präzedieren, daß die Spinachse j5 im wesentlichen horizontal verläuft, einen Abnehmer 7 zur Lieferung eines den Steuerkurswinkel Ψ des Luftfahrzeuges darstellenden Ausgangssignals und einen weiteren Abnehmer 8 zur Messung des Winkels 6 zwischen den Kardanringen 4 und 5 auf, der auf einem derartigen Wert gehalten werden soll, daß die Spinachse 3 horizontal ver-

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läuftο Dieser Kurskreisel 1 könnte auch die Form eines Kreisels mit einem mit Hilfe von biegungselastischen Elementen gelagerten Rotor aufweisenο Ausführungsformen einer Art von derartigen Kreiseln sind in den deutschen Offenlegungsschriften 20 24 593 und 22 10 391 der gleichen Anmelderin dargestellt und beschriebene

Das Kompaßsystem weistwiterhin eine Vertikalbezugseinheit in Form eines Vertikalkreisels 9 mit zwei Freiheitsgraden auf, obwohl dieser Vertikalkreisel alternativ ebenfalls ein Kreisel mit in biegungselastischen Lagerungen gehaltertem Rotor _B ein Wendekreisel, eine Pendeleinrichtung oder ein Beschleunigungsmesser sein könnte β Der Vertikalkreisel 9 liefert zwei Ausgangs·= signale an jeweiligen Leitungen 11 und 12, wobei das Ausgangssignal an der Leitung 11 den Längsneigungswinkel Θ des Luftfahrzeuges und das Signal an der Leitung 12 den Querneigungswinkel Ψ dee Luftfahrzeuges darstellt. Diese Querneigungs- und Längsneigungssignale werden einer digitalen Rechnerschaltung 13 zugeführt, die einen Teil einer digitalen Gesamtverarbeitungseinheit 14 bildet, wobei das Ausgangssignal von dem Abnehmer 7 des Kurskreisels 1 ebenfalls der Rechnerschaltung 17 zugeführt wird und diese Schaltung von diesen verschiedenen Eingängen ein Signal & an einer Leitung 15 ableitet, das ein erstes Maß des Winkels £ zwischen den inneren und äußeren Kardanringen 4 und 5 des Kurskreisels 1 darstellt. Die Funktion der Rechnerschaltung wird weiter unten ausführlicher beschrieben.

Das Signal an der Leitung 15 wird als ein Eingang einem digitalen Vergleicher 16 zugeführt, der ebenfalls einen ¹Seil der Verarbeitungseinheit 14 bildet. Der Wert £-_m des von dem Abnehmer δ des Kurskreisels 1 gemessenen Kardanringwinkels £ stellt den zweiten Eingang an den Vergleicher 16 dar, so daß das Ausgangssignal dieses Vergleichers an der Leitung 17 den Fehler des Kardanringwinkels darstellt, der durch S - S gegeben ist.» Dieses Fehlersignal wird dem Aufricht-Drehmomenterzeuger 6 des

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Kurskreisels über eine übliche Aufricht-Steuergesetzschaltung 18 zugeführt und der Drehmomenterzeuger arbeitet derart, daß der Kurskreisel.in die richtige Richtung präzediert wird, um das Fehlersignal auf 0 zu verringern, so. daß die Spinaohse 3 im wesentlichen horizontal gehalten wird»

Das KompaBsystem umfaßt weiterhin eine weitere digitale Rechner=· Schaltung 19, die eine vollständige Kardanringfehlerkorrektur ergibt* so daß Fehler« die aus dem geometrisohen Effekt des Fehlens eines dritten Freiheitsgrades in einem Kreisel mit zwei Freiheitsgraden^kompenslert werden. Diese Kardanringkorrektur kann auf Grund der Tatsache durchgeführt werden, daß ein tatsächliches Maß des Kardanringwinkels 6 zur Verfügung steht, das durch das Ausgangssignal des Abnehmers 8 geliefert wird ₉ das an der Leitung 20 der Schaltung I9 zugeführt wird, und zwar ebenso wie das Steuerkurs-Ausgangssignal von dem Abnehmer 7 auf einer Leitung 21. Weitere Eingänge an die Rechnerschaltung sind die Längsneigungs- und Querneigungssignale an den Leitungen 11 bzwο 12ο Die Funktion der Rechnerschaltung 19 wird ausführlicher weiter unten beschrieben, es sei jedoch bereits jetzt bemerkt, daß das korrigierte oder wahre Steuerkurs-Ausgangssignal γ^, das aus den Eingangssignalen abgeleitet wird, an einer Leitung 22 einer weiteren digitalen Verarbeitungseinheit 23 zugeführt wird ο Eine Magnetfeldsonde 24 liefert ein Eingangssignal an die Verarbeitungseinheit 23, wobei dieses Signal den magnetischen

