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Selbstnordendes Kursreferenzgerät
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Die Erfindung betrifft ein selbstnordendes Kursreferenzgerät zur Navigation
eines Fahrzeugs, bei welchem durch eine Anfangsausrichtung die Nordrichtung bestimmt
und dann im Kursreferenzbetrieb für die Navigation laufend ein Kurswinkel abgegriffen
wird, enthaltend: einen Azimutrahmen, der um eine Azimutachse verdrehbar gelagert
ist, einen zweiachs-igen Kreisel,-der auf dem Azimutrahmen angeordnet ist, wobei
die Drallachse des Kreisels in einer zu der Azimutachse senkrechten Ebene liegt,
eine erste Eingangsachse des Kreisels parallel zur Azimutachse und die zweite Eingangsachse
des Kreisels senkrecht zur Drallachse und der ersten Eingangsachse verläuft, einen
ersten und zweiten-Abgriff auf der ersten bzw.
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zweiten Eingangsachse des Kreisels, einen ersten und zweiten Drehmomenterzeuger
auf der ersten bzw.
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zweiten Eingangsachse des Kreisels, wobei der auf der zweiten Eingangsachse
angeordnete zweite Abgriff auf den ersten Drehmomenterzeuger geschaltet ist, der
auf der ersten Eingangsachse des Kreisels sitzt,-und das auf den ersten Drehmomenterzeuger
geschaltete Signal
für die Anfangsausrichtung gleichzeitig auf
nordrichtungsbestimmende Mittel aufgeschaltet ist, einen Stellmotor zum Verdrehen
des Azimutrahmens um die Azimutachse und einen auf der.Azimutachse angeordneten
Winkelstellungsgeber.
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Es ist ein Gerät zur Navigation vom Landfahrzeugen bekannt (DE-OS
25 45 025) bei welchem mittels eines bandaufgehängten Meridiankreisels, dessen Richtmoment
durch ein Gegenmoment kompensier-t wird, der Winkelzwischen Kreiseldrallachse und
Nordrichtung bestimmt wird. Ein freier Kreisel, der für die Navigation des Fahrzeugs
als Kursreferenzgerät dient, wird nach der so bestimmten Nordrichtung ausgerichtet.
Ein solches selbstnordendes Kursreferenzgerät arbeitet also mit zwei Schritten:
Vor Antritt der Fahrt wird die Nordrichtung bestimmt. Es erfolg eine Anfangsausrichtung
des Kursreferenzgeräts nach dieser Nordrichtung. Anschließend liefert das Kursreferenzgerät
im Kursreferenzbetrieb laufend den auf diese Nordrichtung bezogenen Kurs des Fahrzeugs.
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Durch die DE-OS 27 41 274 ist es bekannt, die Nordrichtung statt'mittels
eines bandaufgehängten Kreisels mit horizontaler Drallachse mit Hilfe eines zweiachsigen
Wendekreisels zu bestimmen, dessen Drallachse vertikal angeordnet ist. Der Wendekreisel
enthält auf zwei zueinander senkrechten horizontalen Eingangsachsen je einen Abgriff
und je einen Drehmomenterzeuger. Die Ausgangssignale der Abgriffe sind jeweils überkreuz
über einen Verstärker auf den auf der jeweils anderen Eingangsachse sitzenden Drehmomenterzeuger
geschaltet. Die auf die Drehmomenterzeuger geschalteten Signale entsprechen den
Komponenten der Horizont s omponente der Erddrehung. Aus dem Verhältnis der beiden
Signale ergibt
sich der Anfangswert des Kurswinkels. Um diesen
Anfangswert auch dann richtig zu erhalten, wenn die Kreiseldrallachse, die sich
in Richtung der Fahrzeughochachse erstreckt, nicht genau vertikal zur Erdoberfläche
liegt, sind zwei Beschleunigungsmesser vorgesehen, welche die Schräglage des Fahrzeugs
liefern. Aus den Signalen der Beschleunigungsmesser und den auf die beiden -Drehmomenterzeuger
des Wendekreisels aufgeschalteten Signalen wird in einem Rechner der Anfangswert
des auf ein erdfestes Koordinatensystem bezogenen Kurswinkels bestimmt.
