DE3337715C2 - Kurs-Lage-Referenzgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurs-Lage-Referenzgerät, bei welchem

(a) ein zweiachsiger Lagekreisel mit einer im wesentlichen horizontalen Drallachse sowie Lageabgriffen und Drehmomenterzeugern auf den Eingangsachsen auf einem innenrahmeii angeordnet ist,

(b) der Innenrahmen um wenigstens zwei Acl^en kardanisch gelagert und durch Stellmotore, welche von den Lageabgriffen gesteuert sind, zur Vertikalen und im Azimut ausrichtbar ist,

(c) Lagefühler auf dem Innenrahmen angeordnet und zur Horizontalausrichtung des Lagekreisels mit den Drehmomenterzeugern verbunden sind,

(d) wobei bei Vorhandensein eines Winkels zwischen der Drallachse des Lagekreisels und Nord eine laufende Auslenkung des Lagekreisels und eine dementsprechende Neigung des Innenrahmens erfolgt, auf welche ein Neigungsfühler anspricht,

(e) das Signal dieses Neigungsfühlers auf einen Ausrichtregler geschaltet ist, dessen Ausgangssignal als StcHsigna! auf einen Drehmomenterzeuger des Lagekreisels geschaltet ist und eine Auslenkung des Lagekreisels bewirkt, so daß über den entsprechenden Lageabgriff und den davon gesteuerten, in Azimut wirksamen Stellmotor eine Ausrichtung der Drallachse nach Nord bewirkt wird, und

(f) ein Rechner sowie

(g) eine Einrichtung zum Verdrehen der Anordnung mit dem Innenrahmen um eine Azimutachse vorgesehen sind.

Ein solches Kurs-Lage-Referenzgerät ist bekannt durch die EP-A1-48 212.

Bei diesem bekannten Gerät wird die Drallachse des Lagekreisels durch Kreiseikompaßwirkung nach Nord ausgerichtet. Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion der dort beschriebenen Anordnung mit linearem Regelkreis für die Ausrichtung ist jedoch, daß die Drallachse schon annähernd nach Nord vorausgerichtet ist. Die EP-Al-48 212 läßt offen, wie diese Vorausrichtung erfolgt.

In der EP-Al-48 212 ist ein Kurs-Lage-Referenzgerät mit Kreisel beschrieben, bei welchem der mechanische und der Si^nalverarbekungsaufwand in einem optimalen Verhältnis zueinander stehen und welches daher einen Mittelweg zwischen einer üblichen, mechanischen relativ aufwendigen Dreiachsplattform und einer hinsichtlich des Signalaufwands relativ aufwendigen »Strap-Do^vn« Ausführung sucht. Es ist daher dort eine Zweirahmcnanordnupg mit einem Innenrahmen und einem Azimutrahmen vorgesehen. Das Kurs-Lage-Referenzgerät der EP-Al-48 212 enthält einen zweiachsigen l.agckrciscl mit im wesentlichen horizontaler Drallachse auf dem Innenrahmen. Der Innenrahmen ist um eine zur ersten Eingangsachse des Lagekreisols parallele Schwenkachse drehbar in einem Azimutrahmen gelagert. Zwei Lagefühler oder Neigungssensoren sitzen auf dem Innenrahmen und zwei andere Lagefühler oder Neigungssensoren sind gehäusefest angeordnet. Kin Winkelgeber auf der Azimulachse liefert ein Azimutsignal. Durch Stellmotore, die von Abgriffen des Lagekreisels gesteuert sind, ist der Innenrahmen um zwei Achsen von den Bewegungen des Trägers entkoppelt Die Bewegung um die dritte Achse wird durch einen ersten Lagefühler oder Neigungssensor gemessen und im Rechner berücksichtigt Signale zur Kompensation der Vertikalkomponente der Erddrehung sind auf Drehmomenterzeuger geschaltet, die um die Eingangsachsen auf den Lagekreisel wirken. Durch Aufschalten des Signals des zweiten Lagefühlers oder Neigungssensors über Ausrichtregler auf die Drehmomenterzeuger auf den Eingangsachsen des Lagekreisels erfolgt die Horizontierung des zweiten Neigungssens'rrr. und gleichzeitig ein Eindrehen der Kreiscldrallachsc -.n die Nordrächtung.

