DE3050615C2

DE3050615C2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Nordrichtung

Info

Publication number: DE3050615C2
Application number: DE19803050615
Authority: DE
Inventors: Uwe 7770 Überlingen Krogmann
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1980-07-29
Filing date: 1980-07-29
Publication date: 1984-04-26

Description

ein selbstnordendes Kurz-Lage-Reierenzgerät 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 Azimuiachse 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 Azimutrahmen ist durch einen Stellmotor um die Azimutachse verdrehbar. Ferner ist auf der Azimutachse ein Winkelstellungsgeber angeordnet.

Bei dem bekannten selbstnordenden Kurs-Lage-Referenzgerät ist der Azimutrahmen in einem Rollrahmen um die im wesentlichen vertikale Azimutachse verdrehbar gelagert, und der Rollrahmen ist seinerseits um die Fahrzeuglängsachse schwenkbar gelagert. Der zweiachsige Kreisel ist ein zweiachsiger Wendekreisel. 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.

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.

Der Azimutrahmen ist gegenüber dem Rollrahmen durch den Azimut-Stellmotor um die Azimutachse wahlweise in eine O°-Stellung, in welcher die Drallachse parallel zur Fahrzeuglängsachse ist, oder in eine dazu um 90° winkelversetzte 90^c-Stellung verdrehbar.

In der ersten Betriebsweise »Nordung« liefert der Rechner aus den in den beiden Stellungen des Azimutrahmens gemessenen und gespeicherten, die Drehgeschwindigkeit um die zweite Eingangsachse 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 der Meridianebene (anfängliche Nordabweichung).

In der zweiten Betriebsweise »Kurs-Lage-Referenz« beim Eindrehen des Azimutrahmens in die 90°-Stellung liefen der Rechner aus den Winkelgeschwindigkeitssignalen des Wendekreisels ein den wahren Kurs des Fahrzeugs wiedergebendes Signal.

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 Rechner enthält dabei Mittel zur Speicherung der Signale des Wendekreisels in der (("-Stellung und der 90°-Stellung sowie Mittel zur Korrektur der gespeicherten Signale durch Lotfühlermittel, Mittel zur Division der in der (!"-Stellung und der 90°-Stellung gespeicherten, korrigierten Signale durch die Horizontalkomponente Q₁.= Ω_ε cos Φ der Erddrehgeschwindigkeit und Mittel zur Bildung des Sinus und Kosinus des wahren Azimutwinkels aus den so erhaltenen Signalen.

Der Vorteil der Anordnung nach der DE-OS 29 22 412 liegt darin, daß bei günstigem mechanischen Aufwand eine erhebliche Vereinfachung der Signalverarbeitung gegenüber der Anordnung nach der DE-OS 27 41 274 erreicht wird.

In die auf diese Weise erhaltenen Signale für den Sinus oder Kosinus des wahren Azimutwinkels geht der Skalenfaktor des Wendekreisels und damit auch der Skalenfaktorfehler ein. Dieser Skalenfaktorf'ehler müßte zur Erziehung maximaler Nordungsgenauigkeit bestimmt und rechnerisch berücksichtigt werden.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, mit einer Vorrichtung der eingangs definierten Art den Azimutwinkel auf eine von dem Skalenfaktorf'ehler unabhängige Welse zu bestimmen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

(a) der Azimutrahmen in einem weiteren Schaltzustand der Steuereinrichtung durch den Stellmotor in eine 270°-Stellung verdrehbar ist,

(b) die Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Nordrichtung weiterhin

(b,) Mittel enthalten zur Speicherung der in der 270°-Stellung gespeicherten Signale,

Ib₂) Mittel zur Bildung der halben Differenz der bei der 9O°-Stellung und der 270°-Stellung gespeicherten Signale,

(b₃) Mitte! zur Division des dabei erhaltenen Signals durch die Horizontalkomponente ß_r= Ω_ε cos Φ der Erddrehung zur Bildung des Kosinus des Azimutwinkels,