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Bei der Anordnung nach der DE-OS 27 41 274 wird der gleiche zweiachsige
Wendekreisel nach einer Verschwenkung um 900 mit im wesentlichen horizontaler Kreiseldrallachse
als Kurs-Lage-Referenzgerät benutzt, wobei der Rechner aus den Winkelgeschwindigkeiten
und den Signalen der Beschleunigungsmesser unter Berücksichtigung der bei der Anfangsausrichtung
ermittelten Anfangswerte ständig die Lage des Fahrzeugs und insbesondere laufend
den'wahren Kurswinkel berechnet.
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In beiden Fällen wird aus-dem Kurswinkel und der in Fahrzeuglängsach'se
gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit die Position des Fahrzeugs in einem geographischen
'oder Gitterkoordinatensystem be s t immt.
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Die geschilderten bekannten-Anordnungen liefern die-Fahrzeugposition
zwar mit hoher Genauigkeit. Sie sind jedoch für viele Anwendungen zu aufwendig,
während es andererseits Anwendungen gibt, bei denen die Anforderungen an die Genauigkeit
der Navigation geringer sind aber ein wenig aufwendiges Kursreferenzgerät verlangt
wird.
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Durch die nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung P 29 22 412.2-52
ist ein selbstnordendes Kurs-Lage-Referenzgerät bekannt, bei welchem ebenfalls durch
eine Anfangsausrichtung die Nordrichtung bestimmt und dann im Kursreferenzbetrieb
für die Navigation laufend ein Kurswinkel abgegriffen wird. Das bekannte Kursreferenzgerät
enthält- einen Azimutrahmen, der um eine Azimutachse verdrehbar gelagert ist. Auf
dem Azimutrahmen ist ein zweiachsiger Kreisel angeordnet, wobei die Drallachse des
Kreisels in einer zu der Azimutachse senkrechten Ebene liegt, eine erste Eingangsachse
des'Kreisels parallel zur Azimutachse und die zweite Eingangsachse.des Kreisels
senkrecht zur Drallachse und der ersten Eingangsachse verläuft. Auf der ersten bzw.
zweiten Eingangsachse des Kreisels sitzen je ein erster und ein zweiter Abgriff.
Ferner sitzen auf der ersten-und zweiten Eingangsachse des Kreisels je ein erster
bzw. zweiter Drehmomenterzeuger. Der auf der zweiten Eingangsachse angeordnete zweite
Abgriff ist auf den ersten Drehmomenterzeuger geschaltet, der auf der ersten Eingangsachse
des Kreisels sitzt. Das auf den ersten Drehmomenterzeuger. geschaltete Signal für
die Anfangsausrichtung ist gleichzeitig auf nordrichtungsbestimmende Mittel aufgeschaltet.
Der Azimuträhmen ist durch einen Stellmotor um die Azimutachse verdrehbar.
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Ferner ist auf der Azimutachse ein Winkelstellungsgeber angeordnet.
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Bei dem bekannten selbstnordenden Surs-Lage-Referenzgerät ist der
Azimutrahmen in einem Rollrahmen um die im wesen-tlichen vertikale Azimutachse verdrehbar
gelagert, und der Rollrahmen ist seinerseits um die Fahrzeuglängsachse schwenkbar
gelagert. Der zweiachsige Kreisel ist ein zweiachsiger Wendelkreisel. Es ist nicht
nur der zweite Abgriff auf den ersten Drehmomenterzeuger -geschaltet sondern, ähnlich
wie bei der
DE-OS 27 41 274,auch der auf der ersten Eingangsachse
sitzende erste Abgriff auf den auf der zweiten Eingangsachse des Kreisels sitzenden
zweiten Drehmomenterzeuger. Schließlich sitzt auf dem Azimutrahmen noch ein Beschleunigungsmesser,
dessen' .Eingangsachse parallel zur Drallachse des Kreisels liegt.
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Der Azimutrahmen ist mit dem Rollrahmen in einer ersten Betriebsweise
"Nordung" oder "Anfangsausrichtung" so um die Fahrzeuglängsachse ausrichtbar, daß
die Azimutachse in einer durch die Fahrzeuglängsachse gehenden Vertikalebene liegt.
In einer zweiten Betriebsweise "Kurs-Lage-Referenz" ist der Azimutrahmen mit dem
Rollrahmen so um die Fahrzeuglängsachse ausrichtbar, daß die Azimutachse parallel
zur Fahrzeughochachse ist.
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Der Azimutrahmen ist gegenüber dem Rollrahmen durch den Azimut-Stellmotor
um die Azimutachse wahlweise in eine 0°-Stellung, in welcher die Drallachse parallel
zur Fahrzeuglängsachse ist, oder in eine dazu um 900 winkelversetzte 900-Stellung
verdrehbar.
