DE2649840A1 - Kreiselmagnetkompass-system - Google Patents

Description

PacentanwäHe Diρ!.-1r.g. Curt Wallach

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Dipl.-Phys. 2649840 * Dipl.-lng. Rainer

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 29. Oktober 1976

Unser Zeichen: 15 674 - Fk/Ne

Sperry Rand Corporation New York, USA

Kre iselmagne tkompaß-Sys tem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kreiselmagnetkompaß-System für navigierbare Fahrzeuge, das in einer Vielzahl von Betriebsarten betrieben werden kann.

Systeme, bei denen, der Ausgang eines Kreiselgerätes dem Ausgang einer Magnetfeldsonde nachgeführt wird, sind seit vielen Jahren bekannt und sind in der Praxis zu der üblichen Steuerkurs -Bezugs einrichtung für moderne Linien- und Militär-Luftfahrzeuge geworden. Die grundlegende Ausführungsform eines derartigen Systems ist in den britischen Patentschriften 638 971, 658 972 und 835 264 der gleichen Anmelderin beschrieben. Bei diesen bekannten Systemen wird der von dem Kreiselgerät gelieferte Richtungsbezug elektromechanisch der Richtung des durch eine Magnetfeldsonde bestimmten Erdmagnetfeldes dadurch nachgeführt, daß die Richtung des Erdmagnetfeldes mit der Kreisel-Bezugsrichtung verglichen wird und die Differenz einem Drehmomentgeber an dem Kreiselgerät zugeführt wird, so daß ein Präzession des Kreisels derart hervorgerufen wird, daß der Fehler auf 0 verringert wird und der Kreiselbezug der magnetischen Nordrichtung entspricht.

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Die Magnetfeldsonde mißt die Horizontalkomponente des Erdmagnetfeldes dadurch, daß die Meßelemente der Magnetfeldsonde mit Hilfe einer pendelnden Befestigung der Meßelemente in dem Luftfahrzeug in einer allgemein horizontalen Ebene gehalten werden. Wenn daher das Luftfahrzeug Beschleunigungskräften ausgesetzt wird, kann die Magnetfeldsonden-Information fehlerhaft sein, und zwar als Ergebnis ihrer Kopplung mit der 'Vertikalkomponente des Erdmagnetfeldes. Bei geradlinigen und ebenen unbeschleunigten Flugzuständen liefert die Magnetfeldsonde jedoch eine stabile Richtungsinformation. Andererseits liefert das Kreiselgerät eine stabile Information während des Kurvenfluges und während kurzzeitiger Beschleunigungen des Luftfahrzeuges, doch ist es Langzeit-Drifterscheinungen ausgesetzt, wie sie in der Natur der Kreiselgeräte liegen. Bei einem üblichen Kreiselmagnetkompaßsystem wird der Magnetfeldsonden-Kreiselgerät-Fehler einem Drehmomentgeber an dem Kreisel zugeführt, um den letzteren mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit in Präzession zu versetzen, d.h. mit ungefähr 2 oder 5° pro Minute, so daß das Kreiselgerät zur Integration der Magnetfeldsondeninformation dient, um unerwünschte Kurzzeitfehler zu beseitigen. Kurzzeitmanöver des Luftfahrzeuges werden jedoch unmittelbar von dem Kreiselgerät festgestellt, sie werden jedoch nicht von der Nachführschleife erkannt. Andererseits kann sich keine Langzeit-Kreiseldrift über längere Zeit gesehen ausbilden, weil der Kreisel der Magnetfeldsonde nachgeführt wird.

Es wurden vielfältige Abänderungen der vorstehend beschriebenen grundlegenden Kreiselmagnetkompaß-Konfiguration vorgeschlagen und mit Erfolg ausgeführt. Eine dieser Abänderungen besteht in einer Anordnung, bei der die Kreiselspin- oder Bezugsachse nicht dem magnetischen Meridian nachgeführt wird und bei der die Integration der Magnetfeldsondeninformatxon durch einen " elektromechanischen Integrator durchgeführt wird. Hierbei liefert die Kreiselinformation lediglich die Kurzzeit-Datenstabilisierung, die über eine elektromechanische Nachlaufschleife mit schnellen Ansprecheigenschaften geliefert wird.

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Ein derartiges System ist in der US-Patentschrift 2 699 612 der gleichen Anmelderin beschrieben.

V/eitere Verbesserungen der letzteren Art von Konfiguration sind in der deutschen Offenlegungsschrift 2 062 6l6 der gleichen Anrnelderin beschrieben, bei der Langzeit-Daten von der Magnetfeldsonde und Kurzzeit-Kreiseldaten miteinander kombiniert werden, beispielsweise in einem Differentialdrehmelder an dem Kreisel, um ein Fehlersignal oder ein Synchronisierwinkelsignal zur elektronischen "Nachführung" des Kreisels zu erzeugen. Der Fehler wird dem Differentialdrehmelder derart zugeführt, daß der Fehler auf einer Langzeitbasis verringert wird, während Kurzzeit-Kreiseldaten direkt zum Systemausgang übertragen werden. Dieses System ist ein vollständig in Halbleitertechnik ausgeführtes System, es verwendet jedoch digitale Rechnertechniken, die zwar sehr genau und zuverlässig sind, die jedoch hinsichtlich des Aufwandes an Bauelementen und der Zusammenschaltung relativ aufwendig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kreiselmagnetkompaßsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei gleicher Genauigkeit und Zuverlässigkeit den hohen Aufwand ausschließlich digitaler Systeme vermeidet.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Kreiselmagnetkompaßsystem für navigierbare Fahrzeuge, das in einer Vielzahl von Betriebsarten betrieben werden kann, und einen Magnetkompaß zur Lieferung eines zum magnetischen Steuerkurs des Fahrzeuges proportionales Signals, einen Kurskreisel zur Lieferung eines zum Trägheits-Steuerkurs des Fahrzeuges proportionalen Signals, Differentialeinrichtungen, deren einer Eingang mit dem Kurskreisel und deren anderer Eingang mit dem Magnetkompaß gekoppelt ist, um ein Differential-Ausgangssignal zu erzeugen, normalerweise auf das Differential-Ausgangssignal ansprechende System-Ausgangseinrichtungen zur Lieferung eines System-Ausgangssignals, das zur Zuführung an Steuerkurs-Nutzeinrichtungen geeignet ist, und eine Signalverarbeitungseinrichtung einschließt, erfindungs-

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gemäß dadurch gelöst, daß Vergleichereinrichtungen vorgesehen sind, die in einer der Betriebsarten auf das Magnetkompaßsignal und das System-Ausgangssignal ansprechen und ein Gleichspannungs-Pehlersignal liefern, dessen Vorzeichen und Amplitude proportional zu irgendeiner Differenz zwischen dem magnetischen Steuerkurs und dem Trägheitssteuerkurs des Fahrzeuges ist, daß elektronische Analog-Winkelgeschwindigkeits-Generatoreinrichtungen vorgesehen sind, die auf das Gleichspannungs-Fehlersignal ansprechen und einen eine veränderliche Zeitkonstante aufweisenden Integrator zur Lieferung eines Paares von eine konstante Amplitude aufweisenden Wechselspannungssignalen mit einer Sinus- und Kosinusbeziehung und mit Frequenzen einschließen, die von einer vorgegebenen Geschwindigkeit abhängen, mit der das Fehlersignal auf 0 verringert werden soll, wobei die vorgegebene Geschwindigkeit der Zeitkonstante des Integrators entspricht, und daß Einrichtungen zur Zuführung der Wechselspannungssignale an den anderen Eingang der Differentialeinrichtungen in der genannten einen Betriebsart und Einrichtungen zur Zuführung des Differential-Ausgangssignals an die System-Ausgangseinrichtungen vorgesehen sind, so daß das Gleichspannungsfehlersignal mit einer Geschwindigkeit auf 0 verringert; wird, die durch die Frequenz der Wechselspannungssignale bestimmt ist.