Das Problem der Vorausrichtung bei Kreiselkompaßbetrieb und linearen Regelkreisen tritt aber auch bei einer Dre^;achsplattform auf. Die Erfindung umfaßt daher auch die Anwendung bei einer Dreiachsplattform.

Durch die EP-A2-90 718 ist ein Kreiselgerät mit einem Kardanrahmen bekannt, der um eine Hochachse drehbar ist, und mit einem Kreisel, der ir dem Kardanrahmen um eine quer zu der Hochachse verlaufende innere Achse drehbar gelagert ist. Das Kreiselgerät enthält weiterhin einen Neigungsfühler, der auf dem Kardanrahmen sitzt und ein Neigungssignal nach Maßgabe der Neigung der Hochachse gegenüber der Vertikalen liefert. Mit dem Neigungsfühler ist ein Regler verbunden. Der P.egler enthält eine auf das Neigungssigna! ansprechende Einrichtung zum Verdrehen des Kardanrahmens in eine Ausgangsstellung, in welcher das Neigungssignal null ist. Der Kardanrahmen wird verdreht, bis der Neigungsfühler anzeigt, daß die innere Achse horizjntal ist. Es wird das Drehmoment gemessen, das durch die Horizontalkomponente der Erddrehung auf den Kreisel ausgeübt wird, wobei die Drallachse des Kreisels um die innere Achse in eine horizontale Lage verdreht wird. Der Kardanrahmen wird um 180° verdreht, und das auf den Kreisel durch die Horizontalkomponente der Erddrehung ausgeübte Drehmoment wird erneut bei um die innere Achse in eine horizontale Stellung verdrehter Drallachse des Kreisels gemessen.

Schließlich erfolgt eine Verdrehung in eine dritte Stellung und eine weitere Messung.

Bei dieser bekannten Anordnung wird die Nordrichtung rechnerisch aus den Drehmomenten bestimmt. Die zweifache Messung der Drehmomente in um 180° gegeneinander winkeiv ;rsetzten Stellungen dient der Eliminierung von Kreiselfehlern. Durch die Verdrehung in die dritte Stellung soll die Mehrdeutigkeit des nach einer Sinusfunktion vom Winkel zwischen Drallachse und Nord abhängigen Di ehmoments eliminiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kurs-Lage-Referenzgerät der eingangs definierten Art unter Ausnutzung vorhandener Bauteile eine Vorausrichtung der Kreiseldrallachse nach Nord vorzunehmen.

Erfindungsgemäß w'nd diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

(h) das im Gleichgewichtszustand erhaltene Stellsignal

gleichzeitig auf eine Einrichtung zum Speichern dieses Stellsignals aufschaltbar ist,

(i) die Einrichtung zum Verdrehen der Anordnung durch Steuermittel so ansteuerbar ist. daß der Innenrahmen anschließend an das Speichern des besagten Stellsignals im Azimut um einen festen Winkel verdreht wird,

(i) das dann im Gleichgewichtszustand erhaltene Stellsignal auf eine Einrichtung zum Abgreifen dieses Stellsignals aufschaltbar ist,

(k) die beiden Steilsignale auf den Rechner zur Bildung eines dem dann vorhandenen Winkel zwischen Drallachse und Nord entsprechenden Rechncrsignals aufgeschaltet sind und

(1) die Einrichtung zum Verdrehen der Anordnung anschließend von dem Regierausgangssignal so ans'ieuerbar ist, daß sie die Einrichtung um den von dem Rechner enniüelten Winke! veiuicneii, su daß die Drallachse wenigstens näherungsweise nach Nord ausgerichtet ist.