Steuerkurs V__a_ des Luftfahrzeuges darstellt_o Weitere Eingänge niag

sind eine Versch&ungskorrektur für den Kurskreisel 1 an einer Leitung 25» eine Breitengrad-Korrektur an der Leitung 26 und eine Meridian-Konvergenzkorrektur an der Leitung 27, wobei diese verschiedenen Eingänge an die Verarbeitungseinheit 24 der üblichen Praxis entsprechen. Die Verarbeitungseinheit 24 liefert zwei Ausgänge, einen an einer Leitung 28, die ein magnetisch nachgeführtes Steuerkurssignal abgibt, und das andere an der Leitung 29, die ein Kurskreisel-Ausgangssignal abgibt. Lediglich einer der beiden Ausgänge an den Leitungen 28 und 29 wird

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zu irgendeinem vorgegebenen Zeitpunkt verwendet^ wobei der Pilot von einem Ausgang zum anderen schaltet« jenachdem welcher Ausgang zweokmäßiger isto

Im folgenden soll die Reohnersohaltung 13 weiter beschrieben werden. Diese Rechnersohaltung 13 ist bei dem bevorzugten Aus= fUhrungsbelspiel so aufgebaut« daß sie die folgende Gleichung löst« die aus gut bekannten Transformationen von den Erdachsen zu den Fahrzeugachsen und dann zu den Kreiselachsen abgeleitet

sin 9 cos 4L + cos 9 sin 9 sin Ψ_Μ i.__ £ m m f, \

^Tian C₀ cos 9 cos ψ ^%iJ

Bei dieser Gleichung ist angenommen« daß die Splnaohse 3 des Kurskreisels 1 horizontal ist« damit sloh ein erstes Maß des Winkels £ ergibt. Es können jedoch auch andere,Gleichungen verwendet werden« um den gewünschten Winkel 6_Q zu gewinnen ₀

Der Vergleicher 16 ist nicht ein einfacher Vergleicher« sondern er ist so ausgelegt, daß er die folgende Gleichung löst, um das Fehlersignal zu liefern« das zur Ansteuerung des Aufrichter eh» momenterzeugers 6 des Kurskreisels 1 verwendet wlrds

tan £ - tan £

°c °ία 1 + tan fc tan £ ^{K }}

c ^n

Die Reohnersohaltung 18 ist derart aufgebaut« daß sie die fol« gende Gleichung löst« um das wahre Steuerkurs-Ausgangssignal ^₁ zu liefern; es können jedoch wiederum auch andere Gleichungen zu dem gleichen Zweck verwendet werden:

oos £ sin HL + sin ψ tan £

I oos Ψ_Μ oos 9 + sin 9 cos φ tan t^ - sin 9 sinfsin

Die Gleichungen (l) und (3) sind von den allgemeinen Bewegungsgleichungen eines einfachen Kreisels mit zwei Freiheitsgraden abgeleitetο

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π -

In Pig. 2 ist ein ausführlicheres und bevorzugtes System verglichen mit dem nach Fig. 1 dargestellt. Der Kurskreisel 1 ist dem in Fig. 1 verwendeten ähnlich, wie es bereits erwähnt wurde, obwohl der Abnehmer 7 die Form eines Differentialresolvers aufweist ο Die Rechner schaltungen 13 und 19* der Vergleicher 16 und die digitale Verarbeitungseinheit 23 nach Fig. 1 sind alle in einer zentralen Verarbeitungseihheit (GPU) 31 vereint, der weiterhin ein Speioher 32 mit wahlfreiem Zugriff (RAH) und ein Fest» wertspeicher 33(ROM) zugeordnet sind. Ein Vertikalkreisel 9 und eine Magnetfeldsonde 24 werden ebenso wie in Figo 1 zusammen mit einer Aufricht-Steuergesetzschaltung 18 verwendet, die im einzelnen ein Flipflop 34, einen Modulator 35 und einen Verstärker 36. einschließt <,