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Die Signale des Wendekreisels und des Beschleunigungsmessers sind
auf einen Rechner aufgeschaltet.
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In der ersten Betriebsweise "Nordung" liefert der Rechner aus den
in den beiden Stellungen des Azimutrahmens gemessenen und gespeicherten, die Drehgeschwindigkeit
um die zweite Eingangs-hse wiedergebenden Signalen des Wendekreisels und den ebenfalls
in diesen Stellungen gemessenen und gespeicherten Beschleunigungssignalen des Beschleunigungsmessers
die anfängliche Abweichung einer durch die Fahrzeuglängsachse gehenden Vertikalebene
von derMeridianebene (anfängliche Nordabweichung?.
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In der zweiten Betriebsweise "Kurs-Lage-Referenz" beim Eindrehen des
Azimutrahmens in die 900-Stellung liefert der Rechner aus den Winkelgeschwindigkeitssignalen
des Wendekreisels ein den wahren,Kurs des Fahrzeugs wiedergebendes Signal.
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Auch bei dieser bekannten Anordnung wird wie bei der DE-OS 27 41 274
sowohl die Nordrichtung bei der Anfangsausrichtung als auch der Kurswinkel in der
Betriebsweise "Kurs-Lage-Referenz" durch einen Rechner aus den beiden Signalen des
zweiachsigen Wendekreisels sowie Beschleunigungsmessersignalen berechnet. -Der Vorteil
der Anordnung nach Patentanmeldung P 29 22 412.2-521iegt darin, daß bei günstigem
mechanischem Aufwand eine erhebliche Vereinfachung der Signalverarbeitung gegenüber
der Anordnung nach DE-OS 27 41 274 erreicht wird.
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Auch hier ist jedoch der Aufwand für viele Anwendungen noch zu hoch,
während die erreichbare Genauigkeit in manchen Fällen gar nicht benötigt wird.
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Der Erfindung liegt daher die.Aufgabe zugrunde, ein selbstnordendes
Kursreferenzgerät zu schaffen, welches so preisgünstig ist, daß es den Einsatz von
Navigationsgeräten der vorliegenden Art in breitem Umfäng, beispielsweise bei Kampfpnzen,
gestattet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß (a) der auf
der ersten Eingangsachse des Kreisels angeordnete Abgriff auf den Stellmotor geschaltet
ist,
(b) äuf den auf der zweiten Eingangsachse des Kreisels angeordneten
zweiten Drehmomenterzeuger bei Kursreferenzbetrieb ein Signal auf schaltbar ist,
welches die Vertikalkomponente der Erddrehung wiedergibt, und (c) das- -Kurssignal
für die-Navigation bei Kursreferenzbetrieb von dem Azimut-Winkelgeber unter Berücksichtigung
der bei der Anfangs ausrichtung bestimmten Nordrichtung abgenommen wird.
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Im Kursreferenzbetrieb arbeitet die Anordnung nach Art einer einachsigen
Plattform. Wenn man die Azimutachse als genau vertikal ansieht und keine Reibungseinflüsse
auftreten würden, so würde der Azimutrahmen bei einer Bewegung des Fahrzeugs seine
Lage im Raum beibehalten. An dem Azimut-Winkelgeber könnte der Kurswinkel abgelesen
werden. Da aber Reibungseinflüsse nicht vernachlässigbar sind, wird der Azimutrahmen
bei einer Drehbewegung des Fahrzeugs mit verdreht. Da aber der Kreisel, der hinsichtlich
der ersten Eingangsachse ein freier Kreisel ist, seine Lage im Raum beizubehalten
trachtet, entsteht ein Signal an dem ersten Abgriff, welches durch den Azimut-Stellmotor
den Azimutrahmen in seiner Lage im Raum festhält. Das ist die Funktion einer einachsigen
Plattform.
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Zur Anfangs ausrichtung dient die zweite Eingangsachse des Kreisels,
wobei der Kreisel um diese Achse durch die Aufschaltung des Signals von dem zweiten
Abgriff auf den ersten Drehmomenterzeuger um diese Eingangsachse elektrisch gefesselt
ist. Das auf dem ersten Drehmomenterzeuger geschaltete Signal liefert eine Komponente
der Erddrehung und kann daher zur Bestimmung der Nordrichtung benutzt werden. Bei
Kursreferenzbetrieb
ist dieses Signal ohne Bedeutung. Es dient
nur der Fesselung des Kreisels an eine definierte Lage um die zweite Eingangsachse.