Das Kreiselmagnetkompaßsystem, das die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bildet, ist ein vollständig in Halbleitertechnik ausgebildetes elektronisches System der allgemeinen Art, wie sie in der obenerwähnten deutschen Offenlegungsschrift 2 062 6l6 der gleichen Anmelderin beschrieben ist, das jedoch durchgehend Analogtechniken verwendet, die die gleiche Genauigkeit und Zuverlässigkeit erzielen, die jedoch den hohen Aufwand vermeiden, der üblicherweise bei rein digitalen Systemen erforderlich ist.

Kreiselmagnetkompaßsysteme erfordern üblicherweise die Erzeugung und Verarbeitung von Winkelverstellungs- und Winkelgeschwindigkeitsdaten, die bei bekannten Analog-Systemen durch elektromagnetische Servoschleifen erzeugt und verarbeitet

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werden, die Winkelsignalgeneratoren und Empfänger der gut bekannten Synchro-Bauart einschließen. Bei bekannten digitalen Systemen werden diese Daten unter Verwendung relativ komplizierter und aufwendiger AnalogVDigital- und Digital-/ Analog-Konverter, digitaler Steuertransformatoren, Vorwärts-Rückwärts-Zählern, Speichern, Multiplexern und Programmsteuerungen erzeugt und verarbeitet.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden jedoch die Winkelverstellungs- und Winkelgeschwindigkeitsdaten mit Hilfe eines in Halbleitertechnik ausgeführten Winkelgeschwindlgkeitsgenerators oder Winkelratengenerators erzeugt, der mit Hilfe von Gleichstrom-Steuersignalen gesteuert wird, so daß aufwendige digitale Einrichtungen und die mechanischen und elektromechanischen Einrichtungen mit Ausnahme eines einfachen WechseIspannungsresolvers oder Differential-Drehmelders entfallen können. Der Generatorausgang wird dazu verwendet, in der nachgeführten Kreiselbetriebsart den Vergleich eines Gleichspannungs-Magnetfeldsondensignals mit dem Kreisel-Winkelsignal zu ermöglichen, das mit Hilfe des Wechselspannungs-Resolvers gemessen wird. Weiterhin sind in Abhängigkeit von der Betriebsart des Systems weitere Winkelgeschwindigkeitsinformationen erforderlich, beispielsweise Magnetfeldsonden-Daten allein in der Kompaßbetriebsweise und Erddrehgeschwind igke its- und Kreiseldrift-Geschwindigle itsdaten in der Kreisel-(oder Kurskreisel)Betriebsart. Diese letztgenannten Winkelgeschwindigkeitssignale werden durch in geeigneter Weise mit einem Maßstab versehene Werte von Gleichspannungssignalen bestimmt, die die Winkelgeschwindigkeiten darstellen.

Der Winkelgeschwind igke its- oder Winkelratengenerator kann einen Doppelflankenintegrator, der durch die mit einem Maßstab versehenen Gleichspannungssignale gesteuert wird, um die gewünschte Ausgangs-Winkelgeschwindigkeit zu erzeugen, und eine geeignete Gradientenumschaltung umfassen, die durch eine Amplituden-Bezugsquelle und Nulldurchgangsdetektoren gesteuert wird, um Sinus- und Konsinus-Dreieckschwingungen zu liefern.

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Diese Dreieckschwingungen können nachfolgend in geeigneter Weise geformt werden, um sinusförmige Schwingungsformen mit der gewünschten Auflösung für die Übertragung zu Nutzsystemen zu liefern.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform des Kreiselmagnetkompaßsystems;

Fig. 2 eine Tabelle, die die Position der drei Schalter

SWl, SV/2 und SVO in den verschiedenen Betriebsarten des Systems zeigt;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Ausfuhrungsform

der Bauteile einer V/ inke Ige schwind igke its Generatorschaltung des Systems;

Fig. 4 · eine Wahrheitstabelle der logischen Schaltung

in einer Quadranten-Steuerschaltung der Winkelgeschwind igke its -Genera torschaltung;

Fig. 5 eine Reihe von Schwingungsformen zur Erläuterung

der Betriebsweise der verschiedenen Bauteile der Winkelgeschwindigkeits-Generatorschaltung;

Fig. 6 ein Schwingungsformdiagramm, das die Übertragungsfunktion der Schwingungsformerschaltungen der Winkelgeschwindigkeits-Generatorschaltung erläutert.

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Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des in Halbleitertechnik ausgeführten Analog-Kreiselmagnetkompaßsystems 10 umfaßt eine Magnetfeldsonde 11, die der in der in dem deutschen Patent 2 005 109 beschriebenen Magnetfeldsonde ähnlich ist und die in einem Luftfahrzeug befestigt ist. Die Magnetfeldsonde spricht auf das Erdmagnetfeld an, weist eine Anzahl von Abnehme rxNficklungen auf und erzeugt elektrische Signale, die die Richtung des Erdmagnetfeldes darstellen, und aus denen der magnetische Steuerkurs des Luftfahrzeuges bestimmt werden kann. Diese elektrischen Signale werden einer Verarbeitungseinrichtung 12 zugeführt, die ähnlich der in der deutschen Offenlegungsschrift 1 964 569 der gleichen Anmelderin beschrieben ist. In der Verarbeitungseinrichtung 12 wird der durch die elektrischen Signale von der Magnetfeldsonde 11 dargestellte Erdfeldvektor in Komponentenwerte aufgelöst, die in proportionale Gleichströme DC sin Ψ und DC cos ¹F umgewandelt werden, mag mag °

Die Gleichstromkomponentensignale werden von der Verarbeitungseinrichtung 12 einem Kompensator 13 zugeführt, der in der deutschen Offenlegungsschrift 2 554 190 beschrieben ist. Der Kompensator Ij5 kompensiert die Gleichstrom-Sinus- und Kosinus-Komponenten hinsichtlich des Indexfehlers, des Einperioden-Nord/Süd-Ost/West-(Breitengrad-)Pehlers und der Zweiperioden-Hauptrichtungs- und Zwischenrichtungsfehler und gleicht den Ausgang der Magnetfeldsonde 11 über eine dieser zugeführte Gleichspannungsgegenkopplung so lange ab, bis die oben erwähnten Fehler im wesentlichen aufgehoben sind. Die Gleichstromkomponenten DC sin ^ und DC cos Ψ werden weiter-

mag mag

hin Modulatorschaltungen 14 und 15 zugeführt, in denen die Gleichspannungssignale in sinusförmige Signale umgewandelt werden, wie dies durch sin Ψ bzw. cos Ψ dargestellt ist.

Die Sinus- und Kosinuskomponenten von f werden danach einer konstantamplituden-/veranderliehe Phasen-Schaltung 16 zugeführt, die der in der US-Patentschrift 3 617 863 beschrie-

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benen ähnlich ist und die im folgenden aus Vereinfachungsgründen als CMVP-Schaltung bezeichnet wird. Die CMVP-Schaltung l6 wandelt die Sinus- und Kosinus-Komponenten von f in ein Signal

Ψ um, das eine konstante Amplitude und eine veränderliche mag ^v

Phase aufweist, wobei die Phase proportional zum magnetischen Steuerkurs des Luftfahrzeuges ist. V wird einer magnetischen Kompensationsschaltung 17 zugeführt, in der Ψ modifiziert wird, d.h. einer Phasenverschiebung von 0°, + 15 oder -15° unterworfen wird, und zwar in Abhängigkeit von der geographischen Position (Breite) des Luftfahrzeuges und in Abhängigkeit von einem magnetischen veränderlichen Steuersignal, das der Schaltung 17 zugeführt wird. Der Ausgang ψ von der Schaltung 17 kann in einem Aufricht-Steuersystem zweiter Ordnung 21 beispielsweise eines Vertikalkreisels oder einer Kreiselplattform verwendet werden. Ψ wird weiterhin einer Demodulator-Bezugs-

mag °

schaltung 22 zugeführt, in der dieses Signal von einer Sinusschwingung in eine Rechteckschwingung Ϋ umgewandelt wird. Die Verwendung einer Rechteckschwingung im Gegensatz zu einer Sinusschwingung vergrößert die Demodulationsgenauigkeit und verringert die Kompliziertheit der Demodulator-Bezugsschaltung

