DE3240804C2

DE3240804C2 -

Info

Publication number: DE3240804C2
Application number: DE19823240804
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 6906 Leimen De Dallafina
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1982-11-05
Filing date: 1982-11-05
Publication date: 1991-04-11
Also published as: DE3240804A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Nordrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a method for determining the North direction according to the preamble of claim 1.

Aus der DE-AS 14 98 042 ist ein Kreisel und ein Verfahren bekannt, wobei der Kreisel grundsätzlich als ein Wendekreisel mit zwei Freiheitsgraden ausgebildet ist. Dieser enthält einen um eine möglichst vertikal ausgerichtete Drehachse drehbaren Rahmen mit einem Kreiselrotor, dessen Spinachse orthogonal zur genannten Drehachse bzw. Hochachse und somit in einer horizontalen Ebene liegt. Der Rahmen ist mittels Gaslagern drehbar in einem sogenannten Pendelkörper angeordnet, wobei dieser mittels Kardangelenk innerhalb eines Gehäuses derart aufgehängt ist, daß die vertikale Ausrichtung der Drehachse ermöglicht wird. Die derart ausgebildete Loteinrichtung enthält außerdem am unteren Ende des Pendelkörpers einen elektrisch betätigbaren Lotmagneten, dessen Anker nach Durchführung der Lotung sich auf einem kalottenförmigen Teil des Gehäuses abstützt. Der Rahmen ist bezüglich des Gehäuses an eine Nullstellung gefesselt. Es ist weiterhin ein Nachführkreis vorgesehen, enthaltend einen Abgriff für die Winkelstellung des Rahmens, geeignete Verstärkereinrichtungen und einen Stellantrieb zwischen Gehäuse und Pendelkörper, um eine Nachführung des Pendelkörpers im Sinne einer Verringerung des Rahmenabgriffsignales zu bewirken. Bei einem derartigen nordsuchenden Kreisel bewirkt bekanntlich die Horizontalkomponente der Erddrehgeschwindigkeit ein vom Sinus des Ablagewinkels der Drallachse zur Nordrichtung abhängiges nordtreibendes Moment, welches eine entsprechende Auslenkung des Rahmens verursacht. Mittels des Nachführkreises wird daher der Pendelkörper nachgeführt, bis die genannte Rahmenauslenkung gegen Null geht. Die mittels eines als Resolver ausgebildeten Winkelgebers erfaßte Winkelstellung des Pendelkörpers gegenüber dem Gehäuse entspricht dann im wesentlichen der Nordrichtung. Außer dem nordtreibenden Moment sind jedoch auch das Fesselmoment sowie Störmomente, verursacht insbesondere durch Kreiseldriften, die Rahmenlagerung, Stromzuführungen sowie von außen einwirkende Vibrationen zu berücksichtigen, so daß je nach Güte des Kreisels Nordungsfehler entstehen. DE-AS 14 98 042 describes a gyroscope and a method known, the gyro basically as a turning gyroscope is designed with two degrees of freedom. This contains one around an axis of rotation oriented as vertically as possible rotatable frame with a gyroscopic rotor, its spin axis orthogonal to the mentioned axis of rotation or vertical axis and thus lies in a horizontal plane. The frame is by means of Gas bearings can be rotated in a so-called pendulum body arranged, this by means of a universal joint within a Housing is suspended so that the vertical orientation the axis of rotation is made possible. The so trained Soldering device also contains at the bottom of the Pendulum body an electrically actuated solder magnet, the anchor of which is carried out on a dome-shaped part of the housing supports. The frame is tied to a zero position with respect to the housing. It a tracking circle is also provided, containing one Tap for the angular position of the frame, suitable amplifier devices and an actuator between the housing and pendulum body to track the pendulum body in To effect a reduction in the frame tap signal. With such a north-seeking gyro as is known, the horizontal component of the earth's rotational speed one from the sine of the filing angle of the swirl axis North driving dependent driving moment, which is a corresponding deflection of the frame caused. Means the pendulum body is therefore tracked by the tracking circle, until the frame deflection mentioned goes to zero. The means of a resolver designed as a resolver Angular position of the pendulum body relative to the housing corresponds then essentially the north direction. Moreover north driving moment are however also the bondage moment as well Disturbing torques, especially caused by gyro drifts, the frame mounting, power supply and external ones Vibration should be considered, so depending on the quality of the gyro northing errors arise.

Es ist weiterhin in der DE 30 45 823 A1 ein Verfahren beschrieben, bei welchem aus dem von dem nordsuchenden Kreisel gelieferten Meßwert der Mittelwert gebildet wird und durch Messungen in verschiedenen Stellungen die Nordrichtung aus den jeweiligen Mittelwerten bestimmt wird. Hierbei werden jedoch lediglich konstante Störmomente, d. h. solche, die aufgrund der obengenannten Durchführung der Messungen erfaßt werden können, eliminiert.It is still in the DE 30 45 823 A1 describes a method in which the measured value delivered by the gyro looking north Mean is formed and by measurements in different Positions the north direction from the respective mean values is determined. However, this will only be constant Interference torques, d. H. those based on the above Implementation of the measurements can be recorded, eliminated.