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Auf d-en zweiten Drehmomenterzeuger, der auf der zweiten Eingangsachse
sitzt, wird bei Kursreferenzbetrieb, also während der Navigation, ein Signal aufgeschaltet,
welches der Vertikalkomponente der Erddrehung entspricht, so daß der Azimutrahmen,
der ja suchen würde, seine Lage im Raum beizubehalten, entsprechend der Erddrehung
nachgedreht und in definierter Lage zur Nordrichtung gehalten wird.
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Die beschriebene Anordnung liefert ein extrem einfaches Kursreferenzgerät,
das für den Masseneinsatz geeignet ist und hierbei eine ausreichende Navigationsgenauigkeit
gewährleistet.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme
auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 ist eine schematisch-perspektivische
Darstellung einer ersten Ausführungsform des selbstnordenden Kursreferenzgeräts,
Fig. 2 veranschaulicht den Zusammenhang der Kurs- und Lagewinkel in dem Fahrzeugs
festen und dem erdfesten Koordinatensystem, Fig. 3 zeigt den Aufbau einer bei der
Ausführungsform nach Fig. 1 verwendeten Signalauswerterschaltung für die Anfangsausrichtung,
Fig.
4 zeigt schematisch die Bildung der Kurswinkelsignale bei Kursreferenzbetrieb während
der Navigation, Fig. 5 ist eine schematisch-perspektivische Darstellung einer zweiten-Ausführungsform
des selbstnordenden Kursreferenzgeräts, Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit der auf den
ersten Drehmomenterzeuger aufgeschalteten Signale von der Stellungen des Azimutrahmens,
Fig. 7 zeigt in vier Quadranten die Abahängigkeit der in Richtung der zweiten Eingangsachs-e
des Kreisels gemessenen -Komponente der Erddrehung bei den verschiedenen Stellungen
des Azimutrahmens zur Nordrichtung.
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Das selbstnordende Kursreferenzgerät von Fig. 1 enthält einen um eine
geräte- oder fahrzeug feste Azimutachse 10 verdrehbar gelagerten Azimutrahmen 12.
Auf dem Azimutrahmen 12 ist ein zweiachsiger Kreisel 14 angeordnet. Dabei ist die
Drallachse z des Kreisels4 in einer zu der Azimutachse 10 senkrechtenEbene angeordnet.
Eine erste Eingangsachse K des Kreisels 14 verläuft parallel zur Azimutachse 10
und die zweite Eingangsachse xK des Kreisels 14 verläuft senkrecht K K zur Drallachse
z und der ersten Eingangsachse y K Auf der ersten Eingangsachse y sind ein erster
Abgriff 16 und ein erster Drehmomenterzeuger 18 angeordnet. Auf der zweiten Eingangsachse
xK sind ein zweiter Abgriff.20 und ein zweiter Drehmomenterzeuger 22 angeordnet.
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Der auf der zweiten Eingangsachse xK angeordnete zweite Abgriff 20
ist über einen Verstärker 24 auf den ersten Drehmomenterzeuger 18 geschaltet, der
atuf der ersten Eingangsachse yK sitzt. Das von dem Verstärker 24 auf den ersten
Drehmomenterzeuger 18 geschaltete Signal T2 ist, wie noch geschildert wird, für
die Anfangsausrichtung gleichzeitig über Filter 26 als Signal T2 auf nordrichtungbestimmende
Mittel aufgeschaltet. Es ist ein -Stellmotor 28 zum Verdrehen des Azimutrahmens
12 um die Azimutachse 10 und ein auf der Azimutachse 10 angeordneter Winkelstellungsgeber
30 in Form eines Resolvers vorgesehen.
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K Der auf der ersten Eingangsachse y angeordnete Abgriff 16 ist über
einen Verstärker 32 auf den Stellmotor 28 geschaltet. Wenn sich also der Azimutrahmen
12 gegenüber dem Kreisel 14 um die Äzimutachse 10 verdreht, was ein Signal an dem
Abgriff 16 zur Folge hat, dann-wird diese Verdrehung über den Stellmotor 28 korrigiert.
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Auf den zweiten Drehmomenterzeuger 22, der auf der K.
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zweiten Eingangsachse x angeordnet ist, ist bei Kursreferenzbetrieb
über einen Schalter 34 und einen Verstärker 36 ein Signal aufschaltbar, welches
die Vertikalkomponente L2E sin # der Erddrehung wiedergibt, wobei S2E E die Drehgeschwindigkeit
der Erde und die geographische Breite ist.