Der Rechteckschwingungsausgang Ϋ von der Demodulator-Bezugsschaltung 22 wird einer Demodulatorschaltung 23 zusammen mit einem Rechteckschwingungssignal Ψ , zugeführt, f . schließt die Kombination des Ausganges von einem Kurskreisel 51 und des Fehlersignals ein, das von dem Kreiselmagnetkompaßsystem erzeugt wird, wie dies noch weiter unten ausführlicher erläutert

wird. V und Y₁ . sind beide Rechteckschwingungssignale, die m out

typischerweise eine Trägerfrequenz von 400 Hz aufweisen. Die Demodulatorschaltung 23 vergleicht f und Τ_, . und erzeugt

m Ou x>

ein Gleichspannungs-Fehlersignal Ϋ hieraus, das proportional zur Phasendifferenz zwischen diesen Signalen ist. Ψ wird

err

einem k«-Verstärker 24 zugeführt, in dem dieses Signal in geeigneter Weise verstärkt wird, worauf es einem am Instrumentenbrett befestigten Anzeiger 25 zugeführt wird, um dem Piloten anzuzeigen, daß das System nachgeführt wird. Der Ausgang f

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des Verstärkers 24 wird weiterhin einer Präzisbns-Spannungsverstärker-/Begrenzerschaltung 26 mit hoher Verstärkung zugeführt. Die Verstärker-ZBegrenzerschaltung 26 begrenzt im wesentlichen die Amplitude von HV auf einen Spitzenwert, der typischerweise eine Amplitude aufweist, die eine ttachführgeschwindigkeit in di
Minute hervorruft.

schwindigkeit in der Größenordnung zwischen 2,5 und 3° pro

Der Ausgang Ψ'_Γ der Verstärker-ZBegrenzerschaltung 26 wird einer WinkeIgeschwindigkeits-Generatorschaltung ZJ zugeführt. Die Winkelgeschwindigkeits-Generatorschaltung 27 (deren Betriebsweise weiter unten ausführlich beschrieben wird) erzeugt Sinus- und Kosinuskomponenten eines Winkelgeschwindigkeitssignals, d.h. allgemein sinusförmige Schwingungsformen mit konstanter Amplitude und mit veränderlichen Frequenzen, die sich in Abhängigkeit von der Größe und Polarität des dem Eingang zugeführten Gleichspannungs-Fehlersignals ändern. Die Winkelgeschwind igke its -Sinus- und WinkeIgeschwindigkeits-Kosinus-SignaIe werden zwei Modulatorschaltungen 41 und 42 zugeführt, in denen sie zur Modulation von Recheckschwingungssignalen, typischerweise mit einer Frequenz von 400 Hz verwendet werden, die von diesen erzeugt werden. Es werden wiederum Rechteckschwingungsmodulatoren verwendet, um die Verwendung aufwendigerer Sinus-Schwingungsmodulatoren zu vermeiden. Die Ausgänge von den Modulatorschaltungen 41 und 42 v/erden den Statorwicklungen eines Resolvers 44 zugeführt und liefern Erregungssignale für den Resolver 44 zusätzlich zu dem Nachführ feile rs ignal

Der Resolver 44, der irgendein geeignetes elektrisches Differentialelement sein kann, wie z.B. ein Synchroresolver, weist einen Rotor auf, der mit der Ausgangswelle des Kurskreisels verbunden ist, so daß er den durch den Kurskreisel bestimmten Trägheitssteuerkurs des Luftfahrzeuges feststellt. Der Kurskreisel 31 kann ein getrenntes Kreiselgerät oder eine Kreiselplattform sein, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift J> 648 beschrieben ist. Bei dem beschriebenen Ausführungsbe^iel sind

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die Statorwicklungen 43 des Resolvers 44 gegenüber dem Kurskreisel 31 festgelegt, während die Rotorwicklungen 45 durch den Kurskreisel eingestellt werden. Der Resolver i\^Tirkt daher als Summier einrichtung zur Summierung der von dem V/inkelgeschwindigkeitsgenerator erzeugten Winkelsignale mit den Winkelsignalen, d ie von dem Kreiselgerät j51 erzeugt werden. Entsprechend können die Ausgänge von den Rotorwicklungen 45 des Resolvers 44 als

sin (ψ.

Plattform ⁺

^C0S ^Plattform

dargestellt werden, worin ^Oiattforn ^{den Tr}ägneitssteuerkurs des Luftfahrzeuges darstellt, wie er von dem Kurskreisel erzeugt wird. Die Ausgänge von den Rotorwicklungen 45 werden in den "beiden Demodulatorschaltungen 46 und 47 demoduliert. Diese Demodulation wird durchgeführt, um unerwünschte Oberwellen aus den Rotor-Ausgangssignalen zu beseitigen. Die Ausgänge von den Demodulatorschaltungen 46 und 47 werden danach erneut in Modulatorschaltungen 51 bzw. 52 moduliert. Die Ausgänge von den ModulatorschaItungen 51 und 52 werden einem Scott-T-Transforrnator 53 zugeführt, von dem System-Ausgangsdaten im Synchro-Format abgeleitet werden, die irgendeinem System zugeführt werden können, das eine Steuerkursinformation verwendet oder benötigt, wie z..B. den Instrumenten am Instrumentenbrett, einem Autopiloten und/oder einem Flugkommandogerät. Die Ausgänge von den Modulatorschaltungen 51 und 52 werden weiterhin einer CMVP-SchaItung 54 zugeführt, die gleich der CMVP-Schaltung 16 ist. Die CMVP-SchaItung 54 wandelt die Sinus- und Kosinus-Komponentensignale von den Modulatoren 51 und 52 in ein eine konstante Größe und eine veränderliche Phase aufweisendes Ausgangssignal Ψ . um, das danach der Demodulatorschaltung 23 zum Vergleich mit dem Ψ -Signal zugeführt wird.

Die vorstehende Beschreibung des Kreiselmagnetkompaßsystems 10 zeigt die Betriebsweise des Systems in der Nachführbetriebsweise. In dieser Betriebsweise wird der Trägheits-Steuerkurs des Luftfahrzeuges,· wie er von dem Kurskreisel 31 bestimmt wird,

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elektronisch dem magnetischen Steuerkurs des Luftfahrzeuges nachgeführt, wie er von der Magnetfeldsonde 11 bestimmt wird. Viie es weiter oben erwähnt wurde, mißt die Magnetfeldsonde die Horizontalkomponente des Erdmagnetfeldes dadurch, daß die Meßelemente in einer allgemein horizontalen Ebene mit Hilfe . einer pendeiförmigen Befestigung in dem Luftfahrzeug gehalten werden. Obwohl die Magnetfeldsonde einen ausgezeichneten Langzeit-Steuerkursbezug liefert, ist sie Kurzzeit-Störungen auf Grund von Luftfahrzeugbeschleunigungen ausgesetzt, die auf das Pendelelement einwirken. Weiterhin liefert der durch die Kreiselträgheit eines umlaufenden Rotors stabilisierte Kurskreisel einen stabilen Kurzzeit-Steuerkursbezug, er ist jedoch Langzeit-Störungen auf Grund von Unvollkommenheiten des Kreiselgerätes ausgesetzt, die ein Portdriften des Kreisels von seiner Bezugsrichtungbervorrufen. Typischerweise sind diese Drifteigenschaften sehr klein, beispielsweise in der Größenordnung eines Bruchteils eines Grades pro Stunde, wobei dieser Wert selbstverständlich von der Qualität des Kreiselgerätes abhängt.

Es ist daher zu erkennen, daß der magnetische Steuerkurs Ψ sowohl eine gewünschte Langzeitkomponente als auch eine unervünschte Kurzzeitkomponente aufweist, während der Trägheits-Steuerkurs ^p_lat+-f _r eine erwünschte Kurzzeitkomponente und eine unerwünschte Langzeitkomponente aufweist. Das beschriebene Kreiselmagnetkompaßsystem, das vollständig in Halbleitertechnik ausgeführte Analogeinrichtungen verwendet, führt den Kurskreisel elektronisch dem magnetischen Steuerkurs des Luftfahrzeuges nach, so daß ein Ausgangssignal geliefert wird, das die erwünschten Kurzzeitkomponenten des Trägheitssteuerkurses und die erwünschten Langzeitkomponenten des magnetischen Steuerkurses umfaßt.