Bekanntlich reagieren nordsuchende Kreisel der genannten Art sehr stark auf äußere Erschütterungen bzw. Stöße. Insbesondere bei Verwendung in Fahrzeugnavigationsanlagen, also bei einer Anordnung, die nicht gegen Erschütterungen abgesichert ist, wird eine genaue Messung der Nordrichtung problematisch.As is known, north-seeking gyroscopes of the type mentioned react very strong on external shocks or impacts. In particular when used in vehicle navigation systems, ie an arrangement that is not protected against vibrations accurate measurement of the north direction becomes problematic.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Ermittlung der Nordrichtung zu schaffen, das auch bei äußeren Störeinflüssen während der Messung eine genaue Nordrichtungsangabe liefert.The object of the invention is therefore a method for the determination to create the north direction, that also with outer Interfering influences during the measurement, an exact indication of north direction delivers.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. This task will by those specified in the characterizing part of claim 1 Features solved.

Das Verfahren ist damit in der Lage, allein aus der Sensierung des mit Störungen behafteten Meßwertes ohne redundante Information eine optimale Bestimmung des nordtreibenden Moments vorzunehmen und die einmal gewonnene Genauigkeit dadurch zu halten, daß bei Störungen die Auswertung unterbrochen wird, gleichzeitig aber der zuletzt ermittelte Nordwert so lange als aktueller Meßwert erhalten bleibt, bis nach der Störung genauere Meßwerte geliefert werden.The method is therefore capable of sensing only of the measured value with errors without redundant Information an optimal determination of the north driving moment and the accuracy obtained once to keep the evaluation interrupted in the event of faults is, but at the same time the last determined north value remains as the current measured value until more precise measured values are delivered after the fault.

In vorteilhafter Weise wird die Berechnung des Mittelwertes und der Ableitung des Meßwertes y_n rekursiv durchgeführt. Damit läßt sich die Tendenz während größerer Meßzeiten genau bestimmen.The calculation of the mean value and the derivation of the measured value y _{n is} advantageously carried out recursively. This allows the tendency to be precisely determined during longer measuring times.

Um nach einer Störung keine größeren Fehler in der Berechnung der Nordrichtung entstehen zu lassen bzw. um die bisher erreichte Genauigkeit einzuhalten, wird in einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Auswertung des Meßwertes y_i erst dann wieder vorzunehmen, wenn der vor der Störung ermittelte Meßwert unterschritten ist bzw. zur Vermeidung eines Einrastens auf örtliche und nur kurzfristig auftretende Minima einen Toleranzbereich zu bilden, wobei erst bei Unterschreitung dieses Bereichs die Auswertung erfolgt. Der in der ersten Auswerteschaltung enthaltene Tiefpaß, welcher ein Tiefpaß erster Ordnung ist, verursacht eine bestimmte Verzögerung. Diese Verzögerung wirkt sich aber in der Erkennung einer Störung negativ aus, da ein Unterbrechen der Auswertung durch die Verzögerung erst zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei welchem schon eine Anzahl von gestörten Meßwerten, die nicht auswertbar sind, zur zweiten Auswerteschaltung gelangen und evtl. das Meßergebnis verfälschen. In vorteilhafter Weise wird jedoch dieser Fehler dadurch vermieden, daß die zur zweiten Auswerteschaltung geführten Meßwerte über eine Verzögerungsstrecke in der Art eines Schieberegisters geführt werden, dessen Verzögerungszeit so bemessen ist, daß etwa die von dem Tiefpaß verursachte Verzögerungszeit erreicht wird. Ist eine Störung erkannt, dann wird der gesamte Inhalt des Schieberegisters, das beispielsweise aus drei Speicherplätzen bestehen kann, gelöscht. Störungsbehaftete Meßwerte kommen somit nicht zur Auswertung. Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, eine Gewichtung der Meßgröße durchzuführen. Der Gewichtungsfaktor wird hierzu aus einer weiteren Verarbeitung des von den Schieberegistern gelieferten Signals dadurch gewonnen, daß ein linearer Mittelwert und anschließend dessen Ableitung gebildet werden. Geht der Betrag des abgeleiteten Signals nahezu gegen Null, so kann daraus geschlossen werden, daß der Meßwert y_i sich nicht oder nur geringfügig ändert, d. h. der Wert hat sich sehr gut an die tatsächliche Größe angenähert. Die zweite Auswerteschaltung beaufschlagt in diesem Fall den aktuellen Meßwert mit einem hohen Gewichtungsfaktor. Schwankt der Meßwert, dann wird aufgrund des höheren Ableitungsbetrages ein geringerer Gewichtungsfaktor gebildet und dem Meßwert beaufschlagt.In order not to allow major errors in the calculation of the north direction to occur after a malfunction or to maintain the accuracy achieved so far, it is proposed in a further embodiment of the invention that the measured value y _{i is} only evaluated again when the one determined prior to the malfunction The measured value is undershot or to avoid a snapping to local and only briefly occurring minima, a tolerance range is formed, the evaluation only taking place if this range is undershot. The low-pass filter contained in the first evaluation circuit, which is a first-order low-pass filter, causes a certain delay. However, this delay has a negative effect on the detection of a fault, since the evaluation is only interrupted by the delay at a time at which a number of faulty measured values, which cannot be evaluated, reach the second evaluation circuit and possibly the measurement result distort. However, this error is advantageously avoided in that the measured values led to the second evaluation circuit are passed over a delay path in the manner of a shift register, the delay time of which is dimensioned such that the delay time caused by the low-pass filter is reached. If a fault is detected, the entire content of the shift register, which can consist of three storage locations, for example, is deleted. Measured values subject to interference are therefore not evaluated. It has also proven advantageous to carry out weighting of the measured variable. For this purpose, the weighting factor is obtained from further processing of the signal supplied by the shift registers by forming a linear mean and then deriving it. If the amount of the derived signal approaches almost zero, it can be concluded that the measured value y _i does not change or changes only slightly, ie the value has approximated the actual size very well. In this case, the second evaluation circuit applies a high weighting factor to the current measured value. If the measured value fluctuates, then a lower weighting factor is formed due to the higher derivative amount and the measured value is applied.