Ib₄) Mittel zur Bestimmung des Quadranten des Azimutwinkels nach Nord aus den durch die Divisionen ohne genaue Kenntnis eines Skalenfaktorfehlers erhaltenen Werten des negativen Sinus und Kosinus dieses Winkeis,

(b₅) Mittel zur vom Skalenl'aktor unabhängigen

Bestimmung des Absolutwertes einer Winkelfunktion des Azimutwinkels nach Nord, aus den Differenzen der in der O°-Stellung und der

180°-Stellung bzw. der in der 90°-Stellung und der 270°-Stellung gespeicherten Signale,

(b₆) Mittel zur Bestimmung eines zugehörigen Win-

kelwerts kleiner als 90° aus dem Absolutwert der Winkelfunktion und

(b₇) Mittel zur Bestimmung des Azimutwinkels nach Nord aus dem besagten Winkel wert und dem aus Sinus und Kosinus bestimmten Quadranten.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

7 8

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nächste- Stellung, in welcher die Kreiseldrallachse z^K parallel zu

hend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnun- einer gerätefesten Achse x^G Ist, in eine 90°-Stellung, in

gen näher erläutert: eine 180°-Stellung oder in eine 270°-Stellung verdrehbar

Fig. 1 ist eine schematisch-pcrspektivische Darstel- ist.

lung einer Vorrichtung zur Bestimmung der Nordrich- 5 Bei der Ausführungsform nach Flg. 1 wird vorausge-

tung. setzt, daß der Azimutrahmen 10 mit der Azimutachse z^c

Fig. 2 zeigt die Mittel für eine Grobbestimmung der für die Vorausrichtung genau vertikal ausgerichtet ist

Winkelfunktionen des Azimutwinkels nach Nord. oder jedenfalls die Abweichungen von der Vertikalen

Fig. 3 zeigt die Bestimmung des genauen Wertes des vernachlässigbar sind.

Azimutwinkels sowie die Bestimmung des Kurswinkels. 10 Die Signalverarbeitungsmittel enthalten ähnlich wie

Fig. 4 gibt eine Übersicht über den Ablauf des Nor- bei der Anordnung nach DE-OS 29 22 412 Mittel 44, 46,

dungsvorganges. ' 48 zur Speicherung der dem ersten Drehmomenterzeuger

Fig. 5 Ist eine Abwandlung der MIttel für die Grob- 16 zugeführten Signale -T₂1 _o,-T₂1 «, und T₂1 ₁₈₀ in der

bestimmung der Winkelfunktionen und zeigt die Berück- O°-Stellung, der 90°-Stellung bzw. der 180°-Stellung. Die

sichtigung des Fehlmontagewinkels des Kreisels. 15 Signalverarbeitungsmittel enthalten weiterhin Mittel 50,

Fig. 6 ist eine Abwandlung der Mittel für die Bestirn- 52 zur Bildung der halben Differenz der bei der O°-Stel-

mung des genauen Wertes des Azimutwinkels und zeigt lung und bei der 180°-Stellung gespeicherten Signale,

die Berücksichtigung des Fehlmontagewinkels des Krei- sowie Mittel 54 zur Division des dabei erhaltenen Signals

sels. durch die Horizontalkomponente Ω_Γ = Ω_Ε cos Φ der Erd-

Das selbstnordende Kurs-Lage-Referenzgerät von 20 drehgeschwindigkeit.

Fig. 1 enthält einen Azimutrahmen 10, der um eine AzI- Die Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der

mutachse z^c verdrehbar ist. Der Azimutrahmen definiert Nordrichtung enthalten zusätzlich zu den Speichern zur

ein Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen x*⁷. Speicherung der dem ersten Drehmomenterzeuger 16 in

y^cund z^c. Auf dem Azimutrahmen 10 ist ein Kreisel 12 der O°-Stellung, der 90°-Stellung und der 180°-Stellung

angeordnet, dessen Drall H parallel zur Achse x^c ver- 2s zugeführten Signale weiterhin einen Speicher 114 zur

läuft. Der Kreisel definiert ein Koordinatensystem mit Speicherung der dem ersten Drehmomenterzeuger 16 in

der Drallachse z^K, einer zur Azimutachse z^c parallelen der 270°-Stellung zugeführten Signale. Ebenso enthalten

ersten Eingangsachse y^K und einer zweiten Eingangs- die Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der

achse **, die senkrecht zur Drallachse z^K und der ersten Nordrichtung weiterhin Mittel 116, 118 zur Bildung der