Entsprechend wird der magnetische Steuerkurs f (mit dem Format einer Rechteckschwingung mit konstanter Amplitude und veränderlicher Phase) mit dem Ausgangssteuerkurs Ϋ . (mit dem Format einer Rechteckschwingung mit konstanter Amplitude und veränder-

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licher Phase) in der Demodulatorschaltung 23 verglichen und d ie Phasendifferenz zwischen diesen Signalen, die durch ^_6rr dargestellt ist, wird der Winkelgeschwindigkeits-Generatorschal tung 27 zugeführt. Die Winkelgeschwindigkeits-Generatorschaltung 27, die einen Doppelflanken-Integrator und Schalteinrichtungen verwendet, wird im folgenden noch näher erläutert und erzeugt ein Winkelgeschwindigkeitssignal mit orthogonalen Komponenten (Sinus und Kosinus der Winkelgeschwindigkeit). Weil die Winkelgeschwindigkeits-Generatorschaltung 27 in der Nachführbetriebsweise einen Integrator mit großer Zeitkonstante verwendet, werden die Kurzzeitkomponenten des Fehlersignals Ψ

wirksam aus dem Winkelgeschwindigkeitssignal entfernt. Daher stellen die orthogonalen Komponenten des Winkelgeschwindigkeitssignals die Differenz zwischen der Langzeitkomponente des magnetischen Steuerkurses und der Langzeitkomponente des Ausgangssteuerkurses dar.

Die orthogonalen Komponenten (Winkelgeschwindigkeits-Sinus und Winkelgeschwindigkeits-Kosinus) des Winkelgeschwindigkeitssignals werden zur Modulation von Erregungssignalen verwendet, d ie den Sinus-/Kosinus-Wicklungen 4j5 des Resolver-Stators zugeführt werden, Weil die Sinus-/Kosinus-Wicklungen 45 des Resolver-Rotors auf dem vertikalen Kardanrahmen-Zapfen des Kurskreisels Jl befestigt und von diesem eingestellt werden, schließt der Ausgang des Resolvers die Langzeit-Differenz zwischen dem magnetischen und dem Trägheits-Steuerkurs des Luftfahrzeuges sowie Kurzzeit-Trägheitssteuerkursinformationen auf Grund der schnellen Änderung des Luftfahrzeug-Steuerkurses ein, die durch den Kurskreisel festgestellt werden. Daher kann der Ausgang von den Sinus-/Kosinus-Rotorwicklungen 45 wie bereits erwähnt, durch

^sin ^Plattform ⁺

^cos ^Plattform + * err

dargestellt werden, worin (^-pi_a^f_ovm ⁺ ^err^ effektiv gleich

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der Kurzzeitkomponente des Trägheitssteuerkurses plus der Langzeitkomponente des magnetischen Steuerkurses ist.

Der Ausgang von den Sinus-/Kosinus-Rotorwicklungen 45 wird einem Scott-T-Transformator zugeführt, in dem er in ein Synehrοformat zur Verwendung in einem Autopiloten usw. umgewandelt wird, und der Ausgang dieses Transformators enthält die gewünschteiKurzzeitkomponenten des Trägheits-Steuerkurses und die erwünschten Langzeitkomponenten des magnetischen Steuerkurses. Die Sinus-/ Kosinus-Rotorvficklungen 45 sind weiterhin mit der CIWP-Schaltung 54 verbunden, deren Ausgang mit der Demodulatorschaltung 23 zum Vergleich mit dem magnetischen Steuerkurs f des Luftfahrzeuges gekoppelt ist.

Es wurde erwähnt, daß der Kurskreisel elektronisch dem magnetischen Steuerkurs des Luftfahrzeuges nachgeführt wird. Der Ausdruck "elektronisch" wird zur Unterscheidung zwischen der mechanischen oder elektromechanischen Nachführung in den meisten bekannten Systemen verwendet. Insbesondere führen bekannte Systeme den Kurskreisel elektromechanisch derart nach, daß. der Kurskreisel in Präzession versetzt wird, bis das Fehlersignal auf 0 verringert ist. Bei dem erfindungsgemäßen Kreiselmagnetkompaßsystem wird der Kurskreisel jedoch nicht präzediert, so daß der elektromechanische Drehmomentgeber und die sich daraus ergebenden unerwünschten Merkmale beseitigt sind. Entsprechend kann, wenn das Gleichspannungsfehlersignal V_ovir, 0 erreicht, der Kurskreisel j51 nicht richtig mit dem gewünschten Steuerkurs des Luftfahrzeuges ausgerichtet sein. Daher muß das System weiterhin die Langzeit-Differenzkomponente des Steuerkurses liefern, selbst nachdem das Gleichspannungs-Fehlersignal Ψ_ανΐνι auf 0 verringert wurde. Diese Funktion wird durch die Winkelgeschwindigkeits-Generatorschaltung 27 erfüllt, wie dies im folgenden noch näher erläutat wird.

'Das Kreiselmagnetkompaßsystem 10 kann weiterhin in anderen üblichen Betriebsarten zusätzlich zur Nachführbetriebsweise

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arbeiten, und zwar beispielsxtfeise in einer Kompaßbetriebsweise, einer Kurskreisel- oder Kreiselbetriebsweise und in einer Steuerkurseinstellbetriefcsweise. Zusätzlich kann das System unter bestimmten Umständen, die noch aufgeführt werden, schnell auf den magnetischen oteuerkurs nachgeführt werden. Diese Betriebsart wird als die Syriehronisationsbetriebsart bezeichnet.

In der Führerkabine des Luftfahrzeuges ist für den Piloten typischerweise ein (nicht gezeigter) Dreistellungsschalter vorgesehen, der es dem Piloten ermöglicht, zwischen der Nachführbetriebsweise, der Kurskreisel- oder Kreiselbetriebsweise und der Xornpaß-Ee triebsweise zu wählen. Wenn der Pilot die Kompaßbetriebsweise auswählt wenn beispielsweise der Kurskreisel j51 ausgefallen ist, so werden die Schalter SVJl in Fig. 1 von den Stellungen A auf die Stellungen B umgelegt. (Die Schalter SWl, 3W2 und SWJ sind in Fig. 1 in der Stellung für die Nachführbetriebsweise dargestellt). In dieser Konfiguration werden die Vj inkeIgesehwindigke its-Sinus- und WinkeIgeschwindigkeits-ICosinus■ signale nach der Modulation in den Modulatorschaltungen 4l und 42 direkt den Demodulatorschaltungen 46 bz\sr. 47 zugeführt, so daß der Resolver 44 umgangen wird. Viie dies aus der vorstehenden Beschreibung zu erkennen ist, umfaßt der Ausgangssteuerkurs des Systems in der Kompaß-Betriebsweise lediglich die Langzeitkomponente des magnetischen Steuerkurses Ψ des Luftfahrzeuges.

Wenn der Pilot die Kurskreisel- oder Kreiselbetriebsart auswählt wenn beispielsweise das Luftfahrzeug in einer Position betrieben wird, an der die Feldstärke des Erdmagnetfeldes für Kompaßzwecke nicht ausreicht, so bleibt der Schalter SWl in der A-Steilung, während der Schalter SW2 von der Stellung A in die Stellung B geschaltet wird. Bei dieser Konfiguration liefert der Kurskreisel sowohl die Langzeit- als auch die Kurzzeit-Steuerkursdaten des Ausganges. Weil der Kurskreisel Langzeit-Steuerkursdaten liefert, können bestimmte Langz;eit-Effekte kompensiert werden, und zwar insbesondere die Erddrehung und eine kalibrierte Kreiseldriftgeschwindigkeit. Das

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Erddrehungssignal wird mit Hilfe eines Breitengrad-Nord-/£üd-V/ählers 63 geliefert, der so betätigt wird, daß er entweder eine positive oder negative Spannung entsprechend der Hemisphäre liefert, in der das Luftfahrzeug betrieben wird. Ein Potentiometer 64 wird danach entsprechend dem Breitengrad eingestellt, auf dem sich das Luftfahrzeug befindet. Ein Verstärker 65 mit einer Verstärkung K, ist mit dem Schleifer des Potentiometers 64 gekoppelt und versieht den Ausgang dieses Potentiometers mit einem Maßstab auf den passenden Bruchteil einer Erddrehung von I5⁰ pro Stunde, was der maximalen Erddrehung entspricht.