Es hat sich auch als günstig erwiesen, eine Bewertungsziffer als Verhältnis von Gewichtungsfaktor zur Anzahl der verwertbaren bzw. verwerteten Meßwerten zu bilden. Diese Bewertungsziffer läßt Rückschlüsse auf die Genauigkeit der gemittelten Meßwerte zu.It has also proven to be cheap, a valuation figure as a ratio of the weighting factor to the number of usable or to use measured values. This rating number allows conclusions to be drawn about the accuracy of the averaged Measured values too.

Zu Beginn einer Messung werden die Meßwerte sich nach einem bestimmten Einschwingverhalten der tatsächlichen Größe annähern. Zur Vermeidung einer hohen Abweichung des linearen Mittelwertes wird weiterbildungsgemäß vorgeschlagen, die Meßwerte so lange auszublenden, bis das von dem Tiefpaß gelieferte Signal x_n eine bestimmte Schwelle unterschritten hat. Erst nach Unterschreitung dieser Schwelle beginnt die zweite Auswerteschaltung eine Mittelwertbildung der Meßwerte, eine Bewertung, sowie die Bildung eines gewichteten Mittelwertes. At the start of a measurement, the measured values will approach the actual size after a certain transient response. In order to avoid a high deviation of the linear mean value, it is proposed according to the further development to hide the measured values until the signal x _n delivered by the low-pass filter has fallen below a certain threshold. Only after falling below this threshold does the second evaluation circuit begin averaging the measured values, an evaluation, and forming a weighted average.

Alle zur Beurteilung des Meßwertes notwendigen Daten und der Meßwert selbst, sowohl als gewichteter Wert als auch als linearer Mittelwert, werden weiterbildungsgemäß einer Anzeigeeinheit zugeführt, die in digitaler und/oder in analoger Form diese Daten anzeigt.All data necessary for the assessment of the measured value and the Measured value itself, both as a weighted value and as a linear one Mean value, according to a display unit supplied in digital and / or in analog Form displays this data.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is below Reference to the accompanying drawing explained. It shows

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des nordsuchenden Kreisels teilweise im Längsschnitt, Fig. 1 is a schematic representation of the north-seeking gyro partially in longitudinal section;

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens, Fig. 2 shows a circuit arrangement for carrying out the method,

Fig. 3 die Auswertung des Signals x_n in Flußdiagrammdarstellung, Fig. 3 shows the evaluation of the signal x _n in flow chart representation,

Fig. 4 die Verarbeitung der Meßgröße y_i durch bestimmte Verfahrensschritte. Fig. 4, the processing of the measured value y _i by certain process steps.

Der nordsuchende Kreisel gemäß Fig. 1 enthält in einem Gehäuse 1 einen unter einer Grundplatte 2 an einem Kardangelenk 3 aufgehängten Pendelkörper 4. Zwischen dem schematisch dargestellten Kardangelenk 3 und dem Pendelkörper 4 ist ein als Taumelscheibenmotor ausgebildeter Schrittmotor 5 angeordnet. Der Schrittmotor 5 enthält einen am Kardangelenk 3 befestigten Stator 6 sowie einen über ein Kugellager 7 drehbar angeordneten Rotor 8. Das Kugellager 7 dient gleichzeitig zur Lagerung des mit dem Rotor 8 verbundenen Pendelkörpers 4. Auf dem Stator 6 sind über den Umfang verteilt eine Anzahl von elektrischen Wicklungen 9 angeordnet. Der Rotor 8 enthält einen mit dem Pendelkörper 4 mittels einer axial nachgiebigen und radial steifen Taumelscheibe oder mittels einer Membran 10 verbundenen Zahnkranz 11, welchem auf dem Stator 6 gegenüberliegend ein Zahnkranz 12 zugeordnet ist. Die Zahnkränze 11, 12 weisen eine hohe Zähnezahl auf, wobei die Zähnezahldifferenz vorzugsweise ein Zahn beträgt. Bei einem derartigen Schrittmotor kann die Schrittweite entsprechend der Zähnezahl und der Anzahl der Wicklungen 9 relativ grob gewählt werden, wobei trotzdem eine sehr hohe Teilungsgenauigkeit erreicht wird. Der Pendelkörper 4 kann somit um die Drehachse 13 über den gesamten Winkelbereich voll durchgedreht und mit hoher Genauigkeit eingestellt werden. Der Schrittmotor 5 dient gleichzeitig als Winkelgeber für die Stellung des Pendelkörpers 4 bezüglich des Gehäuses 1, wobei ausgehend von einer vorgegebenen Nullstellung lediglich die Steuersignale für die Wicklungen 9 ausgezählt werden. Hierfür ist ein einfacher, hier nicht dargestellter Nullstellungsabgriff vorgesehen. Am unteren Ende des Pendelkörpers 4 ist ein elektrisch ansteuerbarer Lotmagnet 16 vorgesehen, dessen Anker 17 sich auf einem kalottenförmigen Teil 18 des Gehäuses 1 abstützt. Es ist ersichtlich, daß somit für den kardanisch aufgehängten Pendelkörper 4 eine Loteinrichtung geschaffen ist. Ist nämlich abweichend von Fig. 1 die Hochachse 19 nicht vertikal ausgerichtet, so kann durch eine im Taktbetrieb erfolgende Ansteuerung des Lotmagneten 16 der Anker 17 von der Kalotte abheben, mit der Folge, daß der Pendelkörper 4 sich exakt vertikal ausrichtet. Selbstverständlich kann die Lotung auch über Lotfühler sowie durch diese gesteuerte Stellglieder, wie zum Beispiel Servomotoren oder Drehmomentenerzeuger, durchgeführt werden.The north-seeking gyroscope according to Fig. 1 comprises a housing 1 in a suspended under a base plate 2 on a universal joint 3 pendant body 4. Between the schematically illustrated universal joint 3 and the pendulum body 4 , a stepping motor 5 designed as a swash plate motor is arranged. The stepper motor 5 contains a stator 6 fastened to the universal joint 3 and a rotor 8 rotatably arranged via a ball bearing 7 . The ball bearing 7 also serves to support the pendulum body 4 connected to the rotor 8 . A number of electrical windings 9 are arranged on the stator 6 distributed over the circumference. The rotor 8 contains a toothed ring 11 connected to the pendulum body 4 by means of an axially flexible and radially rigid swash plate or by means of a membrane 10 , to which a toothed ring 12 is assigned on the opposite side of the stator 6 . The ring gears 11, 12 have a high number of teeth, the difference in the number of teeth preferably being one tooth. With a stepper motor of this type, the step size can be selected relatively roughly in accordance with the number of teeth and the number of windings 9 , a very high division accuracy being nevertheless achieved. The pendulum body 4 can thus be rotated fully about the axis of rotation 13 over the entire angular range and adjusted with high accuracy. The stepper motor 5 also serves as an angle encoder for the position of the pendulum body 4 with respect to the housing 1 , with only the control signals for the windings 9 being counted starting from a predetermined zero position. A simple zero position tap, not shown here, is provided for this. At the lower end of the pendulum body 4 , an electrically controllable solder magnet 16 is provided, the armature 17 of which is supported on a dome-shaped part 18 of the housing 1 . It can be seen that a soldering device is thus created for the gimbaled pendulum body 4 . If, in contrast to FIG. 1, the vertical axis 19 is not aligned vertically, the armature 17 can lift off the calotte by actuating the solder magnet 16 in cyclical operation, with the result that the pendulum body 4 is aligned exactly vertically. Of course, the plumbing can also be carried out using plumb sensors and actuators controlled by them, such as, for example, servomotors or torque generators.