Eingangsachse y^K verläuft. Der Azimutrahmen 10 mit 30 halben Differenz der bei der 90°-Stellung und der 270°-

seinem Koordinatensystem χ°, y^c und z^c ist um die AzI- Stellung in den Speichern 46 bzw. 114 gespeicherten

mutachse z^c verdrehbar gegenüber einem gehäusefesten Signale.

Koordinatensystem x°, y^G und z^c, wobei die Koordinate- Die Division der halben Differenz der In der O°-Stel-

nachse z^G parallel zu der Koordinatenachse z^c ist und in lung und in der 180°-Stellung gespeicherten Signale

der dargestellten (»"-Stellung die Koordinatenachsen x^G 35 durch die Horizontalkomponente der Erddrehgeschwin-

und y^G parallel zu den Koordinatenachsen x^c und y^c des digkelt liefert ein Signal, welches den negativen Sinus

Azimutrahmens 10 sind. Der Drehwinkel des Azimut- des Azimutwinkels - sin ψ darstellt,

rahmens 10 um die Azimutachse z^c aus der dargestellten In analoger Weise sind bei der Ausführung nach

0°-Stellung heraus ist mit X₁ bezeichnet. Vorzugsweise Ist Fig. 2 Mittel 120 zur Division der halben Differenz der

das gehäusefeste Koordinatensystem parallel zu einem 40 _in d_en Speichern 46, 114 gespeicherten Signale durch die

fahrzeugfesten Koordinatensystem mit den Koordinate- Horizontalkomponente ß_f=ß_fcos Φ der Erddrehung

nachsen Fahrzeugiängsachse x^r, Fahrzeugquerachse y^F vorgesehen. Diese Division ergibt einen Wert für den

und Fahrzeughochachse z^F angeordnet. negativen Kosinus des Azimutwinkels - cos ψ.

Auf der ersten Eingangsachse y^K des Kreisels 12 sitzen Die so erhaltenen Werte für - sin ψ und - cos ψ ergeein erster Abgriff 14 und ein erster Drehmomenterzeuger « (,en sich ohne genaue Kenntnis des Skalenfaktorfehlers. 16. Auf der zweiten Eingangsachse x^K des Kreisels 12 sit- Sie können durch einen Skalenfaktorfehler mit einer zen ein zweiter Abgriff 18 und ein zweiter Drehmomen- Ungenauigkeit behaftet sein. Die gestatten jedoch die terzeuger 20. Der auf der ersten Eingangsachse y^K ange- Bestimmung des Quadranten, in welchem der Azimutordnete erste Abgriff 14 ist über einen Verstärker 22 auf winkel nach Nord liegt. Dementsprechend sind Mittel den zweiten Drehmomenterzeuger 20 geschaltet, der auf 5° zur Bestimmung des Quadranten des Azimutwinkels der zweiten Eingangsachse x^K des Kreisels 12 sitzt. Der nach Nord aus den durch die Divisionen bei 54 und 120 auf der zweiten Eingangsachse x^K angeordnete zweite ohne genaue Kenntnis eines Skalenfaktorfehlers erhaite-Abgriff 18 ist über einen Verstärker 24 auf den ersten nen Werten des negativen Sinus und Kosinus dieses Drehmomenterzeuger 16 geschaltet, der auf der ersten Winkels vorgesehen.