Die Driftrate oder Driftgeschwindigkeit wird dadurch erzeugt, daß ein Potentiometer 66 mit einer Potentialquelle verbunden wird. Der Schleifer des Potentiometers 66 wird danach so eingestellt, daß er der geeichten Driftgeschwindigkeit des speziellen Kurskreisels Jl entspricht, der in dem System verwendet wird._Ein Verstärker 67 mit einer Verstärkung Kp Is t mit dem Schleifer des Potentiometers 66 verbunden und versieht den Ausgang dieses Potentiometers mit einem Maßstab auf den passenden Bruchteil von 5° pro Stunde, Der Wert von 5° pro Stunde wird ausgewählt weil gute Kurskreisel alle mit einer Driftgeschwindigkeit hergestellt werden, die diesen Wert nicht überschreitet.

Die Ausgänge der Verstärker 65 und 67 sind mit einer Summierschaltung 68 verbunden und der Ausgang dieser Summierschaltung wird über die Schalter SWJ und SW2 der Winkelgeschwindigkeits-Genera torschaltung 27 zugeführt, weil diese Parameter (Erddrehung und Drift) Winkelgeschwindigkeiten sind. Entsprechend wird der in den Sinus-/Kosinus-Rotorwicklungen 45 erzeugte Trägheits-Steuerkurs durch die Erddrehung und die Kreiseldriftgeschwindigkeit modifiziert, die in der WinkeIgeschwindigkeits-Generatorschaltung 27 erzeugt und den Sinus-/Kosinus-Wicklungen des Resäü/er-Stators 45 zugeführt wird.

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Wenn der Pilot den Steuerkurs des Luftfahrzeuges ändern will, kann er die Steuerkurs-Einstellbetriebsweise einschalten. Obwohl das spezielle beschriebene System so ausgebildet ist, daß die Steuerkursbetriebsart lediglich dann eingeschaltet werden kann wenn sich der (nicht gezeigte) Dreistellungs-Wählschalter in der Kurskreiselbetriebsweise befindet, ist es zu erkennen, daß das System so ausgeführt werden kann, daß die Steuerkurs-Einstellbetriebsweise in irgendeiner der Nachführ-Kompaß- oder Kurskreisel-Betriebsarten eingeschaltet werden kann. In dieser Konfiguration kann der Pilot einen neuen Steuerkurs mit Hilfe einer Steuereinrichtung in Form eines Rastwerkes 71 auswählen, das er drehen kann, um den augenblicklichen Kreisel-Steuerkurs auf einen neuen Steuerkurs mit einer gewünschten Geschwindigkeit einzustellen. Auch diese Winkelanderung schließt eine Viinke!geschwindigkeit ein und sie wird daher von der Winkelgeschwindigkeits-Generatorschaltung 27 geliefert. Das Rastwerk

71 v/eist typischerweise ein Potentiometer 72 auf, das mit einer Gleichspannungsquelle gekoppelt und mit Hilfe eines Steuerkurs-Einstellknopfes 73 einstellbar ist, um ein positives oder negatives Signal proportional zum Ausmaß der Drehung des Knopfes 73 zu liefern. Vorzugsweise ist der Knopf 73 vom zur Einstellung zu drückenden durch Federvorspannung auf O zentrierten Typ wie er bei vielen Datenbefehls-Steuereinrichtungen verwendet wird. Bei dieser Konfiguration ist der Schleifer des Potentiometers

72 mit einem Verstärker 7^ gekoppelt (der eine Verstärkung K-, aufweist) in dem der Ausgang des Potentiometers auf den geeigneten proportionalen Wert einer maximalen Drehgeschwindigkeit maßstäblich verändert wird, typischerweise 1250° pro Minute.

In der Steuerkurs-Einstellbetriebsweise kann das Rastwerk 71 so ausgebildet sein, daß es weiterhin den Schalter SW3 betätigt, um den Ausgang von dem Verstärker 7^ der WinkeIgeschwindigkeits-Generatorschaltung 27 zuzuführen. Der Knopf 73 des Rastwerkes 71 betätigt bei seiner Betätigung oder beim Eindrücken das Rastwerk und entfernt weiterhin ein vorgegebenes festes maximales Signal von der Gleichspannungsquelle, das zur automat!-

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sehen Synchronisation verwendet wird und für dieses Signal wird das veränderliche Steuerkurs-Einstellsignal eingesetzt. Wenn daher der Steuerkurs-Einstellknopf nach der Betätigung des Schalters SWJ nicht betätigt wird, wird das vorgegebene feste Signal von der Gleichspannungsquelle über den Verstärker 74 zugeführt, was zu der maximalen Synchronisationsgeschwindigkeit, d.h. I250⁰ pro Minute führt.

In Fig. 2 sind die Stellungen der Schalter SWl, SW2 und SWJ in den verschiedenen vorstehend erläuterten Betriebsarten dargestellt. In Fig. 2 bedeutet die Markierung X, daß die Position des speziellen Schalters für die angegebene Betriebsart unwesentlich ist.

Wie es weiter oben erwähnt wurde, gibt es Situationen, bei denen es erwünscht ist, den Ausgangssteuerkurs schnell auf den magnetischen Steuerkurs nachzuführen oder neu zu synchronisieren. Dies ist beispielsweise nach einem lang andauernden Kurvenflug des Luftfahrzeuges, bei dem die Magnetfeldsonde abgeschaltet wurde, nach extremen Manövern, die den Kreisel-Bezugswert stören oder beim anfänglichen Einschalten der Betriebsleistung für das System der Fall. In diesen Fällen überwacht eine Pegeldetektorschaltung 81, die mit dem Ausgang des Verstärkers 24 gekoppelt ist, die Gleichspannungsfehlersignale Ψ . Wenn der Pegel des Signals Ψ einen vorgegebenen Wert überschreitet, betätigt die Pegeldetektorschaltung eine Geschwindigkeitssteuerschaltung 82. Die Geschwindigkeitssteuerschaltung 82 betätigt in Abhängigkeit von dem Ausgang von der Pegeldetektorschaltung 8l die Schaltersteuerlogikschaltkreise 83. Die Schaltersteuerlogikschaltkreise 8j betätigen die Schalter SW2 und SWJ derart, daß sie in ihre Stellungen B bewegt werden, so daß die automatische schnelle Neusynchronisation oder eine Schnellnachführung eingeleitet wird. In dieser Konfiguration und unter der Annahme, daß das Rastwerk 71 nicht betätigt wurde, wird die maximale Geschwindigkeit von 125Ο⁰ pro Minute

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der Winkelgeschwindigkeits-Generatorschaltung 27 zugeführt, so daß auf diese Weise der Ausgangssteuerkurs des Luftfahrzeuges schnell nachgeführt wird. Wenn das Gleichspannungsfehlersignal ψ auf einen Pegel unterhalb der vorgegebenen

ti I

Größe in der Pegeldetektorschaltung 71 verringert wird, so kehrt die Gesehwindigkeitssteuerschaltung 82 in den Normalbetrieb zurück, wodurch die Schalter SV/2 und SWJ mit Hilfe der Schaltersteuerlogikschaltkreise 8j5 wieder in den Anfangszustand zurückgestellt vier den.

Das System kann weiterhin mit Einrichtungen zur Entfernung des Nachführsignals für Fälle versehen sein, in denen bekannt ist, daß die magnetischen Steuerkursdaten fehlerhaft sind. Insbesondere in den Fällen, wenn das Luftfahrzeug einen Kurvenflug ausführt, bei dem die pendelnd befestigte Magnetfeldsonde auf Grund der Kurvenbeschleunigung ausgelenkt wird und damit eine fehlerhafte magnetische Steuerkursinformation liefert, kann ein Nachführ-Abschaltsignal von (nicht gezeigten) Schaltungen geliefert werden, um eine Nachführungs-Abschaltschaltung 91 zu betätigen. Die Nachführ-Abschaltschaltung 91 beseitigt das Gleichspannun-s-FehlersignalY in der Winkelgeschwindigkeits-Generatorschaltung 27, bis die die fehlerhafte Information hervorrufende Situation beendet ist.