Die Ausgänge des Kurskreisels 1, des Vertikalkreisels 9 und der Magnetfeldsonde 24 werden der zentralen Verarbeitungseinheit 31 Über eine Schnittstelleneinheit 37 zugeführt, die einen Analog·= signal-Multiplexer 38, einen Vergleicher 39 und einen Digital-/ Analogkonverter 4l umfaßt« Die an den Leitungen 25 und 27 in Fig. 1 zugeführten Korrektursignale ergeben sich in der zentralen Verarbeitungseinheit 31 des beschriebenen Systems selbst, das Breitengrad-Korrektursignal Λ wird jedoch an der Leitung 26 als ein Eingang an den Multiplexer 38 zugeführt. Eine weitere Schnittstelleneinheit 42 ist zwischen der zentralen Verarbeitungsein= heit 31 und dem Kurskreisel 1 eingefügt, wobei diese Einheit einen Digital-/Analogkonverter 43 und zwei parallele Kanäle umfaßt, die jeweils eine Abtast- und Haltesohaltung 54 uns einen Modulator 45 aufweisen und die jeweils Signale ableiten, die proportional zu sinus S und ooslnus S sind, wobei 8 die Differenz zwischen dem angezeigten und dem wahren Steuerkurs 1st.

Um die Notwendigkeit einer Hochgesohwindigkeits-Verarbeitungseinheit 31 und Hochgesehwindigkeits-Schnittstelleneinheiten 37 und 42 zu vermeiden, ist das System für einen Betrieb in einer Quasi-Rückkopplungsbetriebswelse ausgelegt,, Der in dem Kurskrei-

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sei 1 verwendete Differentialresolver 7 führt die schnellen Nachfolgeraten beispielsweise während einer schnellen Wendebewegung des Luftfahrzeuges aus und die zentrale Verarbeitungs» einheit j51 errechnet das Korrektursignal S, das sich relativ viel langsamer ändert, ungefähr um zwei Größenordnungen langsamer. Die Betriebswelse des Kompaßsystems nach Fig. 2 ist folgende:

Der wahre Steuerkurs Y_fc wird von dem Differentialresolver 7 ab= geleitet, der den Kreisel-Steuerkurs V und das Korrektursignal S⁹ summiert, wobei S* der Wert von 8 aus dem vorhergehenden Zyklus istο Der wahre Steuerkurs Ψ_t wird In Multiplexbetriebs= weise zusammen mit den Querneigungs- und Längsneigungssignalen φ, Q, dem Signal £_ und dem magnetischen Steuerkurs ·?__ _ von

m mag

der Magnetfeldsonde 24 In die zentrale Verarbeitungseinheit 31 eingegeben.

Der erste Sehritt besteht darin,^ zu berechnen, was durch Speichern und Subtrahieren des Korrektursignals 8* aus dem vorhergehenden Iterationszyklus durchgeführt wird» Unter Ver» wendung von Sf₉ ψ₉ θ , Ψ__β_ und B_m wird das neue Korrektursignal

mag in

ο errechnet und als ein Eingang dem Resolver 7 über die Schnitt= Stelleneinheit 42 zugeführt. Dies ist ein kontinuierlicher Vor= gang, der relativ langsam durchgeführt werden kann (ungefähr 40 Millisekunden) wobei eine sehr große Systemgenauigkeit (besser als 0,1°) selbst bei komplexen Luftfahrzeugmanövern erreicht wird _o

Es ist zu erkennen, daß jedes der vorstehend beschriebenen Kompafisysteme keinen größeren Raumbedarf und kein größeres Gewicht aufweist, als die bekannten Systeme _B die Flüssigkeitslibellen verwenden, um die Spinachse des Kurskreisels horizontal zu halten* so daß .das erfindungsgemäße System ähnliche Vorteile in bezug auf die Größe aufweist,, wie das bekannte System»

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Das erfindungsgemäße System weist weiterhin einen geringeren Raumbedarf als die bekannten stabilisierten Systeme auf« well keine zusätzlichen Kardanringe erforderlich sind« so daß sich der weitere Vorteil einer wirtschaftlichen Herstellung ergibt« und wobei die bisherigen zusätzlichen Kardanringe Im wesentlichen durch eine analytische Stabilisierung des Kurskreisels ersetzt sind. Die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Systems 1st jedoch zumindest so gut wenn nloht sogar besser als die der bekannten stabilisierten Systemeο Ein weiteres besonders vorteilhaftes Merkmal der erfindungsgemäßen Kompaßsysteme be« steht daring daß ein Teilausfall der Rechner schaltung Ij5 oder 19 oder der zentralen Verarbeitungseinheit 31 oder des Vertikal·» kreiseis 9 keine katastrophalen Folgen hat« weil« wenn der Auf» rioht-Drehmomenterzeuger 6 direkt dem Abnehmer 8 naohgeführt wird um die inneren und äußeren Kardanringe 4« 5 orthogonal zu halten« ein Steuerkurs°Ausgangssignal gewonnen wird« das genau ist« wenn der äußere Kardanring 5 vertikal isto Diese Umwandelbarkeit kann in einem Kompaßsystem angewandt werden« das für ein Landfahrzeug bestimmt ist« wenn der Kurskreisel 1 von dem Fahrzeug entfernt wird und als entfernter Peilrichtungsanzeiger verwendet wird« wie dies in manchen Fällen erforderlich ist.