Eine solche Vorsusrichtung findet bei der EP-Al-48 212 nicht statt. Die Anordnung nach der EP-Ai-48 212 enthält zwar einen Rechner, dem Signale zugeführt werden. Das sind aber die Nick- und Rollwinkelsignale und Signale eines Azimut-Winkelgebers. Das Ausgangssignal ist ein hinsichtlich der Nick- und Rollwinkel korrigiertes Kurssignal, also ein Signal, das im wesentlichen den Winkel zwischen Fahrzeuglängsrichtung und Nord wiedergibt, nicht jedoch einen Winkel zwischen Kreiseldrallachse und Nord. Nach der EP-Al-48 212 wird ja die Kreiseldrallachse stetig nach Nord ausgerichtet. Die »Einrichtung zum Verdrehen der Anordnung« wird dort von einem Lageabgriff des Kreisels im Sinne einer solchen stetigen Ausrichtung

Die EP-A2-90 718 zeigt ein Gerät einer anderen Gattung, bei welcher nicht — wie bei der EP-Al-48 212 und bei der erfindungsgemäßen Anordnung — über den Kreiselabgriff eine ständige Ausrichtung der Drallachse nach Nord erfolgt. Dort wird vielmehr der Kreisel um Hochachse und innere Achse so verdreht, daß die Drallachse horizontal ist. Die Drallachse zeigt dann naturgemäß in der Regel nicht nach Nord. Es wird der Winkel zwischen der Kreiseldrallachse und Nord aus dem Drehmoment berechnet und vom Rechner ausgegeben. Es erfolgt aber keine Verdrehung der Kreiseldrallachse um einen so berechneten Winkel. Die Anordnung nach der EP-A2-90 718 zeigt somit auch nicht die vorerwähnten kennzeichnenden Merkmale der Erfindung.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

F i g. 1 zeigt schematisch-perspektivisch den Aufbau eines Kurs-Lage-Referenzgerätes mit Grobausrichtung der Drallachse des Lagekreisels nach Nord

F i g. 2 ist eine schematische Darstellung des zweiachsigen Lagekreisels.

F i g. 3 veranschaulicht die verschiedenen Winkel bei der Grobausrichtung des Kurs-Lage-Referenzgerätes von Fig. 1.

F i g. 4 ist ein Biockdiagrarnm und veranschaulicht die Signalverarbeitung bei der Grobausrichtung des Kurs-Lage- Referenzgeräts.

Das Kurs-Lage-Referenzgerät enthält einen zweiachsigen Lagekreisel 10, der in F i g. 2 in seiner Funktion schematisch dargestellt ist. Der Lagekreisel enthält ein Gehäuse 12, das dem in F i g. 1 sichtbaren Cehäuse 12 entspricht. In dem Gehäuse 12 ist ein Rahmen 14 um eine Achse 16 drehbar gelagert, in dem Rahmen 16 ist der Kreisel 18 um eine Achse 20. die senkrecht zur Achse 16 liegt, drehbar gelagert. Der Kreisel rotiert um eine Achse 22 (Drallachse), die senkrecht zu der Achse 20 verläuft. Der Drallvektor ist mit H bezeichnet. Auf der Achse !6. welche eine erste Eingangsachse des zweiachsigen Lagekreiscls darstellt, sitzt ein erster Lagc;ibgriff 24. Auf der Achse 20. die eine zweite Eingangsachse des zweiachsigen Lagekreiscls !0 darstellt, sit/i ein zweiter Lageabgriff 26. Weiterhin sitzt auf der ersten Eingangsachse 16 ein erster Drehmomenterzeuger 28.

und auf der zweiten Eingangsachse 20 sitzt ein zweiter Drehmomenterzeuger 30. Der Kreisel definiert in der dargestellten Lage ein Koordinatensystem, dessen vuiiu j'-AcfiSc

uci" u-ingärigSuCiiScu ίο uZ'w. «υ VCF-

läuft. Die z-Achse verläuft senkrecht zu der x- und y-Achse, und der Drallvektor H des Kreisels 18 ist längs der z-Achse gerichtet.