Innerhalb des Pendelkörpers 4 befindet sich der Präzessionsrahmen 20, welcher einen um die Spinachse 21 drehbaren Kreiselrotor 22 enthält. Der Rahmen 20 ist gegenüber dem Pendelkörper 4 bzw. Nachführrahmen mitels einer statischen Gaslagerung, enthaltend ringförmige Axial- und Radialluftspalte 24, 25, um die Ausgangs- bzw. die Drehachse 13 drehbar gelagert. Zur Speisung der Lagerung ist im unteren Teil des Pendelkörpers 4 ein schematisch angedeuteter Verdichter 27 vorgesehen. Es ist weiterhin ein Winkelstellungsabgriff und ein Drehmomentenerzeuger 30, 31 vorgesehen. Hiermit wird einerseits die Winkelstellung des Rahmens 20 bzw. der Spinachse 21 bezüglich des Pendelkörpers 4 abgegriffen und andererseits ist ein Fesselmoment um die Drehachse 13 erzeugbar zur Fesselung des Rahmens 20 an eine vorgegebene Nullstellung.Within the pendulum body 4 is the precession frame 20 , which contains a gyro rotor 22 which can be rotated about the spin axis 21 . The frame 20 is supported relative to the pendulum body 4 or tracking frame by means of a static gas bearing, containing annular axial and radial air gaps 24, 25 , about the output or the rotation axis 13 . To feed the storage, a schematically indicated compressor 27 is provided in the lower part of the pendulum body 4 . An angular position tap and a torque generator 30, 31 are also provided. With this, on the one hand the angular position of the frame 20 or the spin axis 21 with respect to the pendulum body 4 is tapped and on the other hand a tethering moment about the axis of rotation 13 can be generated for tying the frame 20 to a predetermined zero position.

Als Antrieb des Kreiselrotors 22 ist ein Motor 32, 33 vorgesehen, welcher bevorzugt als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet ist. Es sind ferner zwischen Pendelkörper 4 und Rahmen 20 schematisch dargestellte Stromzuführungsfedern 36 vorhanden. Die gesamte zur Durchführung der Nordung erforderliche Elektronik 37 einschließlich Rechner, Microprozessor, Zähler und Stromversorgung ist im oberen Teil des Kreises auf der Grundplatte 2 angeordnet. Der Funktionsablauf einer Nordung sowie die hierbei durchzuführenden Steuerungs- und Rechenschritte werden nunmehr beschrieben.A motor 32, 33 is provided to drive the gyro rotor 22 , which is preferably designed as a brushless DC motor. There are also schematically illustrated power supply springs 36 between the pendulum body 4 and the frame 20 . All of the electronics 37 required for carrying out the northing, including the computer, microprocessor, meter and power supply, are arranged in the upper part of the circle on the base plate 2 . The functional sequence of a Nordung as well as the control and calculation steps to be carried out are now described.