Fig. 3 zeigt die WinkeIgeschwindigkeits-Generatorschaltung 27 in ausführlicherer Weise. Das Signal an dem Schaltarm des Schalters SW2 wird über Verstärker 101 und 102 geleitet, die eine Verstärkung von +1 bzw. -1.aufweisen. Der Ausgang von einem der beiden Verstärker 101 oder 102 wird in Abhängigkeit von der Position des Schalters Sl mit dem Schaltarm eines Schalters SW4 gekoppelt. Die Kontakt des Schalters SW 4 sind mit schnellen bzw. langsamen Verstärkern 10J bzw. 104 gekoppelt, die eine Verstärkungen Ku bzw. K₁- aufweisen und deren . Ausgang jeweils mit einem Integrator I05 verbunden ist. Der Ausgang des Integrators 105 ist mit einem Schwingungsformer 106 und mit zwei Verstärkern I07 und 108 verbunden, die eben-

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falls eine "Verstärkung von +1 bzw. -1 aufweisen. Der Ausgang eines der Verstärker 107 oder 108 wird in Abhängigkeit von der Stellung des Sehalters S2 mit einer Summierverbindung 111 verbunden.

Ein Gleichspannungs-Bezugssignal wird in einer Gleichspannungsbezugs schaltung 112 erzeugt und Verstärkern II3 und 114 zugeführt, die eine Verstärkung von +1 bzw. -1 aufweisen. Der Ausgang eines der Verstärker 115 oder 114 ist in Abhängigkeit von der Stellung des Schalters S3 mit der Summierverbindung 111 verbunden. Der Ausgang der Summierverbindung 111 wird einem Schwingungsformer 115 und einer Summierverbindung 116 zugeführt. Eine Summierverbindung 117 ist mit dem Ausgang des Integrators 105 verbunden« Die Summierverbindungen 116 und 117 sind beide mit einem gemeinsamen Bezugspotential und mit einer Quadrantensteuer schaltung 118 verbunden. Die Quadrantensteuerschaltung 118 überwacht die Polarität der Sinus- und Kosinus-Signale wie sie von dem Ausgang des Integrators 105 bzw. der Summierverbindung 111 dargestellt werden und betätigt die Schalter Sl, S2 und S3 entsprechend der WahrheitstabeHe nach Fig. 4.

Die Betriebsweise der Winkelgeschwindigkeits-Generatorschaltung 27 kann am einfachsten anhand der grafischen Darstellungen nach Fig. 5 erläutert werden. Es sei zu Anfang angenommen, daß ein positives Gleichspannungsfehlersignal mit einer konstanten Amplitude den Eingängen der Verstärker 101 und 102 zugeführt wird. Die Schalter Sl, S2, S3 und SW4 befinden sich alle in den in Fig. 3 gezeigten Stellungen. Entsprechend wird das Gleichspannungsfehlersignal in dem Verstärker 101 verstärkt und über den Verstärker 103 dem Integrator 105 zugeführt. Der Integrator 105 ist ein üblicher Doppelflanken-Integrator, bei dem die Flanke und die Richtung durch die Größe bzw. die Polarität des dem Integrator zugeführten Gleichspannungseinganges bestimmt sind. Der Ausgang des Integrators 105 gemäß Fig. 5c beginnt zu Anfang zum Zeitpunkt TO mit einer konstanten Geschwindigkeit anzusteigen und er steigt bis zur Zeit T, an.

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Zur gleichen Zeit beginnt der Ausgang von dem Schalter S2 gemäß Fig. 5e in ähnlicher Weise als Ergebnis der Stellung des Schalters S2 abzusinken. Das Gleichspannungsbezugssignal, das in diesem Beispiel eine negative Polarität aufweist., wird auf Grund der Stellung des Schalters Sj5 in eine positive Polarität umgekehrt, wie dies in Fig. 5f gezeigt ist und mit dem Ausgang von dem Schalter S2 summiert, um das Kosinussignal gemäß Fig. 5g zu liefern. Es ist aus den Figuren 5c und 5g zu erkennen, daß die richtige 90°-PhasenverSchiebung zwischen den Sinus- und Kosinus-Komponenten des Winkelgeschwindigkeitssignals ausgebildet wurde.

Zum Zeitpunkt t, stellt die Quadrantensteuerschaltung 118, die die Polarität der Sinus- und Kosinus-Komponenten des W inkelgeschwindigkeitssignals feststellt, eine Polaritätsurakehr in dem Kosinus-Signal gemäß Fig. 5g fest. Die ^uadrantensteuer schaltung 118 weist übliche Nulldurchgangs-Detektorsehaltungen zur Überwachung der Polarität der Sinus- und Kosinus-KomponentensignaIe sowie geeignete Logikschaltungen auf, um die Schalter Sl, S2 und S3 entsprechend der Wahrheitctabelle nach Fig. 4 zu betätigen. Die Polaritätsumkehr des Kosinussignals zum Zeitpunkt t,, die von der Quadrantensteuerschaltung 118 festgestellt wird, führt zu einer Betätigung der Schalter Sl, S2 und SJ, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Die Erzeugung der Sinus- und Kosinus-Komponenten des Winkelgeschwindigkeitssignals wird fortgesetzt, wie dies in den Figuren 5a bis 5g gezeigt ist, bis die Zeit t^ erreicht ist.

Zum Zeitpunkt t^ wird das Gleichspannungsfehlersignal V_rr auf O-Potential verringert. An diesem Punkt und bis zum Wiedererreichen eines endlichen Wertes, des Gleichspannungsfehlersignals Ψ behalten die Sinus- und Kosinus-Signale nach den err

Figuren 5c und 5g eine konstante Amplitude, die gleich den jeweiligen Pegeln dieser Signale zum Zeitpunkt t-, ist. Zu Erläuterungszwecken wurde das Fehlersignal V_or,„ als ein Signal mit einer konstanten Größe mit einem Sprung-Schwingungsform-

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abfall auf Nullpotential zum Zeitpunkt t^ dargestellt. Es ist jedoch festzustellen, daß sich das Gleichspannungsfehlersignal t typischerweise nicht abrupt auf ein Nullpotential ändert, •wie dies durch die Sprung-Schwingungsform nach Fig. 5a. dargestellt ist, sondern daß es graduell verkleinert wird während es sich dem Nullpotentialwert nähert, und zwar auf Grund der elektronischen Nachführung des Systems. Weil die Neigungsflanke des Ausganges von dem Integrator 105.» d.h. die Sinuskomponente von der Größe und Polarität von Y abhängt und

fcX X

v/eil die Größen der Sinus- und Kosinus-Komponenten auf einer konstanten Amplitude gehalten werden, nimmt weiterhin die Frequenz der Sinus- und Kosinus-Komponenten in gleicher Weise graduell ab, wenn sich die jeweiligen Perioden vergrößern.

Es ist zu erkennen, daß während dieses Zeitintervalls (nach dem Zeitpunkt t,) die Größen der Sinus- und Kosinus-Komponenten des Winkelgeschwindigkeitssignals gemäß den Figuren 5c bzw. 5g durch die Beziehungen χ (DC REF) bzw. y (DC REF) dargestellt werden können, wobei DC REF gleich der Größe des Gleichspannungs-

2 2
bezugssignals ist und wobei (x + y ) =1 ist. Die Sinus- und Kosinus-Komponentensignale stellen daher einen einzigen speziellen Winkel θ während dieser Zeitperiode (t^, bis tu) dar, wobei tan θ = x/y ist. Entsprechend wird der Winkel Θ, der die Differenz zwischen einer Langzeitkomponente des Kurskreisel-Steuerkurses und einer Langzeitkomponente des magnetischen Steuerkurses darstellt, an die Sinus-/Kosinus-Rotorwicklungen 45 über die Modulatorschaltungen 41 und 42 und an die Stator-Sinus-/Kosinuswicklungen 4^ ausgekoppelt.