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Das Kurssignal für die Navigation wird bei Kursreferenzbetrieb in
noch zu beschreibender Weise von dem Azimut-Winkelgeber 30 unter Berücksichtigung
der bei der Anfangsausrichtung bestimmten Nordrichtung abgenommen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sn für die Anfangsausrichtung
auf den auf der zweiten Eingangsachse xK ang.eordneten Drehmomenterzeuger 22 statt
des die Vertikalkomponente der Erddrehung- wiedergebenden Signals über den Schalter
34 und einen Wählschalter 38 wahlweise Signale aufschaltbar, welche von der Abweichung
der durch den Azimut-Winkelgeber 30-gemessenen Winkellage des Azimutrahmens 1.2
von vorgegebenen 0°-, 90°- bzw. 180°-Stellungen abhängen, wobei in der 0°-Stellung
die Drallachse zK des Kreisels 14 parallel zur Fahrzeuglängsachse xG=xF ist. Auf
dem Azimutrahmen 12 ist ein Beschleunigungsmesser 40 angeordnet, dessen Eingangsachse
parallel. zur Drallachse zK des Kreisels 14 ist. Statt des Beschleunigungsmessers
könnte-auch eine Libelle vorgesehen sein.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist als -nordrichtungsbestimmende
Mittel eine Signalauswerteschaltung (Fig. 3) vorgesehen, enthaltend Speicher 42,44,46,
in denen die Signale T2, welche auf den auf der ersten Eingangsachse yK des Kreisels
14 sitzenden ersten Drehmomenterzeuger 18 aufgeschaltet sind, in der 0°-Stellung,
der 90°-Stellung bzw. der 180°-Stellung speicherbar sind. Die Signalauswerterschaltung
enthält weiterhin Speicher 48,50,52, in denen die Signale des Beschleunigungsmessers
40 in der 0°-Stellung, der 900-Stellung bzw. der 180°-Stellung speicherbar sind.
Schließlich ist eine Rechnerschaltung 54 zur Bildung des Sinus und/oder Kosinus
des Anfangswertes # (0) des Kurswinkels # äus den gespeicherten Signalen vorgesehen.
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Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Rechnerschaltung sind
in Fig. 2 die Zusammenhänge zwischen den-Kurs- und Lagewinkeln und den Transformationsparametern
zwischen dem fahrzeugfesten- und dem erdfesten
Koordinatensystem
veranschaulicht.
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Das fahrzeugfeste Koordinatensystem enthält die Koordinatenachsen
querachse) und zF (Fahrzeughochachse). Das erdfeste R Koordinatensystem enthält
die.Koordinatenachsen x (Nord) yR (Ost) und z R (Vertikal). Das fahrzeugfeste Koordinatensystem
wird in das erdfeste Koordinatensystem überführt durch eine Drehung um den Rollwinkel
# um die Fahrzeuglängsachse xF, eine Drehung um die dann erhalten Fahrzeugquerachse
um den Nickwinkel # und-schließlich eine Drehung der jetztin der erdfesten Horizontalebene
liegenden Fahrzeugs längsachse um den Kurswinkel # , wodurch die Fahrzeugs R längsachse
mit der erdfesten Koordinatenachse x zusammenfällt. Die Beziehung zwischen dem fahrzeugfesten
Koordinatensystem und einem erdfesten Koordinatensystem ist gegeben durch die Transformationsparameter-Matrix
Der Zusammenhang der Lagewinkel cm #, und # mit den Elementen der Transformationsparameter-Matrix
ist + = arc sin C31, Nick # = arc tan C21, Gier (Kurs) C11 # = arc tan C32, Roll
c33
Der Vektor der Drehgeschwindigkeit der Erde in demerdfesten
Koordinatensystem hat eine horizontale Komponente #c = #E cos # und eine vertikale
Komponente # s = #E sin # Diese Komponenten sind in Fig. 2 ebenfalls dargestellt.
Die Erdbeschleunigung g stellt einen Vektor dar, der in der Vertikalrichtung R @@@@@
Es läßt sich zeigen, daß die in der 0°-Stellung, der 900-Stellung und der 1800-Stellung
an den ersten Drehmomenterzeuger 18 erhalten Signale T2 bei kleinen Nick- und Rollwinkeln
folgende Form haben: T2 | 0 = sin # (0) . #C + #(0) . #S - bx T2 |90 = cos # (0)
. #C + #(0) . #S - bx T2 |180= - sin#(0) . #C - #(0) . #S - bx Die zugehörigen Signale
des Beschleunigungsmessers 40 haben folgende Form: Ax0°c = # (0) . g + Bx Ax90°c
=-#(0) . g + Bx Ax180°c =-#(0) . g + Bx Darin ist b die Drift des Kreisels. B ist
der Nullpunktfehler des Beschleunigungsmessers.