Durch einen externen Nordsuchbefehl wird zunächst der Kreisel eingeschaltet. Zur Lotung des Pendelkörpers 4 wird der Lotmagnet 16 mit Impulsen erregt und nach wenigen Sekunden ist die Ausgangs- oder Drehachse 13 vertikal ausgerichtet. Nun erfolgt der Hochlauf des Kreiselmotors 22 auf Nenndrehzahl und gleichzeitig wird der Schrittmotor 5 schnell durchgedreht, damit bei Überschreiten der Nullstellung der Zähler gelöscht wird und nachfolgend der Zählerstand der Winkelstellung des Pendelkörpers 4 entspricht. Es ist zweckmäßig, bereits während des Hochlaufes den Fesselkreis, welcher aus Winkelstellungsabgriff und Drehmomentenerzeuger 30, 31 besteht, zu schließen. Sobald der Kreiselmotor 22 seine Nenndrehzahl erreicht hat, wird in der gerade eingenommenen Stellung des Kreisels das Fesselmoment, bzw. unter Berücksichtigung des Kreiseldralls, ein Meßwert y_i ermittelt, der der Eingangswinkelgeschwindigkeit bzw. dem nordtreibenden Moment entspricht. The gyro is first switched on by an external north search command. To solder the pendulum body 4 , the solder magnet 16 is excited with pulses and after a few seconds the output or rotation axis 13 is aligned vertically. Now the centrifugal motor 22 is ramped up to the nominal speed and at the same time the stepper motor 5 is cranked quickly so that the counter is cleared when the zero position is exceeded and the counter reading subsequently corresponds to the angular position of the pendulum body 4 . It is expedient to close the shackle circuit, which consists of an angular position tap and a torque generator 30, 31 , already during startup. As soon as the gyro motor 22 has reached its nominal speed, in the position of the gyro just assumed, the restraining moment or, taking the gyro twist into account, a measured value y _{i is} determined which corresponds to the input angular velocity or the north driving moment.

Der Meßwert y_i wird - wie in Fig. 2 dargestellt - in einem Kanal 1 einem Block 2 zugeführt, welcher aus den eintreffenden Werten den linearen Mittelwert rekursiv bildet, nach der Beziehung:The measured value y _i is - as shown in FIG. 2 - fed in a channel 1 to a block 2 , which recursively forms the linear mean value from the incoming values, according to the relationship:

wobei n die Anzahl der eingetroffenen Meßwerte darstellt. Der so erhaltene Wert wird nach Bildung der Ableitung im Block 3 nach der Beziehungwhere n represents the number of measured values received. The value obtained in this way becomes after the derivation in block 3 according to the relationship

und anschließender Betragsbildung im Block 4, einem Tiefpaß 1. Ordnung Block 5 zugeführt, der eine digitale Filterung der Wertefolge der Beträge aus Gleichung 2 vornimmt und ein Signal x_n bildt.and subsequent amount formation in block 4 , a first-order low-pass filter block 5 which digitally filters the value sequence of the amounts from equation 2 and forms a signal x _n .

Das Signal x_n ist das Eingangssignal eines Prüfblocks 6, der in Fig. 3 näher beschrieben ist. Im Abfrageblock 15 wird der Wert x_n mit einem Vergleichswert x_v verglichen und festgestellt, ob x_n kleiner oder gleich x_v ist. Falls dieses zutrifft, wird der Vergleichswert x_v neu aus dem Wert x_n gebildet (Block 16). Trifft die in Block 15 genannte Bedingung nicht zu, bleibt der Vergleichswert x_v erhalten.The signal x _n is the input signal of a test block 6 , which is described in more detail in FIG. 3. In the query block 15 , the value x _{n is} compared with a comparison value x _v and it is determined whether x _{n is} less than or equal to x _v . If this is the case, the comparison value x _{v is} newly formed from the value x _n (block 16 ). If the condition mentioned in block 15 does not apply, the comparison value x _{v is} retained.

Im Block 18 wird nachfolgend überprüft, ob der Wert x_n kleiner oder gleich dem Vegleichswert x_y einschließlich eines Toleranz-Wertes ε ist. Diese Maßnahme vermeidet ein Einrasten auf die nein-Entscheidung. Bei einer nein-Entscheidung wird ein Schalter 11 (Fig. 2) geöffnet und ein Schieberegister 7 mit drei Speicherplätzen gelöscht. Das Schieberegister 7 erhält über den normalerweise geschlossenen Schalter 11 die laufend eingehenden Meßwerte y_i - die über den Schalter gelangten Meßwerte werden nachfolgend mit y_j bezeichnet - und stellt eine Verzögerungsleitung dar mit einer Verzögerungszeit, die der dreifachen Meßzykluszeit entspricht. Der Meßwert y_j-3 wird erstens einem Block 10, der eine unten beschriebene Gewichtung und Bewertung vornimmt, zugeführt und zweitens einem Kanal 2 zur Bildung eines linearen Mittelwertes _n-3 und einer Ableitung Δ_n-3 entsprechend den Gleichungen (1) und (2). Der Block 10 ist der primäre Verarbeitungsblock für alle einlaufenden Meßwerte und erhält hierzu das Eingangssignal x_n, das von dem Tiefpaß 5 geliefert wird, die Wertefolge {y_j} der nicht durch den Schalter 11 ausgeblendeten Meßwerte, und die Werte Δ_n-3, die aus der Wertefolge {y_j} gebildet werden. Mittels dieser drei Eingangsgrößen werden drei Ausgangsgrößen gebildet.In block 18 it is subsequently checked whether the value x _{n is} less than or equal to the comparative value x _y including a tolerance value ε. This measure avoids snapping onto the no decision. In the event of a no decision, a switch 11 ( FIG. 2) is opened and a shift register 7 with three storage locations is deleted. The shift register 7 receives the continuously incoming measured values y _i via the normally closed switch 11 - the measured values obtained via the switch are hereinafter referred to as y _j - and represents a delay line with a delay time which corresponds to three times the measurement cycle time. The measured value y _j-3 is first fed to a block 10 , which carries out a weighting and evaluation described below, and secondly to a channel 2 for forming a linear mean _n-3 and a derivative Δ _{n-3 in} accordance with equations (1) and ( 2). Block 10 is the primary processing block for all incoming measured values and for this purpose receives the input signal x _n , which is supplied by low-pass filter 5 , the value sequence {y _j } of the measured values not masked out by switch 11 , and the values Δ _n-3 , which are formed from the sequence of values {y _j }. These three input variables are used to form three output variables.