In Fig. 1 ist das Gehäuse 12 so angeordnet, daß der Drallvektor Wim wesentlichen horizontal liegt. F i g. I zeigt auch die Koordinatenachsen x.yund ζ von F ig. 2.

Das Gehäuse 12 des Lagekreisels 10 ist mit im wesentlichen horizontaler Drallachse H und im wesentlichen hoii.vjntaler erster Eingangsachse 16^-Achse) auf einem Innenrahmen 32 angeordnet. Der Innenrahmen 32 ist um eine zu der ersten Eingangsachse 16 parallele

JO Schwenkachse 34 drehbar in einem Azimutrahmcn 36 gelagert. Der Azimutrahmen 36 isi seinerseits um eine gerätefeste im wesentlichen vertikale Azimutachse 38 drehbar gelagert.

Auf dem Innenrahmen 32 ist ein erster Lagefühler 40 angeordnet, der auf eine Verschwenkung des Inncnrahmcns gegen die Hor!7on!uk' um fine 7iir .Schwenkachse 34 des Innenrahmens 32 und zu der Azimutachse 38 senkrechte Achse anspricht. Der Lagefühlcr 40 kann beispielsweise ein Beschleunigungsmesser sein, dessen Empfindlichkeitsachse parallel zu der Schwenkachse 34 verläuft. Auf dem Innenrahmen 32 ist ein zweiter Lagefühler 42 angeordnet, der auf eine Verschwenkung des Innenrahmens 32 gegen die Horizontale um die Schwenkachse 34 des Innenrahmens 32 anspricht. Auch dieser Lagefühler kann ein Beschleunigungsmesser sein, dessen Empfindlichkeitsachse parallel zur z-Achse des Kreisels verläuft.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, definiert der Innenrahmen 32 ein Koordinatensystem mit einer x<-Achse, einer y~-Achse und einer <* -Achse. Die ,/-Achse venaufi parallel zu der Schwenkachse 34, die Λ^'-Achse verläuft senkrecht dazu im wesentlichen horizontal, und die z*- Achse verläuft senkrecht zu den anderen beiden Achsen nach unten. In der dargestellten Ausgangslage ist der Kreisel 10 mit der z-Achse parallel zur A^'-Achse orientiert.

Ein dritter und vierter Lagefühler 44 bzw. 46 sind gehäusefest angeordnet und sprechen auf Schwenkungen des Gehäuses 48 um zueinander und zu der Azimulachse 38 senkrechte Achsen an.

Das Gehäuse 48 definiert wieder ein Koordinatensystem mit einer χ°-Achse, j^-Achse und einer ζ°-Achse. Die zC-Achse ist dabei parallel zu der Azimutachse 38. Die Lageföhler 44 und 46 sind so angeordnet, daß der Lagefühler 44 auf eine Verschwenkung um die y^;-Achse und der Lagefühler 46 auf eine Verschwenkung um die x^-Achse anspricht Es kann sich dabei um Beschleunigungsmesser handeln, deren Empfindlichkeitsachsen

parallel zu der x°-Achse bzw. der y^-Achse verlaufen.

Auf der Schwenkachse 34 des Innenrahmens 32 ist ein erster Servomotor 50 angeordnet, durch welchen der Innenrahmen 32 gegenüber dem Azimutrahmen 36 verdrehbar ist. Auf der Azimutachse 38 ist ein zweiter Servormotor 52 angeordnet, durch welchen der Azimutrahmen gep»nüber dem Gehäuse 48 verdrehbar ist. Auf der A/imutachsc 38 ist weiterhin ein Azimut-Winkelgeber 54 angeordnet. Dieser liefert ein Winkelsignal ψ_α welches die Verdrehung des Azimutrahmens 36 gegenüber dem Gehäuse 48 um die Azimutachse 38 darstellt.