Zum Zeitpunkt fy, nimmt das Gleichspannungsfehlersignal ^_err erneut einen endlichen Wert an und die Sinus- und Kosinussignale gemäß den Figuren 5c und 5g sprechen in passender VJeise an. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß das Kosinus-Signal nach Fig. 5g eine l8O -Phasenumkehrung durchlaufen hat, die sich daraus ergibt, daß das Gleichspannungs-Fehlersignal Ψ gegenüber der Zeitperiode vor t_v entgegengesetzt gepolt ist.

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A*

Die Sinus- und Kosinus-Komponenten, die an den Ausgängen des Integrators 105 bzw. der Summierverbindung 111 erzeugt werden, weisen Dreieckschwingungsformen auf. Aus diesem Grunde werden d lese Signale Schwingungsformerschaltungen ΙΟβ bzw. 115 zugeführt, bevor sie den Modulatorschaltungen 41 und 42 zugeführt werden, um die Dreieckschwingungsformen in Sinussehwingungsformen umzuwandeln. Die Schwingungsformerschaltungen ΙΟβ und 115 können irgendwelche üblichen Schwingungsformerschaltungen einschließen, und sie schließen vorzugsweise Operationsverstärker mit Diodennetzwerk-Gegenkopplungskreisen ein, so daß sich eine Übertragungscharakteristik gemäß Fig. 6 ergibt. Die Ausgänge der Schwingungsformerschaltungen ΙΟβ und 115sind iⁿ den Figuren 5h bzw. 51 dargestellt.

Es sei bemerkt, daß die Quadrantensteuer schaltung 118 einen Spitzendetektor anstelle des Nulldurchgangsdetektors zur Betätigung der Schalter Sl, S2 und S3 verwenden kann. Im einzelnen kann die Quadrantensteuerlogik die absoluten Amplitude der Sinus- und Kosinussignale an den Ausgängen des Integrators 105 bzw. der Summierverbindung 111 mit der Amplitude eines GleichspannungsbezugsSignaIs vergleichen. Zusätzlich würde die Quadrantensteuerschaltung 18ähnlich dem vorstehend beschriebenen Beispiel Schaltungen zur Überwachung der Polarität der Sinus- und Kosinus-Signale sowie der hierauf ansprechenden Logikschaltungen einschließen, um die Schalter Sl, S2 und S3 entsprechend der Wahrheitstabelle nach Fig. 4 zu betätigen.

Der Schalter SW4 und die Verstärker 103 und 104- werden prinzipiell während der Schnellnachführ- oder Synchronisationsbetriebsweise verwendet, die im Vorstehenden erläutert wurde. Der Schalter SW4 befindet sich normalerweise in der Stellung A, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. In dieser Stellung verändert der Verstärker 103 das GIeichspannungsfehlersignal Ψ mit ■ einer normalen oder niedrigen Geschwindigkeit bezüglich der Schnellnachführbetriebsweise. Während einer Schnellnachführbetriebsweise wird jedoch der Schalter SW4 durch die Schalter-

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steuer-Logikschaltkreise 83 betätigt, so daßdas Schnellnachführsignal von dem Verstärker 74 dem Verstärker 104 zugeführt wird. Der Verstärker 104 weist eine hohe Verstärkung verglichen mit dem Verstärker 103 auf und wird zur maßstäblichen Änderung des Schnellnachführsignals von dem Verstärker Jk mit einer Schnellnachführgeschwindigkeit von 1250⁰ pro Minute verändert. Wie es x-ieiter oben erläutert wurde, wird der Schalter SV/4 wieder in die Stellung A bewegt, sobald die Größe des Gleichspannungsfehlersignals ^_err unter den vorgegebenen Viert der Pegeldetektorschaltung 8l absinkt.

Patentansprüche;

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Kreiselmagnetkompaß-System für navigierbare Fahrzeuge, das in einer Vielzahl von Betriebsarten betrieben werden kann und einen Magnetkompaß zur Lieferung ein= s zum magnetischen Steuerkurs des Fahrzeuges proportionalen Signals, einen Kurskreisel zur Lieferung eines zum Trägheits-Steuerkurs des Fahrzeuges proportionalen Signals, Differentialeinrichtungen , deren einer Eingang mit dem Kurskreisel und deren anderer Eingang mit dem Magnetkompaß gekoppelt ist, um ein Differential-Ausgangssignal zu erzeugen, normalerweise auf das Differential-Ausgangssignal ansprechende System-Ausgangseinrichtungen zur Lieferung eines System-Ausgangssignals, das zur Zuführung an Steuerkurs-Nutzeinrichtungen geeignet ist, und eine Signalverarbeitungseinrichtung einschließt, gekennzeichne t durch Vergleichereinrichtungen (2j5), die in einer der Betriebsarten auf das Magnetkompaßsignal und auf das System-Ausgangssignal ansprechen und ein Gleichspannungs-Fehlersignal (f_err) liefern, dessen Vorzeichen und Amplitude proportional zu irgendeiner Differenz zwischen dem magnetischen Steuerkurs und dem Trägheitssteuerkurs des Fahrzeugs ist, elektronische Analog-Winkelgeschwindigkeitsgeneratoreinrichtungen (27), die auf das Gleichspannungsfehlersignal ansprechen und einen eine veränderliche Zeitkonstante aufweisenden Integrator (1OJ5, 104, 105) zur Lieferung eines Paares von eine konstante Amplitude aufweisenden Wechselspannungssignalen mit einer Sinus- und Kosinusbeziehung und mit Frequenzen einschließen, die von einer vorgegebenen Geschwindigkeit abhängen, mit der das Fehlersignal auf 0 verringert werden soll, wobei die vorgegebene Geschwindigkeit der Zeitkonstante des Integrators (10J5, 104, 105) entspricht, Einrichtungen (4l, 42) zur Zuführung der Wechsel-

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   Spannungssignale an den anderen Eingang der Bifferentialeinrichtungen (44) in der genannten einen Betriebsart und Einrichtungen (46, 47) zur Zuführung des Differential-Ausgangs Signa Is an die System-Ausgangseinrichtungen (51* 52, 53) derart, daß das Gleichspannungsfehlersignal (t ) mit

   eil

   einer Geschwindigkeit auf O verringert wird, die durch die Frequenz der Wechselspannungssignale bestimmt ist.

   2. Kreiselmagnetkompaß-System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Schalterelemente (SW2, SWjJ, SW4) zur Zuführung des Gleichspannungsfehlersignals (f ) an die Winke Ige schwirti igkeits-Generatoreinrichtungen (27) in einer Stellung dieser Schalter und zur Auswahl einer ersten Zeitkonstante für den Integrator (103* 104, 105) zur Erzeugung einer derartigen Frequenz der Wechselspannungssignale, daß das Fehlersignal mit einer Geschwindigkeit zwischen 1 und pro Minute verringert' wird, und Einrichtungen (71* 72, 73* 74) zur Zuführung eines Gleichspannungssignals mit vorgegebener fester Amplitude an die Schalterelemente (SW2, SW3, SW4), die injihrer anderen Stellung das eine feste Amplitude aufweisende Gleichspannungssignal den Winkelgeschwindigkeits-Generatoreinrichtungen (27) zuführen und eine zweite Zeitkonstante für die Integratoreinrichtungen (103, 104, 105) auswählen, so daß eine derartige Frequenz für die Wechselspannungssignale erzeugt wird, daß das Fehlersignal mit einer Geschwindigkeit von 1000° pro Minute auf 0 verringert wird.

   3. Kreiselmagnetkompaß-System nach Anspruch 1 oder 2, g ekennzeichnet ■ durch Pegeldetektoreinrichtungen (81), die auf das Gleichspannungsfehlersignal ansprechen und automatisch die Schalterelemente (SW2, SVQ, SW4) von der einen Stellung in die andere Stellung bringen, wenn das Fehlersignal eine vorgegebene Amplitude überschreitet.