Der in Kanal 2 nach jedem Meßzyklus errechnete Wert dient zur Bestimmung eines dem Meßwert zuordenbaren Gewichtsfaktors g_j, wobei bei großen von dem Kanal 2 gelieferten Werten ein geringer Gewichtsfaktor - beispielsweise 0,5 - und bei kleinen gelieferten Werten ein größerer Gewichtsfaktor - beispielsweise 16 - gebildet wird. Eine zwischen den beiden Extremwerten liegende Abstufung der Gewichtsfaktoren kann beliebig vorgenommen werden.The value calculated in channel 2 after each measurement cycle is used to determine a weight factor g _j which can be assigned to the measured value, a small weight factor - for example 0.5 - for large values supplied by channel 2 and a larger weight factor - for example 16 - for small values supplied. is formed. The weighting factors can be graded between the two extreme values as required.

Eine erste Ausgangsgröße ist die Bewertungsziffer QU_n-3. Diese ist definiert als QuotientA first output variable is the evaluation number QU _n-3 . This is defined as the quotient

Hierbei bedeutet GS die Summe der Gewichtsfaktoren g_j und m die Anzahl der in die Berechnung einbezogenen Meßwerte. Eine weitere Ausgangsgröße ist der gewünschte Mittelwert. Dieser berechnet sich nach der BeziehungHere GS means the sum of the weight factors g _j and m the number of measured values included in the calculation. Another output variable is the desired mean. This is calculated according to the relationship

Dieser Mittelwert ist die Ausgangsgröße, die geeignet ist, eine genaue Anzeige des aufbereiteten Meßwertes darzustellen.This mean is the starting quantity that is suitable to display an exact display of the processed measured value.

Die dritte Ausgangsgröße Q_n-3 ist der einfache, unbewertete lineare Mittelwert der Meßgrößen y_j. Dieser berechnet sich nach der BeziehungThe third output variable Q _n-3 is the simple, unweighted linear mean of the measured variables y _j . This is calculated according to the relationship

Die Bewertungsziffer wird zur Feststellung der Genauigkeit sowohl des gewichteten, als auch des linearen Mittelwertes herangezogen.The rating number is used to determine accuracy both the weighted and the linear mean used.

Die Eingangsgröße x_n dient zur Ausblendung von ungenauen Anfangswerten, die zu Beginn einer Messung durch Einschwingvorgänge entstehen. In einer Abfrage wird hierzu festgestellt, ob die Größe x_n eine bestimmte Schwelle unterschritten hat. Ist dies nicht der Fall, dann werden Gewichtsfaktor g_j und die Meßwertanzahl auf Null gesetzt. Die Berechnung bleibt so lange unterdrückt, bis die Schwelle unterschritten ist. Bei Unterschreitung erfolgt die Berechnung mit den nach den oben angegebenen Verfahren ermittelten Gewichtsfaktoren und den ab diesem Zeitpunkt einlaufenden Meßwerten.The input variable x _n is used to suppress inaccurate initial values that arise from transient processes at the start of a measurement. For this purpose, a query determines whether the size x _n has fallen below a certain threshold. If this is not the case, the weight factor g _j and the number of measured values are set to zero. The calculation is suppressed until the threshold is undershot. If the value is undershot, the calculation is carried out using the weight factors determined according to the above-mentioned method and the measured values arriving from this point in time.

Nachfolgend ist zur Erläuterung des Verfahrens in einem Beispiel die Auswertung der Meßwerte dargestellt. The following is an explanation of the method in one Example shows the evaluation of the measured values.