Auf den ersten Servomotor 50 ist über Umschaltmittel 58 wahlweise das Signal des ersten Lageabgriffs 24 (F i g. 2) des Lagekreisels 10 oder das Signal des zweiten Lagefühlers 42 aufschaltbar. Die Signale werden durch einen Verstärker 60 in geeigneter Weise verstärkt. Auf den zweiten Servomotor 52 ist über einen Verstärker 62 das Signal des zweiten Lageabgriffs 26 des Lagekreisels 10 aufgeschaltet.

Das Signal des ersten Lagefühlers 40 wird durch — g dividiert, wie durch Block 102 dargestellt ist. Es ergibt sich so sin φ, wenn {pder Neigungswinkel des Innenrahmens 32 um die A^'-Achse ist. Aus sin φ wird durch eine Schallung 104 cos φ gebildet. Der Wert sin φ wird, wie durch Block 106 angedeutet, mit

Sl = Q_K ■ sin Φ

multipliziert. Dabei ist Q_s die Vertikalkomponente der Erddre^geschwindigkeit, Qe die Drehgeschwindigkeit der Erde und Φ die geographische Breite. Der so multiplizierte Wert Q_s sin φ wird auf den um die zweite Eingangsachse 20, d. h. die y-Achse, des Lagekreisels 10 wirksamen zweiten Drehmomenterzeuger 30 (Fig.2) geschaltet. Der von der Schaltung 104 gelieferte Wert cos φ wird, wie durch Block 108 angedeutet, mit der Vertikaikomponenie Q_s der Erddrehgeschwindigkcit Qe multipliziert. Der so multiplizierte Wert Acosjp wird als Signal auf den um die erste Eingangsachse 16 (Fig. I), d.h. die jr-Achse, des Lagekreisels 10 wirksamen ersten Drehmomenterzeuger 28 geschaltet.

Es wird weiterhin das Signal des zweiten Lagefühlers 42 einmal über einen Ausrichtregler 110 dem Signal A sin φ überlagert und auf den um die zweite Eingangsachse 20, die y-Achse, des Lagekreisels 10 wirksamen /weilen Drehmomenterzeuger 30 (Fig.!) geschaltet Das ist durch den Summierpunkt 112, an dem beide Signale mit negativem Vorzeichen anliegen, und Linie 114 angedeutet Die Übertragungsfunktion des Ausrichtreglers ist mit Gy (s) bezeichnet, wobei s die Variable der Laplace Transformierten ist Das Signa! des zweiten Neigungssensors 42 wird außerdem in der in der EP-Al-48 212 beschriebenen Weise über einen (nicht dargestellten) Ausrichtregler dem Signal Q_s cos φ überlagert und auf den um die erste Eingangsachse 16, die x-Achse, des Lagekreisels 10 wirksamen ersten Drehmomenterzeuger 28 (F i g. 2) geschaltet

Wenn die Drallachse des Kreisels 10 vor der Vorausrichtung nach Nord mit der Nordrichtung einen Winkel ψ einschließt ist im Gleichgewichtszustand das dem zweiten Drehmomenterzeuger 30 des Lagekreisels 10 zugeführte Stellsigna!

Uy^c = Q_c cos yr.

wobei Q_c die Horizontalkomponente der Erddrehgeschwindigkeit ist Aus den zwei bei um einen festen Winkel gegeneinander versetzten Stellungen des Azimutrahmens 36 erhaltenen Stellsignalen wird die Abweichung von Nord bestimmt und danach die Drallachse des Lagekreisels 10 wenigsten¹, naherungsweise nach Nord ausgerichtet. Es erfolgt dann eine Feinausrichtung in der in der EP-A1 -48 212 beschriebenen Weise.