Eingangsachse >>* des Kreisels 12 sitzt. Auf diese Weise ⁵⁵ Es sind weiterhin Mittel zur vom Skalenfaktor unab-

ist der Kreisel um seine Eingangsachsen elektrisch an hängigen Bestimmung des Absolutswerts einer Winkel-

seln Gehäuse gefesselt. Es handelt sich um einen zwei- funktion des Azimutwinkels nach Nord vorgesehen,

achsigen Wendekreisel. Das dem Drehmomenterzeuger Diese Mittel sind in Fig. 3 dargestellt und werden unten

16 zugeführte Signal Tl wird über ein Filter 26 abgegrif- im einzelnen beschrieben. Es sind weiterhin Mittel zur

fen und in noch zu beschreibender Weise den Signalve- ^ω Bestimmung eines zugehörigen Winkelwerts kleiner als

rarbeitungsmitteln zugeführt. 90° aus dem Absolutwert der Winkelfunktion und Mittel

Auf der Azimutachse z^c sitzt ein Stellmotor 30 zum zur Bestimmung des Azimutwinkels nach Nord aus dem

Verdrehen des Azimutrahmens 10 um die Azimutachse besagten Winkelwert und dem aus Sinus und Kosinus

z^c. Auf der Azimutachse ζ° ist weiterhin ein Winkelstel- bestimmten Quadranten vorgesehen,

lungsgeber 32 angeordnet. Eine umschaltbare Steuerein- ⁶⁵ Die beschriebene Ausführungsform geht von der

richtung 34 ist von dem Signal des Wlnkelstellungsge- Erkenntnis aus, daß es einerseits möglich ist, aus den

bers 32 beaufschlagt und steuert den Stellmotor so, daß durch einen Skalenfaktorfehler beeinflußten Winkelfunk-

der Azimutrahmen 10 wahlweise In die dargestellte 0°- tionen des Azimutwinkels dessen Quadranten festzustel-

len, und daß es andererseits möglich Ist, eine von einem Skalenfaktorfehler unbeeinflußte Winkelfunktion des Azimutwinkels zu bilden, die denn allerdings In bezug auf den Azimutwinkel selbst mehrdeutig Ist. Aus dem aul dem einen Wege ermittelten Quadranten und der auf dem anderen Wege ermittelten Winkelfunktion, z. B. dem Absolutwert des Sinus, kann dann der tatsächliche Wert des Azimutwinkels ermittelt werden. Dementsprechend enthalten die Slgnalverarbeitungs

Quadrant

II

III

IV

Azimutwinkel

^= 180°-I v/1

v=180°+l vl

ν = 360° -I ψ |
Die vorerwähnten Mittel zur Bestimmung von (1 +DSF,) sind, wie in Flg. 3 dargestellt Ist, von Mitteln 148 zur Division der besagten Wurzel der Quadratsumme durch die doppelte Horizontalkomponente 2 Ω,. der Erd

mittel weiterhin MIttel zur Bestimmung des Azlmutwln- io drehung gebildet, welche einen aktuellen Wert für kels nach Nord aus dem besagten Winkelwert und dem (1 + DSF_x) an dem Ausgang 126 liefern. Mit diesem aktuellen Wert werden die Mittel 122 und 124 zur Multiplikation beaufschlagt.

Die beschriebene Anordnung gestattet eine genaue

nerisch berücksichtigt zu werden, bine weitere Bedingung der bisher beschriebenen Anordnung Ist die, daß der Fehlmontagewinkel α des Kreisels 12 um die Azi-

aus Sinus und Kosinus bestimmten Quadranten.

Im einzelnen Ist diese Ausführungsform folgendermaßen aufgebaut:

Wie aus Flg. 2 ersichtlich Ist, sind Mittel 122 bzw. 124 15 Messung, die nicht durch Skalenfaktorfehler beeinträchvorgesehen zur Division der besagten halben Differenzen tigt 1st. Es brauchen also keine Skalenfaktorfehler rechdurch (1 +DSF_x) vor der Division durch die Horizontalkomponente Ω_ο der Erddrehung, wobei DSF_x ein angenommener Skalenfaktorfehler 1st. Für den ersten
Rechengang kann beispielsweise DSF_x = O angenommen 20 mutachse z^c vernachlässigbar klein gemacht wird. Wenn werden, oder man kann einen geschätzten oder nähe- dies nicht möglich ist oder einen unerwünscht hohen rungsweise bekannten Wert einsetzen. Die Anordnung Aufwand darstellt, kann der Fehlmontagewinkel gemäß von Fig. 3 enthält außer den Mitteln zur Bestimmung Fig. 5 und 6 rechnerisch berücksichtigt werden, vorausdes Absolutwerts einer Winkelfunktion des Azimutwln- gesetzt, daß er einmal bestimmt und Im Rechner abgekels auch Mittel zur Bestimmung von (1 + DSF_x) aus den 25 speichert worden Ist. Das Ist möglich, da der Fehlmontain den Speichern 44, 48, 46, 114 gespeicherten Signalen, gewlnkel sich im Laufe der Zelt praktisch nicht ändert, die unten noch näher beschrieben werden. Ein Signal Flg. 5 entspricht im wesentlichen der Anordnung von

(1 + DSF_x) erscheint an einem Ausgang 126. Es sind Mit- Fig. 2, und Fig. 6 entspricht im wesentlichen der tel 128, 130 vorgesehen zur Eingabe des so ermittelten Anordnung von Fig. 3, und entsprechende Teile sind neuen Wertes für (1 +DSF_x) in die besagten Mittel 122 30 jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen,
bzw. 124 zur Multiplikation. Gemäß Fig. 5 ist die halbe Differenz der in der 0°-

Die Mittel zur Bestimmung des Absolutwertes einer Stellung und in der 180°-Stellung In den Speichern 44 Winkelfunktion des Azimutwinkels sind in Fig. 3 darge- bzw. 48 gespeicherten Signale multipliziert mit einem stellt. Sie enthalten Mittel 132 zum Bilden der Differenz den Fehlmontagewinkel des Kreisels 12 um die Azimutder in der 0°-Stellung und In der 180°-SteIlung in den 35 achse z^c wiedergebenden Faktor a^ wie durch den Block Speichern 44 bzw. 48 gespeicherten Signale, Mittel 134 150 und den Summierpunkt 152 dargestellt, der halben zum Quadrieren dieser Differenz Mittel 136 zum Bilden Differenz der in der 90°-Stellung und In der 270°-Stelder Differenz der in der 90°-Stellung und in der 270°- ' lung In den Speichern 46 und 114 gespeicherten Signale Stellung In den Speichern 46 bzw. 114 gespeicherten entgegengeschaltet. Ebenso ist die halbe Differenz der In Signale, Mittel 138 zum Quadrieren dieser Differenz und 40 der 90°-Stellung und In der 270°-Stellung in den Spei-Mittel 140 zum Addieren der so erhaltenen Quadrate. Es ehern 46 und 114 gespeicherten Signale multipliziert mit sind Mittel 142 zum Ziehen der Wurzel der erhaltenen dem den Fehlmontagewinkel des Kreisels 12 um die die Quadratsumme vorgesehen sowie Mittel 144 zur Bildung Azimutachse z^c wiedergebenden Faktor a„, wie durch des Quotienten der von den Mitteln 132 gelieferten erste- den Block 154 und den Summierpunkt 156 dargestellt Ist, ren Differenz und der Wurzel der Quadratsumme, 45 der halben Differenz der in der O°-Stellung und in der wodurch ein dem Absolutwert des Sinus des Azimutwln- 180°-Stellung In den Speichern 144, 148 gespeicherten

Signale entgegengeschaltet.