Das Diagramm a) in Fig. 4 zeigt die Meßgröße y_i, wie sie nach einer bestimmten Einschwingzeit der Auswerteschaltung zugeführt wird. Die Anfangsamplitude A ist durch Rauschen und andere konstante Störeffekte bestimmt. Eine Überlagerung einer Störung, beispielsweise durch äußere Erschütterungen des nordsuchenden Kreisels verursacht, hat eine Abweichung des tatsächlichen Funktionsverlaufs zur Folge. Bei einer Auswertung auch solcher kurzzeitiger Störungen entsteht ein ungenaues bzw. unbrauchbares Meßergebnis. Ziel des Verfahrens ist es, solche Störungen auszublenden, d. h., während der Zeit der Störung keine Meßwerte auszuwerten. Der kontinuierlich berechnete lineare Mittelwert _n des Funktionsverlaufs von Diagramm a) ist im Diagramm b) dargestellt. Eine Ableitung des Mittelwertes Δ_n zeigt Diagramm c). Diese Ableitung stellt eine geeignete Funktion zur Definition der Kriterien für Störungen dar und dient als Ausgangspunkt für die Ausblendung der Störungen. Nach Betragsbildung und Tiefpaßfilter hat die Funktion den im Diagramm d) dargestellten Verlauf. Aus dem Verlauf von x_n ist ersichtlich, daß eine stetig fallende Funktion auf ungestörte Meßwerte y_i schließen läßt. Bei Störung steigt die Kurve an. Dieser Anstieg wird in dem Prüfblock 5 (Fig. 2) dazu benutzt, ein Signal zu erzeugen, welches den Schalter 11 öffnet und ein Einspeisen der Meßwerte y_i in das Schieberegister unterbricht. Der Schalter wird erst zu dem Zeitpunkt wieder geschlossen, bei dem die Kurve Diagramm d) unter den Wert gefallen ist, der zu Beginn der Störung die Ausblendung initiiert hat. Kurzfristige unbedeutende Schwankungen bzw. geringes Ansteigen des Signals x_n bewirken durch eine Toleranz-Schranke ε keine Unterbrechung des Schalters 11.Diagram a) in FIG. 4 shows the measured variable y _i as it is fed to the evaluation circuit after a certain settling time. The initial amplitude A is determined by noise and other constant interference effects. A superimposition of a fault, for example caused by external vibrations of the north-seeking gyro, results in a deviation in the actual course of the function. An evaluation of such short-term disturbances also results in an inaccurate or unusable measurement result. The aim of the method is to hide such faults, ie not to evaluate any measured values during the time of the fault. The continuously calculated linear mean _{n of the course of} the function of diagram a) is shown in diagram b). A derivation of the mean value Δ _{n is} shown in diagram c). This derivation represents a suitable function for defining the criteria for faults and serves as a starting point for masking out the faults. After the amount has been formed and the low-pass filter, the function has the course shown in diagram d). It can be seen from the course of x _n that a continuously falling function indicates undisturbed measured values y _i . The curve rises in the event of a fault. This increase is used in test block 5 ( FIG. 2) to generate a signal which opens switch 11 and interrupts feeding the measured values y _i into the shift register. The switch is only closed again at the time when the curve diagram d) has fallen below the value that initiated the blanking at the beginning of the fault. Short-term insignificant fluctuations or slight increases in the signal x _n do not cause the switch 11 to be interrupted by a tolerance barrier ε.

Die Prüfung der Meßwerte y_i durch den Kanal 1 und anschließendem Prüfblock 6 auf Monotonie erfordert eine bestimmte Zeitspanne, wodurch bei einer Störung das Signal zum Öffnen des Schalters 11 zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem schon eine Anzahl von Meßwerten y_i zur Auswertung gelangen könnten. Um dies zu verhindern, passieren die Meßwerte das Schieberegister 7, welches ebenfalls durch ein Signal des Prüfblocks vollständig gelöscht werden kann. Somit wird eine fehlerhafte Auswertung zu Beginn einer Störung vermieden. Zu dem Gewichtungs-Bewertungsblock 10 gelangt neben den durch das Schieberegister 7 verzögerten Meßwerten und den zusätzlich über Kanal 2 geführten Meßwerten die von dem Tiefpaß gebildete Größe x_n.The test of the measured values y _i by the channel 1 and subsequent test block 6 for monotony requires a certain period of time, so that in the event of a fault, the signal to open the switch 11 occurs at a point in time at which a number of measured values y _i could be evaluated . To prevent this, the measured values pass shift register 7 , which can also be completely deleted by a signal from the test block. This prevents incorrect evaluation at the beginning of a fault. In addition to the measurement values delayed by the shift register 7 and the measurement values additionally routed via channel 2 , the weighting block 10 also receives the variable x _n formed by the low-pass filter.