Bei einem (zunächst unbekannten) Winkel y>\ zwischen der Drallachse des Lagekreisels 10 und einem vom Winkelgeber 54 gelieferten Winkel ac\, zwischen Fahrzeuglängsachse und Azimutrahmen ist im stationären Zustand nach Einschwingen des Horizontierungskreises mit dem Ausrichtregler 110 das Stellsignal am zweiten Drehmomenterzeuger 30

Uy^c{x\)

Nach Verdrehung des Azimutrahmens 36 um einen festen Winkel δ wird das Stellsignal am zweiten Drehmomenterzeuger

Uy^c (aj) — Qc cos ψι = Qc cos (ψ\ + δ). (3)

Aus der Beziehung
cos (ψ\ + d) = cos y>\ cos ό — sin ψ\ sin J, (4)

läßt sich eine Gleichung für sin ψ\ angeben, die nur von den in den beiden Stellungen gemessenen Stellsignalen sowie dem vorgegebenen Verdrehungswinkel abhängt:

sin ψ\

cos ό

- COS ψ\ —

Damit lassen sich die Winkelfunktionen des Winkels y>\ und damit dieser Winkel selbst eindeutig bestimmen, wie im Zusammenhang mit F i g. 4 näher erläutert ist. Mit dem bekannten Winkel δ läßt sich damit die azimuiäic Endlage ψι der jr-Achse des Innciirahmcns 32 gegenüber geographisch Nord angeben. Um diesen Winkel ψι werden dann der Azimutrahmen 36 und der Innenrahmen 32 um die Azimutachse 38 verdreht.

Die Einrichtung zur Bestimmung von ψ\ enthält eine Einrichtung 122 zum Speichern des im Gleichgewichtszustand bei einem Winkel x\ erhaltenen Stellsignals U/(at). Es ist ferner eine Einrichtung zum Verdrehen der Anordnung mit dem Innenrahmen 32 im Azimut um einen festen Winkel ό nach dem Speichern des besagten Stellsignals vorgesehen. Diese Einrichtung zum Verdrehen enthält einen Umschalter 123, über den ein Nachführsignal U_z ^c auf den ersten Drehmomenterzeuger 28 des Lagekreisels 10 aufschaltbar ist, sowie einen Kompara.or 124. Der Umschalter 123 isc von dem Komparator 124 gesteuert, an welchem das dem festen Winkel ό entsprechende feste Winkelsignal und ein Signal von dem Winkelgeber 54 anliegt, derart, daß nach Speichern des Stellsignals Uf (λι) am zweiten Drehmomenterzeuger 30 der Lagekreisel 10 und damit der Azimutrahmen 36 durch das Nachführsignal U_z ^c um die Azimutachse 38 verdreht wird, bis der von dem Winkelgeber 54 ausgeführte Drehwinkel dem festen Winkel rf entspricht Es ist weiter eine Einrichtung 126 zum Abgreifen und Speichern des dann im Gleichgewichtszustand erhaltenen Stellsignals U/ (1*2) vorgesehen. Die beiden Stellsignale werden einem Rechner zugeführt zur Bestimmung des dann vorhandenen Winkels ψι zwischen Drallachse 29 und Nord. Dieser Rechner, der in F i g. 4 dargestellt ist, enthält Mittel 128 und 130 zur Division der Stellsignale Uy^c{ac\) bzw. Uy^c («2) durch die Vertikalkomponente Q_c der Erddrehgeschwindigkeit Dadurch werden cos ψ\

bzw. cos (y>\ +ό) erhalten. Es sind weiterhin Mittel 132 zur Multiplikation des so erhaltenen Werts cos ψ\ mit cos δ vorgesehen. Summiermittel 134 bilden die Differenz

cos ψ\ cos ö — cos (φ\ + ό).