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Die Rechnerschaltung gewinnt aus den vorgenannten Signalen Werte für.
sin # (0) und cos # (0) unter Eliminierung der Drift des Kreisels und des Nullpunktfehlers
des Beschleunigungsmessers 40 und unter Berücksichtigung der Lagewinkel.
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Zu diesem Zweck enthält die Rechnerschaltung 44 Mittel 56,58 zur Bildung
des negativen Mittelwerts der auf den ersten Drehmomenterzeuger 18 in der 00-Stellung
und in der 1800-Stellung aufgeschalteten und in den Speichern 42 und 46 gespeicherten
Signale, wodurch ein die Drift b des Kreisels 14 um die. zweite Eingangsachse xK
wiedergebendes Signal bx erhalten wird.
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Die Rechnerschaltung enthält weiterhin Mittel 60,62 zur Bildung des
Mittelwerts der in der 0°-Stellung und- in -der 1860-Stellung in den Speichern 48,52
gespeicherten Signale des Beschle'unigungsmessers 40, wodurch ein den Nullpunktfehler
Bx des Beschleunigungsmessers 40 wiedergebendes Signal Bx erhalten wird.
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Es sind Mittel 64 zur Subtraktion des Nullpunktfehler-Signals Bx Von
dem in der 00-Stellung gespeicherten Signal des Beschleunigungsmessers 40 vorgesehen,
wodurch ein erstes korrigiertes Beschleunigungssignal erhalten wird. Weiterhin sind
Mittel 66 zur Multiplikation des ersten korrigierten Beschleunigungssignals mit
dem Verhältnis # s g der Vertikalkomponente #s der Erddrehung und der Erdbeschleungiung
g zur Bildung des Produkts 6 (0). U des Anfangswerts P(0) des Nickwinkels und der
5 besagten Vertikalkomponente #s vorgesehen.
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Die Rechnerschaltung enthält weiterhin Mittel 68 zur Addition des
in der 900-Stellung auf den ersten Drehmomenterzeuger 18 aufgeschalteten, gespeicherten
Signals
und des Driftsignals bx und zur Subtraktion des Produkts # (0) . #s von Nickwinkel
und Vertikalkomponente der Erddrehung, wodurch ein erstes Summensignal erzeugt,wird,
und Mittel 70 zur Division des ersten Summensignals durch die Horizontalkomponente
Dc der Erddrehung, wodurch ein demc Kosinus des Anfangswerts des Kurswinkels darstellendes
Signal cos # (0) erhalten wird.
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Die Rechner schaltung enthält weiterhin Mittel 72 zur Subtraktion
des Nullpunktfehlersignals Bx von dem in der 90°-Stellung gespeicherten Signal des
Beschleunigungsmessers 40, wodurch ein zweites korrigiertes Beschleunigungssignal
erhalten wird und Mittel 74 zur Multiplikation des zweiten korrigierten Beschleunigungssign,als
mit dem Verhältnis # s g der Vertikalkomponente U der Erddrehung und der 5 Erdbeschleunigung
g zur Bildung des Produkts des Anfangswerts # (0) des Rollwinkels und der besagten
Vertikalkomponente U der Erddrehung. Es sind Mittel 5 - ö 76 zur Addition des in
der O -Stellung auf den ersten Drehmomenterzeuger 18, aufgeschalteten gespeicherten
Signals, des Driftsignals bx und zur Subtraktion des Produkts # (0) . # s von Anfangswert
der Rollwinkels und Vertikalkomponente der Erddrehung vorgesehen, wodurch ein zweites
Summen-signal erzeugt wird, und Mittel 78 zur Division des zweiten Summensignals
durch die.
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Horizontalkomponente U der Erddrehung, wodurch ein c erstes, den Sinus
des Anfangswerts des Kurswinkels darstellendes Signal sin #(0)|o erhalten wird.
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Somit stehen Signale zur Verfügung, die dem Sinus und dem Kosinus
des Anfangswerts des Kurswinkels darstellen.