In ähnlicher Weise ist in Flg. 6 bei der Bestimmung des Absolutwerts der Winkelfunktion des Azimutwinkeis die bei 136 gebildete Differenz der in der 90°-Stellung und In der 270°-Stellung in den Speichern 46 und 114 gespeicherten Signale multipliziert mit einem den Fehlmontagewlnkel des Kreisels 12 um die Azimutachse z^c wiedergebenden Faktor a^ wie durch den Block 158 und Summierpunkt 160 angedeutet Ist, der bei 132 gebildeten Differenz der in der 0°-Stellung und in der 180°-SteIIung in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale entgegengeschaltet. Die bei 132 gebildete Differenz der in der O°-Stellung und in der 180°-StelIung in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale ist multipliziert mit dem den Fehimontagewinkel des Kreisels 12 um die Azimutachse z^c wiedergebenden Faktor Ot_x^ wie durch den Block 162 und Summierpunkt 164 angedeutet Ist, der Differenz der in der 90°-Stellung und in der 270°-Stellung in den

Mit dem so bestimmten Quadranten und dem gemäß 65 Speichern 46 bzw. 114 gespeicherten Signale entgegenge-F i g. 3 erhaltenen Wert von | vl ergibt sich der tatsächll- schaltet.

ehe Winkel ν unbeeinflußt von Skalenfaktorfehlern nach ρ ig. 4 zeigt übersichtlich den Ablauf des Nordungs-

' folgender Beziehung Vorgangs.

kels nach Nord I sin ψ | darstellendes Signal erhalten wird. Die Mittel zur Bestimmung des zugehörigen Winkelwerts sind von Mitteln 146 zur Erzeugung der Arcusslnusfunktion gebildet.

Die quadrantenbestimmenden Mittel legen den Quadranten des Azimutwinkels nach folgender Beziehung fest:

Quadrant

I	sin ψ ;	cos ;
II	sin ψ ;	cos <
III	sin φ <	cos <
IV	sin ψ <	cos;
>0	>0
>0	cO
CO	cO
CO	>0

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

ίο

Ι. Vorrichtung zur Bestimmung der Nordrichtung, enthaltend einen Azimutrahmen, der um eine Azimutachse verdrehbar gelagert ist,
einen auf Komponenten der Erddrehgeschwindigkeit ansprechenden und entsprechende Signale liefernden Wendekreisel, der auf dem Azimutrahmen angeordnet ist, wobei

die Drallachse des Wendekreisels in einer zu der Azimutachse senkrechten Ebene liegt und
eine Eingangsachse des Wendekreisels in dieser Ebene senkrecht zu der Drallachse -.erläuft,

einen Stellmotor zum Verdrehen des Azimutrahmens um die Azimutachse,

eine Steuereinrichtung, durch welche der Stellmotor zum wahhvelsen Eindrehen in eine erste Stellung (0°- Sielluiig) und eine dagegen um 90° versetzie zweite Stellung (9O°-Stellung) sowie eine gegenüber der 0°- Stellung um 180° versetzte dritte Stellung ansteuerbar ist,

Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Nordrichtung, auf welche die Signale des Wendekreisels aufgeschaltet sind und welche

Mittel enthalten zur Speicherung der Signale des Wendekreisels in der O°-Stellung, der 90°-Stellung und der 180°-Stellung,

Mittel zur Bildung der halben Differenz der in der jo O°-Stellung und in derl90°-Steliung gespeicherten Signale,

Mittel zur Division der halben Differenz durch die Horizontalkomponente ß_r=ß_£ cos Φ der Erddrehgeschwindigkeit zur Erzeugung eines den Sinus des wahren Azimutwinkels darstellenden Signals,

Mittel zur Erzeugung eines den Kosinus des wahren Azimutwinkels darstellenden Signals und
eine Quadrantenlogik, welcher die den Sinus und den Kosinus darstellenden Signale zugeführt werden zur Bestimmung des Quadranten des wahren Azimutwinkels,

dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Azimutrahmen in einem weiteren Schaltzustand der Steuereinrichtung durch den Stellmotor in eine 27O°-Stellung verdrehbar ist,

(b) die Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Nordrichtung weiterhin

(b,) Mittel enthalten zur Speicherung der in der 270°-Stellung gespeicherten Signale,

(b₂) Mittel zur Bildung der halben Differenz der bei der 90°-Stellung und der 27O°-Stellung gespeicherten Signale,