Mit 136 sind Mittel zur Division der so erhaltenen Differenz durch sin ό bezeichnet. Diese Mittel 136 liefern nach Gleichung (5) an einem Ausgang 138 ein Signal, das sin ψ\ darstellt. An einem Ausgang 140 wird das durch die Division bei 128 aus dem Stellsignal L//(«i) erhaltene Signal cos p\ ausgegeben. Aus den beiden Winkelfunktionen sin ψ\ und cos ψ\ kann in bekannter Weise eindeutig ψ\ bestimmt werden. Die azimutale Endlage ψ2 ergibt sich dann aus

(6)

Um diesen Winkel werden dann der Azimutrahmen 36 und der Innenrahmen 32 mit dem Lagekreisel 10 verdreht. Das kann wieder mittels des Nachführsignals Uf über den Umschalter 122 geschehen, der von dem Komparator 124 gesteuert ist. Dabei wird lediglich anstelle des den Winkel ό darstellenden Winkelsignals ein Winkelsignal an den Komparator 124 angelegt, das den Winkel — ^darstellt.

In Gleichung (1) sind die Anteile der Erddrehung, die durch Neigung des Innenrahmens 32 aus der Horizontalebene um die x^'-Achse wirksam werden, vernachlässigt, da es sich nur um eine azimutale Grobausrichtung handelt und außerdem die Fahrzeuge während der Nordung in der Regel auf etwa ±6° genau horizontal stehen. Aus diesem Grunde wird die so erhaltene azimutale Ausrichtung nicht exakt sein. Sie führt die Drallachse 14 j5 des Lagekreisels 10 jedoch in einen Bereich, in dem eine u/.imuüiie Fcinausrichiung durch ein iliuuiiiziOriCS Kfciselkompaßverfahren möglich ist.

Die azimutale Ausrichtung nach dem hier beschriebenen Verfahren kann verbessert werden, indem die Neigung des Innenrahmens 32 um die ^-Achse mitberücksichtigt wird. Ein hierfür geeignetes Signal wird von dem ersten Lagefühler 40 geliefert.

Es sei angenommen, daß der Lagekreisel 10 mit seiner Drallachse 22, der z-Achse, in der beschriebenen Weise annähernd nach Nord ausgerichtet ist. Der Innenrahmen 32 ist durch Aufschalten des zweiten Neigungssensors 42 über die Umschaltmittel 58 auf den Stellmotor 50 um die Schwenkachse 34 im wesentlichen horizontal ausgerichtet. Um die x*"-Achse ist der Innenrahmen 32 jedoch nicht von dem Gehäuse entkoppelt. Es kann daher eine Neigung φ um die .Jf-Achse bestehen, die, wie beschrieben, rechnerisch berücksichtigt wird. Infolge dieser Neigung φ fühlt der Lagekreisel 10 eine Komponente Qs sin φ der Vertikalkomponente Ω_$ der Erddrehgeschwindigkeit um die erste Eingangsachse 16 (F i g. 2), d.h. die x-Achse in Fig. 1. Diese Komponente wird durch das auf den zweiten Drehmomenterzeuger 30 geschaltete Signal, das proportional ß_s sin φ ist, kompensiert.

Um die zweite Eingangsachse 20 des Kreisels 10, die y-Achse in F i g. 1, wirkt die Komponente ß_s cos φ der Vertikalkomponente der Erddrehung. Diese Komponente wird durch das auf den ersten Drehmomenterzeuger 28 geschaiteie Signal, das proportional ß_s cos φ ist, kompensiert

Der Innenrahmen 32 wird daher nach Umschalten der Umschaiimittel 58 zunächst im wesentlichen in der Anfangslage gehalte.\

Die Aufschaltung des Signals von dem zweiten Lagefühler 42 über den Ausrichtregler 110 auf den zweiten Drehmomenterzeuger 30 bewirkt eine Auslenkung des Kreisels 18 um die erste Eingangsachse 16. Das führt zu einem Abgriffsignal im Abgriff 24, der auf die Bewegung des Kreisels 18 um die Eingangsachse 16, die x-Achse in F i g. 1 anspricht. Das Abgriffsignal vom Abgriff 24 steuert über den Verstärker 60 den Stellmotor 50, und dieser richtet den Innenrahmen 32 solange aus, bis das Signal des Lagefühlers 42 verschwindet. Es erfolgt so eine ständige Feinausrichtung des Innenrahmens 32 um die Schwenkachse 34.