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Vorzugsweise enthält die Rechenschaltung weiterhin Mittel 80 zur Addition
des in der 1800-Stellung auf den ersten Drehmomenterzeuger 18 aufgeschalteten, gespeicherten
Signals, des Drift-Signals b und des x Produkts # (0) . #s von Anfangswert des Rollwinkels
und Vertikalkomponente der Erddrehung, wodurch ein drittes Summensignal erzeugt
wird, und Mittel 82 zur Division des zweiten Summensignals durch die negative Horizontalkomponente
-'£'c der Erddrehung, wodurch ein zweites, den Sinus des Anfangswerts des Kurswinkels
darstellendes Signal sin 4' (0)1180 erhalten wird. Es sind Mittel 84,86 zur-Bildung
des Mittelwerts des ersten und des zweiten, den Sinus des Anfangswerts des Kurswinkels
darstellenden Signals vorgesehen, der als Nutzsignal sin +(0) am Ausgang der-Rechenschaltung
54 erscheint.
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Wie aus Fig. 4 ersichtlich.ist ist der Azimut-Winkelgeber ein Resolver,
welcher Ausgangssignale entsprechend dem Sinus und dem Kosinus des Drehwinkels #z
als analoge Signale mit 400 Hertz liefert. Es ist ein Analog-Digital-Wandler 88
vorgesehen, welcher die Ausgangssignale des Resolvers digitalisiert.
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Weiterhin sind Winkeladditionsmittel 90,92 vorgesehen, denen die digitalisierten
Ausgangssignale des Resolvers und die in Registern 94,96 gespeicherten Sinus und-Kosinus
de Anfangswerts des Kurswinkels zugeführt werden und welche Ausgangssignale liefern,
welche den momentanen Kurswinkel darstellen.
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Ein zweipoliger Schalter 98 ist in der Betriebsweise "Anfangsausrichtung"
in der Schaltstellung "1", also geöffnet, während er bei Kursreferenzbetrieb in
der Schaltstellung "2" geschlossen ist. Die Schalter 100 sollen andeuten, daß die
Bildung-der Ausgangssignale sin (nT) und cos (nT) digital mit einer Taktzeit T erfolgt.
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Fig. 5 zeigt.eine abgewandelte Ausführungsform des selbstnordenden
Kursreferenzgeräts. Der Grundaufbau ist der gleiche wie bei dem Kursreferenzgerät-nach
Fig. 1, und entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie
dort.
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Wie aus Fig. 1 und Fig. 5 ersichtlich ist, wird durch das Kursreferenzgerät
ein gerätefestes Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen xGG G und zG definiert.
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Zweckmäßigerweise fällt dieses gerätefeste Koordinatensystem mit dem
fahrzeugfesten Koordinatensystem F und F zusammen. Der Azimutrahmen legt ein y Koordinatensystem
xC,yC,zC fest, wobei die Drallachse zK des Kreisels 14 in die Richtung der Koordinatenachse
xC fällt, die erste Eingangsachse y in die Richtung der Koordinatenachse zC und
die zweite K Eingangsachse x in die Richtung der Koordinatenachse yC.
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In Fig. 6 ist die Abhängigkeit des dem ersten Drehmomenterzeuger 18
zugeführten Signals T2 von dem Winkel zwischen Kreiseldrallachse bzw. Kreiseldrallvektor
H und Nordrichtung dargestellt. Es ergeben sich für die verschiedenen Quadranten
die folgenden Beziehungen: I. Quadrant: -T2 = - #c . sinα + bx II. Quadrant:
-T2 = - #c . sinα + bx III. Quadrant: -T2 = #c . sinα + bx IV. Quadrant:
- T2 = #c sinα + bx Dabei ist Ç der Winkel, der sich nach der Sinustabelle
für den jeweiligen Betrag des Signals T2 ergibt.
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Die Verhältnisse sind in Fig. i 7 dargestellt. Darin ist i die Referenzrichtung,
in bezug auf welche der Azimutwinkel # z gemessen wird und die beispielsweise mit
der xG- oder xF-Richtung übereinstimmt. fi - ist die Horizontalkomponente der Erddrehung'.
Der Kreisel 14 spricht auf die in Richtung der zweiten Eingangsachse, -also in Richtung
der Koordinatenachse yC fallende Komponente dieser Horizontalkomponente an und erzeugt
ein entsprechendes Signal T2. Man sieht, daß dieses Signal positiv ist, wenn y im-ersten
oder im IV.