(b₃) Mittel zur Division des dabei erhaltenen Signals durch die Horizontalkomponente ß_r=ß_E cos Φ der Erddrehung zur Bildung des Kosinus des Azimutwinkels,

(b₄) Mittel zur Bestimmung des Quadranten des Azimutwinkels nach Nord aus den durch die Divisionen ohne genaue Kenntnis eines Skalenfaktorlehlers erhaltenen Werten des negativen Sinus und Kosinus dieses Winkels,

(b₅) Mittel zur vom Skalenfaktor unabhängigen Bestimmung des Absolutwerts einer Winkelfunktion des Azimutwinkels nach Nord aus den Differenzen der in der ""-Stellung und der 180°-Stellung bzw. der in der 90°-SteS-lung und der 270°-Stellung gespeicherten Signale,

(b₆) Mittel zur Bestimmung eines zugehörigen Winkelwerts kleiner als 90° aus dem Absolutwert der Winkelfunktion und

(b₇) Mittel zur Bestimmung des Azimi'twinkels nach Nord aus dem besagten Winkelwert und dem aus Sinus und Kosinus bestimmten Quadranten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Multiplikation der besagten halben Differenzen mit (1 + DSF_x) vor der Division durch die Horizontalkomponente der Erddrehung, wobei DSF_x ein angenommener Skalenfaktorfehler ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

(a) Mittel zur Bestimmung von (1 +DSF_x) aus den gespeicherten Signalen und

(b) Mittel zur Eingabe des so ermittelten neuen Wertes für (1 + DSF_x) in die besagten Mitte! zur Multiplikation.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die quadrantenbestimmenden Mittel den Quadranten des Azimutwinkels Ψ nach folgender Beziehung festlegen

Quadrant

sin ψ > 0

II sin ψ > 0

III sin ψ < 0

IV sin ψ < 0

cos ψ > 0
cos V < 0
cos ψ < 0
cos ψ > 0
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bestimmung des Absolutwerts einer Winkelfunktion

(a) Mittel enthalten zum Bilden der Differenz der In der O°-Stellung und In der 180°-Stellung gespeicherten Signale,

(b) Mittel zum Quadrieren dieser Differenz,

(c) Mittel zum Bilden der Differenz der in der 90°- Stellung und in der 270°-Stellung gespeicherten Signale,

(d) Mittel zum Quadrieren dieser Differenz,

(e) Mittel zum Addieren der so erhaltenen Quadrate, (0 Mittel zum Ziehen der Würze! der erhaltenen Quadratsumme und

(g) Mittel zur bildung des Quotienten der ersteren Differenz und der Wurzel der Quadratsumme, wodurch ein den Absolutwert des Sinus des Azimutwinkels nach Nord sin ψ darstellendes Signal erhalten wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

die Mittel zur Bestimmung des zugehörigen Winkel wertes von Mitteln zur Erzeugung der Arcusslnuslunktlon gebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß

die besagten Mittel zur Bestimmung von (1 + DSF,) von Mitteln zur Division der besagten Wurzel durch die doppelte Horizontalkomponente der Erddrehung gebildet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die halbe Differenz der In der O°-Stellung und in der 180°-Stellung gespeicherten Signale multipliziert mit einem den Fehlmontagewinkel des Kreisels um die Azimutachse z^c wiedergebenden Faktor a^ der halben Differenz der in der 90°- Stellung und in der 270°-Ste!lung gespeicherten Signale entgegengeschaltet Ist und

(b) die halbe Differenz der in der 90°-Stellung und in der 27O°-Siellung gespeicherten Signale multipliziert mit dem den Fehlmontagewinkel des Kreisels um die Azimutachse z^c wiedergebenden Faktor a_v der halben Differenz der In der O°-Ste!lung und in der 180°-Stellung gespeicherten Signale entgegengeschaltet ist.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung des Absolutwerts der Winkelfunktion des Azimutwinkels