Patentansprüche 8

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Claims (2)

1. Patentansprttohe :

   I.) Kompaßsystem, Insbesondere für Luftfahrzeuge« gekennzeichnet duroh einen Kurskreisel (l) mit zwei Freiheitsgraden und mit inneren und äußeren Kardanringen (3, 4), der ein elektrisches Auegangssignal Cf_m) liefert, das den Steuerkurs des Fahrzeuges darstellt, in das das Kompaßsystem eingebaut ist, vertikale Bezugseinrichtungen (9) zur Lieferung eines Ausgangssignals (Θ,?), das die Längs- und/oder Querneigung des Fahrzeuges darstellt, Reohnereinrichtungen (13; 31)» die aus den Ausgangesignalen des Kurskreisels und der vertikalen Bezugseinrichtung ein Signal (£_c) ableiten, das den Winkel zwischen dem inneren und dem äußeren Kardanring O* 4) des Kurskreisels (l) darstellt, der vorhanden sein würde, wenn die Ebene des Inneren Kardanringes (3) parallel zur horizontalen Erdachse liegen würde, und Vergleicherein» richtungen (16) zum Vergleich des Kardanring-Winkelsignals mit einem Ausgangssignal (^_n) von einem Abnehmer (8), der den tatsächlichen Winkel zwischen dem Inneren und dem äußeren Kardanring (3# 4) des Kurskreisels (l) mißt, um ein Ausgangssignal (£_m - £_Q) zu liefern, das den Fehler des Winkels zwischen dem inneren und dem äußeren Kardanring (3, 4) des Kurskreisels (l) darstellt, wobei das Fehlersignal (^L- ^₀) einem Aufriehtsystem (18) zugeführt wird, das einen Teil des Kurskreisels (l) bildet, um die Ebene des inneren Kardanringes (3) im wesentlichen parallel zur horizontalen Erdachse auszurichten.
2. 2. Kompaßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeiahnet, daß die Ausgangssignale (V , Θ, V) von dem Kurskreisel und den vertikalen Bezugseinrichtungen den Rechnereinrichtungen (31) über eine Schnittstelleneinheit (37) zugeführt werden, und daß das den Steuerkurs darstellende Ausgangssignal(^)

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   von dem Kurskreisel von einem Differentialresolver (7) abgeleitet wird, dem von den Reohnereinriohtungen Öl) über eine weitere Sohnittstelleneinheit (42) ein Korrektur-Eingangssignal (<5) zugeführt wird, so daß das System in einer Quäsi-RUokkopplungsbetriebswelse derart arbeitet, daß die Rechnereinrichtungen (31), die Sohnittstelleneinheit (37) und die weitere Schnittstelleneinheit (42) eine relativ niedrige Betriebsgeschwindigkeit aufweisen können₀

   ο Kompaßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektur-Eingangssignal (8) anjden Differentialresolver (7) ein Signal 1st, das die Differenz zwischen dem wahren und dem angezeigten Steuerkurs des Fahrzeuges darstellte

   ο Kompaßsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleioherelnrichtungen In die Rechnereinrichtungen (31) eingefügt sind.

   5ο Kompaßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß Einrichtungen (19) zur Durchführung einer Kardanringfehlerkorrektur in dem Kurskreisel (l) vorgesehen sind»

   Kompaßsystem nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichne t s daß die Einrichtungen (19) eine Rechnerschaltung umfassen, der als Eingangssignale die Ausgangssignale (f , £_, Ö, ψ) von dem Kurskreisel und den vertikalen Bezugseinrichtungen (9) zugeführt werden«

   ο Kompaßsystem nach Anspruch 5, dadurch gek. ennzeichn e t 8 daß diese Einrichtungen in der Rechnereinrichtung (31) eingefügt slnd₀

   δ ο Kompaßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurskreisel (l) ein Kreisel mit biegungselastisch aufgehängtem Rotor ist·

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   Kompaßsystem naoh einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Be» zugselnrlchtung die Form eines Kreisels (9) mit zwei Frei«» heltsgraden aufweisto

   10, Kompaßsystem naoh einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Bezugseinrichtung (9) die Form eines Kreisels mit biegungselastisch aufgehängtem Rotor aufweist«

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