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   -ac-, 26498A0 I

   Kreiselmagnetkompaß-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch weitere Schalterelemente (SWl), die in einer anderen Betriebsart betätigbar sind, um einen Nebenschluß für die Differentialeinrichtungen (44) zu bilden und um die Wechselspannungssignale direkt den System-Ausgangseinrichtungen (5I* 52, 53) zuzuführen, wobei die Vergleichereinrichtungen (2j5) ein

   Gleichspannungsfehlersignal (^_erv) ^m^ einem Vorzeichen und einer Amplitude erzeugen, die proportional zu irgendeiner Differenz zwischen dem momentanen magnetischen Steuerkurs des Luftfahrzeuges und dem Ausgang der WinkeIgeschwindigkeits-Generatoreinrichtungen (27) ist.

   Kreiselmagnetkompaß-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen (66, 67, £8) zur Lieferung eines Gleichspannungssignals mit einer Amplitude, die proportional zur normalen Driftgeschwindigkeit des Kurskreisels 31 und des Betriebs-Breitengrades des Fahrzeuges ist, und Schalterelemente (SW2, SW3)* die in einer weiteren Betriebsart betätigbar sind, um das Gleichspannungsfehlersignal (Ψ_οτ,.,) von den Winkelgeschwindigke its-Generatoreinrichtungen (27) zu trennen und um anstelle dieses ^Signals das Gleichspannungssignal zu setzen, das eine Amplitude aufweist, die proportional zur normalen Driftgeschwindigkeit des Kurskreisels (31) und dem Betriebs-Breitengrad des Fahrzeuges ist.

   Kreiselmagnetkompaß-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichereinrichtungen (25) auf das Magnetkompaßsignal ansprechende Einrichtungen (12, I3, 14, 15) zur Lieferung zweier Wechselspannungssignale, die jeweils proportional zu den Sinus- und Kosinus-Komponenten des magnetischen Steuerkurses sind, erste Einrichtungen zur Umwandlung der beiden Wechselspannungssignale in ein einziges Signal mit einer konstanten Amplitude und einer Phase proportional -

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   zum magnetischen Steuerkurs_T zweite Einrichtungen zur Umwandlung des Ausgangssignals der System-Ausgangseinrichtungen in ein einziges Signal mit einer konstanten Amplitude und einer hierzu proportionalen Phase und Demodulatoreinrichtungen (23) einschließen, die auf jedes der einzelnen Signale ansprechen und das Gleichspannungsfehlersignal (Ψ ) liefern.

   7. Kreiselmagnetkompaßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennze ichne t durch Begrenzereinrichtungen (26), die auf das Gleichspannungsfehlersignal (f J ansprechen und dessen maximale Amplitude auf eine

   v^ X X

   Amplitude begrenzen, die mit der ersten Zeitkonstante der Integratoreinrichtungen (103, 104, I05) kompatibel ist, damit die Frequenz der Wechselspannungssignale einer Verringerungsgeschwindigkeit des Fehlersignals in der Größenordnung von 1 bis 5° pro Minute entspricht.

   8. Kreiselmagnetkompaßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeits-Generatoreinrichtungen (27) eine veränderliche Zeitkonstante aufweisende Integratoreinrichtungen (103, 104, 105) zur Integration des Gleichspannungsfehlersignals (f ) und zur Erzeugung des Sinuskomponentensignals am Ausgang, das eine Frequenz und eine Phase aufweist, das sich in Abhängigkeit von der Amplitude bzw. Polarität des Gleichspannungsfehlersignals (f ) ändert, wobei

   \Z J~ X

   das Sinuskomponentensignal bei Auftreten eines GMchspannungs fehlersigmIs (^__rr) mit einer Amplitude von 0 eine konstante Amplitude beibehält, erste Polaritätssteuereinrichtungen (101, 102, Sl) zum Ändern der Polarität des den Integratoreinrichtungen (103, 104, 105) zugeführten Gleichspannungsfehlersignals QY ), zweite RLaritätssteuereinrichtungen (107, 108, S2), die mit dem Ausgang der Integratoreinrichtungen (103, 104, 105) gekoppelt sind, um die Polarität

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   der Flanke des Sinus-Komponentensignals zu ändern, Amplituden-Bezugsquelleneinrichtungen (112) zur Erzeugung eines Gleichspannungsbezugssignals mit einer festen Amplitude, dritte Polaritätssteuereinrichtungen (113, 114, S3) zur Änderung der Polarität des Bezugssignals, Summiereinrichtungen zur Summierung des Bezugssignals und des Sinuskomponentensignals, das durch die zweiten Polaritätssteuereinrichtungen (107, 108, S2) geändert ist und zur Erzeugung des Kosinuskomponentensignals hieraus, und Quadrantens teuere !^richtungen (118) einschließen, die auf die Sinus- und Kosinuskomponentensignale ansprechen und die ersten, zweiten und dritten Polaritätssteuereinrichtungen derart betätigen, daß eine Sinus-/ Kosinus-Beziehung zwischen den Amplituden der Sinus- und Kosinuskomponentensignale aufrechterhalten wird.

   9. Kreiselmagnetkompaßsystem nach Anspruch 8, dadurch g e kennzeichne t, daß die ersten, zweiten und dritten Polaritätssteuereinrichtungen jeweils erste (101, 107* 113) und zweite (102, 108, 114) Verstärkereinrichtungen aufweisen, die jeweils mit einem Eingang mit dem Signal verbunden sind, dessen Polarität geändert wird und die einen Ausgang aufweisen, daß die Verstärkungseigenschaften der ersten (101, 107, 113) und zweiten (102, 108, 114) Verstärkereinrichtungen jeweils eine Große von 1 und eine entgegengesetzte Polarität aufxtfeisen, und daß die Schalterelemente (Sl, S2, S3) aufjdie Quadrantensteuereinrichtungen (118) ansprechen, um zwischen den Ausgängen der ersten und zweiten Verstärkereinrichtungen umzuschalten.

   10. Kreiselmagnetkompafisj/stem nach Anspruch 8 oder 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrantensteuereinrichtungen (ll8) Meßeinrichtungen zur Feststellung einer Polaritätsänderung in den Sinus- und Kosinus-SigAalkomponenten und Logikeinrichtungen einschließen, die mit den ersten (Sl), zweiten - (S2), und dritten (S3) Polaritätssteuereinrichtungen verbunden sind und auf die Meßeinrichtungen derart ansprechen, daß die ersten (Sl), zweiten

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   (ο

   (S2) und dritten (S3) Folaritätssteuereinr ichtungen jeweils dann betätigt werden, vrenn die Kosinussignalkomponente ihre Polarität ändert, und daß die zweiten PolaritätssteueieLnrichtungen (32) zusätzlich jedesmal dann betätigt werden, '»•renn die oinussignal-Kompcnente ihre Polarität ändert.

   11. Kreiselmagnetkompaßsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadranten-Steuereinrichtungen (118) Meßeinrichtungen zum Vergleich der absoluten Amplituden der Sinus- und Kosinuskomponentensignale mit der Amplitude des Bezugssignals und Logikeinrichtungen einschließen, die mit den ersten (Sl), zweiten (82) und dritten (SJ) Polaritätssteuereinrichtungen verbunden sind und auf die Meßeinrichtungen derart ansprechen, d aß die ersten (Sl), zweiten (S2) und dritten (S^) Polaritätssteuereinrichtungen jedesmal dann betätigt werden, wenn der Absolutxvert des 'Sinuskomponentensignals die Amplitude des Bezugssignals erreicht und daß die zweiten Polaritätssteuer eirrichtungen (S2) zusätzlich jedesmal dann betätigt werden, wenn der Absolutviert des Kosinuskomponentensignals die Amplitude des Bezugssignals erreicht.

   12. Kreiselmagnetkompaßsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch erste (ΙΟβ) und zweite (115) Schwingungsformereinrichtungen, die mit den Integratoreiiiichtungen (105) bzw. den Summiereinrichtungen (ill) gekoppelt sind und die Sinus- und Kosinus-Komponentensignale in im wesentlichen sinusförmige Schwingungsformen umformen.

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