(a) die Differenz der in der 90°-Stellung und in der 270°-Stellung gespeicherten Signale multipliziert mit einem den Fehlmontagewinke! des Kreisels um die Azimutachse wiedergebenden Faktor ü_ly der Differenz der in der O°-Stellung und in der 180°-Stellung gespeicherten Signale entgegengeschaltet ist und

(b) die Differenz der in der O°-Stellung und in der 180°-Stellung gespeicherten Signale multipliziert mit dem den Fehlmontagewinkel des Kreisels um die Azimutachse wiedergebenden Faktor a_xv der Differenz der in der 90°-Stellung und In der 270°- Stellung gespeicherten Signale entgegengeschaltet Ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Nordrichtung enthaltend einen Azimutrahmen, der um eine Azimutachse verdrehbar gelagert ist, einen auf Komponenten der Erddrehgeschwindigkeit ansprechenden und entsprechende Signale liefernden Wendekreisel, der auf dem Azimutrahmen angeordnet Ist, wobei die Drallachse des Wendekreisels In einer zu der Azimutachse senkrechten Ebene liegt und eine Eingangsachse des Wendekreisel In dieser Ebene senkrecht zu der Drallachse verläuft, einen Stellmotor zum Verdrehen des Azimutrahmens um die Azimutachse, eine Steuereinrichtung, durch welche der Stellmotor zum wahlweisen Eindrehen, in eine erste Stellung (O°-Stellung) und eine dagegen um 90° versetzte zweite Stellung ^"-Stellung) sowie eine gegenüber der O°-Stellung um 180° versetzte dritte Stellung ansteuerbar Ist, Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Nordrichtung, auf welche die Signale des Wendekreisels aufgeschaltet sind und welche Mittel enthalten zur Speicherung der Signale des Wendekreisels in der 0°-Stellung, der 90°-Stellung und der l80°-Stellung, Mittel zur Bildung der halben Differenz der in der O°-Stellung jnd In der190°-Stellung gespeicherten Signale, Mittel zur Division der halben Differenz durch die Horizontalkomponente Q_c=ß_E cos Φ der Erddrehgeschwindigkeit zur Erzeugung eines den Sinus des wahren Azimutwinkels darstellenden Signals, Mittel zur Erzeugung eines den Kosinus des wahren Azimutwinkeis darstellenden Signals und eine Quadrantenlogik, welcher die den Sinus und den Kosinus darstellenden Signale zugeführt werden zur Bestimmung des Quadranten des wahren Azimutwinkels.
Es Ist ein Gerät zur Nevigation von Landfahrzeugen

ι» bekannt (DE-OS 25 45 025), bei welchem mittels eines bandaufgehängten Meridiankreisels, dessen Richtmoment durch ein Gegenmoment kompensiert wird, der Winkel zwischen 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 erfolgt eine Anfangsausrichtung des Kursreferenzgeräts nach dieser Nordrichtung. Anschließend liefert das Kursreferenzgerät im Kursreferenzbetrieb laufend den auf diese Nordrichtung bezogenen Kurs des Fahrzeugs.
Durch die DE-OS 27 41 274 ist es bekannt, die Nordrichtung statt mittels eines bandaufgehängten Kreisels mit horizontaler Drallachse mit Hilfe eines zweiachsigen Wendekreisel*: zu bestimmen, dessen Drallachse vertikal angeordnet ist. Der Wendekreisel enthält auf zwei zueinander senkrechten horizontalen Eingangsachsen je einen

k> 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 Horizontalkomponente 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.

Bei der Anordnung nach der DE-OS 27 41 274 wird der gleiche zweiachsige Wendekreisel nach der Verschwenkung um 90° 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 ^er Anfangsausrichtung ermittelten An-

langswerte ständig die Lage des Fahrzeugs und insbesondere laufend den wahren Kurswinkel berechnet.

In beiden Fällen wird aus dem Kurswinkel und der in Fahrzeuglängsachse gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit die Position des Fahrzeugs In einem geographischen

oder Gitterkoordinatensystem bestimmt.

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 aulwendiges Kursreferenzgerät verlangt wird.
Durch die nicht vorveröffentlichte DE-OS 29 22 412 lsi