Im Diagramm e) ist der Mittelwert der Meßgröße y_i dargestellt, wie er nach der Ausblendung von Störungen zur Auswertung bzw. Bestimmung der Nordrichtung vorliegt. Dieser Wert kann mit dem Gewichtungsfaktor, der im Diagramm f) gezeigt ist, und der aufgrund der Verarbeitung der Meßgröße y_j im Kanal 2 und anschließender Zuordnung gebildet wird, beaufschlagt werden, so daß letztlich eine in bezug auf die Genauigkeit aussagefähige Anzeige der gemessenen Nordrichtung vorliegt.Diagram e) shows the mean value of the measured variable y _i as it is after the suppression of faults for the evaluation or determination of the north direction. This value can be loaded with the weighting factor, which is shown in diagram f) and which is formed on the basis of the processing of the measured variable y _j in channel 2 and subsequent assignment, so that ultimately an indication of the measured north direction that is meaningful in terms of accuracy is given is present.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung der Nordrichtung mittels eines nordsuchenden Kreisels, enthaltend in einem inneren Rahmen einen Kreiselmotor mit horizontal ausrichtbarer Spinachse, einen äußeren Rahmen bzw. Pendelkörper, in welchem der innere Rahmen um eine vertikal ausrichtbare Drehachse drehbar angeordnet ist, eine Loteinrichtung zur vertikalen Ausrichtung des insbesondere mittels eines Kardangelenks in einem Gehäuse aufgehängten und drehbaren Pendelkörpers, eine Fesseleinrichtung mit einem Abgriff für die Winkelstellung des inneren Rahmens gegenüber dem Pendelkörper und einen Drehmomentenerzeuger zur Fesselung des Rahmens in seiner Nullstellung in Abhängigkeit des Abgriffssignales, wobei der Strom in Drehmomentenerzeuger der Meßwert für die Eingangswinkelgeschwindigkeit bzw. das nordtreibende Moment darstellt und in einer ersten Auswerteschaltung aus mehreren in kurzen Zeitabständen ermittelten Meßwerten y_i der lineare Mittelwert gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem linearen Mittelwert _n durch eine Ableitung ein Signal Δ_n und aus diesem der Betrag |Δ_n| gebildet wird und nachfolgend mittels eines Tiefpasses (5) aus dem Betrag |Δ_n| ein gefiltertes Signal x_n erzeugt wird, welches einem Prüfblock (6) zur Ermittlung der tendenziellen Änderung des Signals x_n zugeführt wird, wobei bei fallender oder gleichbleibender Tendenz eine Verarbeitung des Meßwertes y_i in einer zweiten Auswerteschaltung (10) zur Bestimmung des nordtreibenden Moments erfolgt, und bei einer durch eine Störung verursachte steigende Tendenz die Auswertung des Meßwertes y_i unterbrochen wird. 1. Method for determining the north direction by means of a north-seeking gyroscope, containing in an inner frame a gyro motor with a horizontally orientable spin axis, an outer frame or pendulum body in which the inner frame is rotatably arranged about a vertically orientable axis of rotation, a soldering device for vertical alignment of the pendulum body suspended and rotatable in particular by means of a universal joint in a housing, a captive device with a tap for the angular position of the inner frame relative to the pendulum body and a torque generator for capturing the frame in its zero position as a function of the tap signal, the current in the torque generator being the measured value for represents the input angular rate or the North driving torque and y in a first evaluation of a plurality of determined at short time intervals measured values is formed _i the linear average, characterized in that from the linear mean value _n by a derivative a signal Δ _n, and from this the absolute value | Δ _n | is formed and subsequently by means of a low pass ( 5 ) from the amount | Δ _n | A filtered signal x _{n is} generated, which is fed to a test block ( 6 ) for determining the tendency of the signal x _n to change, with the falling or constant tendency processing of the measured value y _i in a second evaluation circuit ( 10 ) to determine the north driving torque takes place, and in the event of an increasing tendency caused by a fault, the evaluation of the measured value y _{i is} interrupted.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Mittelwert _n und/oder das daraus abgeleitete Signal Δ_n rekursiv berechnet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the linear mean _n and / or the signal Δ _n derived therefrom is calculated recursively.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Störung die Auswertung des Meßwertes y_i ab dem Zeitpunkt wieder aufgenommen wird, ab welchem das Signal x_n unter das vor der Störung zuletzt ermittelte Signal x_v fällt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that after a disturbance the evaluation of the measured value y _{i is} resumed from the point in time at which the signal x _n falls below the signal x _v last determined before the disturbance.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Signal x_v ein konstanter Toleranzwert ε addiert wird und damit ein Einrastverhalten vermieden wird.4. The method according to claim 3, characterized in that a constant tolerance value ε is added to the signal x _v and thus a snap-in behavior is avoided.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Speicher (7) eine kontinuierliche Zwischenspeicherung des Meßwertes y_i vor der Auswertung vorgenommen wird und dieser Zwischenspeicher bei Feststellung einer Störung gelöscht wird und daß für die Dauer der Störung keine neuen Werte eingespeichert werden.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that in at least one memory ( 7 ) a continuous buffering of the measured value y _{i is carried out} before the evaluation and this buffer is deleted when a fault is detected and that no new ones for the duration of the fault Values can be saved.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem von dem Speicher (7) gelieferten Signal y_j der Mittelwert _n-3 gebildet wird, wobei dieser Wert zur Gewichtung der Meßgröße y_j in der zweiten Auswerteschaltung (10) derart dient, daß bei höherem Wert Δ_n-3 der Meßwert y_j mit einem geringeren Gewichtungsfaktor g_j und bei einem geringen Wert Δ_n-3 der Meßwert y_j mit einem größeren Gewichtungsfaktor g_j beaufschlagt wird. 6. The method according to claim 4, characterized in that the mean value _{n-3 is} formed from the signal y _j supplied by the memory ( 7 ), this value serving to weight the measured variable y _j in the second evaluation circuit ( 10 ) in such a way that that with a higher value Δ _n-3 the measured value y _{j is} loaded with a lower weighting factor g _j and with a lower value Δ _n-3 the measured value y _j with a larger weighting factor g _j .

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Auswerteschaltung (10) eine Bewertungsziffer QU_n-3 nach der Beziehung gebildet wird, wobei g_j der Gewichtungsfaktor und m die Anzahl der verwerteten Meßwerte y_j darstellt.7. The method according to claim 6, characterized in that in the second evaluation circuit ( 10 ) an evaluation digit QU _n-3 according to the relationship is formed, with g _{j representing} the weighting factor and m representing the number of measured values y _{j used} .

8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Tiefpaß (5) gebildete Signal x_n der zweiten Auswerteschaltung (10) zugeführt wird und eine Berechnung bzw. Bewertung des Meßwertes y_j erst erfolgt, wenn das Signal x_n eine festgelegte Schwelle unterschritten hat.8. The method according to any one of the above claims, characterized in that the signal x _n formed by the low-pass filter ( 5 ) is fed to the second evaluation circuit ( 10 ) and a calculation or evaluation of the measured value y _j takes place only when the signal x _n has fallen below a specified threshold.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Meßwerten y_j ein linearer Mittelwert Q_n-3 gebildet wird.9. The method according to claim 8, characterized in that a linear mean Q _{n-3 is} formed from the measured values y _j .

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein gewichteter Mittelwert R_n-3 mit dem Meßwert y_j nach der Beziehung gebildet wird, wobei mit g_j der Gewichtungsfaktor bezeichnet ist.10. The method according to claim 9, characterized in that a weighted average value R _n-3 with the measured value y _j according to the relationship is formed, with g _j denoting the weighting factor.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der ermittelten Größen Bewertungsziffer QU_n-3, linearer Mittelwert Q_n-3 oder der gewichtete Mittelwert R_n-3 zur Anzeige gebracht wird.11. The method according to any one of claims 7, 9 or 10, characterized in that at least one of the quantities determined, evaluation number QU _n-3 , linear mean Q _n-3 or the weighted mean R _n-3 is displayed.