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Quatranten liegt und negativ, wenn yC im II. oder III. Quadranten
liegt. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, muß der Azimutrahmen 12 jeweils im Uhrzeigersinn
c verdreht werden, um den in Richtung x liegenden Drallvektor H des Kreisels 14
au-f kürzestem Wege in die Nordrichtung zu- drehen. Im II. und III. Quadranten ist
eine Drehung entgegen dem Uhr'zeigersinn erforderlich, um den Drallvektor H auf
kürzestem Wege in die Nordrichtung zu bringen. Wenn der Drallvektor H in-die Nordrichtung
fällt, verschwindet die in Richtung der Eingangsachse xK des Kreisels wirksame Komponente
der Horizontalkomponente der Erdbeschleunigung, und damit verschwindet auch das
Signal T2.
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Demgemäß enthalten bei der Ausführungsform nach Fig. 5 die nordrichtungsbestimmenden
Mittel den auf der zweiten Einga'ngsachse xK sitzenden zweiten Drehmomenterzeuger
22 und Mittel zum Aufschalten eines zweiten Signals auf den zweiten Drehmomenterzeuger
22 zur Einleitung einer'Drehbewegung des Azimutrahmens 12 über den zweiten Abgriff
16 und den Azimutstellmotor 28, bis das auf den ersten Drehmomenterzeuger 18 geschaltete
erste Signal T2 verschwindet. Ein auf dem zweiten Drehmomenterzeuger 22 geschaltetes
Signal bewirkt eine Auslenkung des Kreisels um die erste Eingangsachse K und damit
ein Signal am Abgriff 16. Dieses
Signal steuert über den Verstärker
32 den Stellmotor 28 und bewirkt somit eine Verdrehung des Azimutrahmens 12 c um
die Azimutachse 10 oder z . Das auf den zweiten Drehmomenterzeuger 22 bei der Anfangsausrichtung
aufgeschaltete zweite Signal hat vorzugsweise einen konstanten Betrag. Das Vorzeichen
dieses zweiten Signals hängt von dem Vorzeichen des auf den ersten Drehmomenterzeuger
18 geschalteten ersten Signal T2 ab, und damit von der Komponente der Horizontalkomponente
der Erddrehung in Richtung der zweiten Eingangsachse xK des Kreisels 14, derart,
daß wenn das erste Signal T2 negativ ist, und damit die Komponente der Erddrehung
in Richtung der ersten Eingangsachse xK positiv, der Azimutrahmen'12.in Draufsicht
im Uhrzeigersinn verdreht wird.'Wenn das erste Signal T2 positiv ist, und damit
K die in Richtung der ersten Eingangsachse x wirksame Komponente der Horizontalkomponente
der Erddrehung negativ, der Azimutrahmen 12 entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht
wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Drallachse bei der Anfangsausrichtung
auf kürzestem Wege durch Verdrehen des Azimutrahmens 12 nach Norden ausgerichtet
wird.
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Nun ist das Signal T2 auch dann null, wenn der Drallvektor H nicht
nach Norden sondern nach Süden ausgerichtet ist. Um daher ein sicheres Einlaufen
des Drallvektors in die Nordrichtung zu gewährleisten, enthalten weiterhin die nordrichtungsbestimmenden
Mittel Vergleichermittel zum Vergleichen des auf den ersten Drehmomenterzeuger 18
geschalteten ersten Signals T2 mit einem festen Schwellwert sowie Mittel zum Aufschalten
eines festen Signals auf den zweiten Drehmomenterzeuger 22, wenn das erste Signal
T2 kleiner als dieser Schwellwert ist, zur Verdrehung des Azimutrahmens 12 um einen
festen Winkelbetrag, derart, 'daß das erste Signal T2 größer als der Schwellwert
wird.
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Es sind dann Mittel zum Prüfen des Vorzeichens des dann erhaltenen
ersten Signals T2 und Mittel zur Aufschaltung des zweiten Signals mit dem vom Vorzeichen
,dieses ersten Signals T2 abhängigen Vorzeichen vorgesehen. Damit wird sichergestellt,
daß der Drallvektor nicht durch Zufall in S.üdrichtung stehen bleiben kann statt
in die Nordrichtung einzulaufen.
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Bei der Ausführungsform nach-Fig. 5 wird somit der Azimutrahmen 12
in Abhängigkeit von dem ersten Signal T2 verdreht, bis der Drallvektor H und die
Koordinatenachse xC in Nordrichtung steht. Der Winkel # z zwischen der Koordinatenachse
x und der Referenzrichtung, z.B. xG = xF liefert dann unmittelbar den KurswinkelY