Das Signal des Lagefühlers 42 wird auch über einen Ausrichtregler auf den ersten Drehmomenterzeuger 28 geschaltet. Das bewirkt eine Ausrichtung der Kreisel drallachse 22 nach Nord.

Wenn die Kreiseldrallachse 22 genau horizontal und in der Meridianebene liegt, so wird die Horizoritalkomponente der Erddrehung an den Eingangsachsen 16 und 20 des Lagekreisels 10, also an der x-Achse und der y-Achse in Fig. 1, nicht wirksam. Weicht dagegen die Kreiseldrallachse 22 von der Meridianebene etwas ab, dann wirkt eine Komponente auch der Horizontalkomponente der Erddrehung auf die Eingangsachse 16, d. h. in Richtung der x-Achse von Fig. 1. Der im inertialen Raum festgehaltene Kreisel 18 bewirkt eine Drehung des Rahmens 14 gegenüber dem Gehäuse 12 und damit ein Signal am Abgriff 16. Dieses Signal ist über die Umschaltmittel 58 und den Verstärker 60 auf den Stellmotor 50 geschaltet. Der Stellmotor 50 verschwenkt den Innenrahmen 32 in dem Bestreben, das Abgriffsignal um Abgriff 16 zu null zu machen. Der Innenrahmen 32 wandert also um diey-'-Achse aus.

Diese Auswanderung wird durch die Aufschaltung des Signals des Lagefühlers 42 über den Ausrichtregler 110 auf den Drehmomenterzeuger 30 nicht kompensiert, da nicht nur eine einmalige kleine Fehlausrichtung zu korrigieren ist, was in diesem Kreis geschieht, sondern ein ständiges Weglaufen des Innenrahmens 32 durch die Horizontalkomponente der Erddretiung.

Durch die Aufschaltung des Signals des zweiten Lagefühlers 42 über den Ausrichtregler auf den ersten Drehmomenterzeuger 28, der um die x-Achse in F i g. 1 wirkt, wird der Kreisel 18 um die Eingangsashse 20 ausgelenkt, also um die y-Achse in F i g. 1, und der iweite Abgriff 26 liefert ein Abgriffsignai. Das Signal von diesem Abgriff 26 wird über den Verstärker 62 auf den Stellmotor 52 gegeben. Dieser verstellt den Azimutrahmen 36 und damit den Innenrahmen 32, bis die Krciscldrallachse 22 nach Nord ausgerichtet ist und keine Komponente der Horizontalkomponentc der Erddrchgeschwindigkeit mehr an der Eingangsachse 16 wirksam wird.

Der Lagekreisel 10 richtet sich so selbständig unter Verwendung der sowieso vorhandenen Sensoren, Drehmomenterzeuger und Stellmotoren nach Nord aus. Anschließend kann der Lagekreisel 10 in der in der EP-Al-48 212 beschriebenen Weise als Kurs-Lage-Referenzgerät arbeiten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:
   1. Kurs-Lage-Referenzgerät, bei welchem

   (a) ein zweiachsiger Lagekreisel mit einer im wesentlichen horizontalen Drallachse sowie Lageabgriffen und Drehmomenterzeugern auf den Eingangsachsen auf einem innenrahmen angeordnet ist,

   (b) der Innenrahmen um wenigstens zwei Achsen kardanisch gelagert und durch Stellmotore, welche von den Lageabgriffen gesteuert sind, zur Vertikalen und im Azimut ausrichtbar ist,

   (c) Lagefühler auf dem Innenrahmen angeordnet und zur Horizontalausrichtung des Lagekreisels mit den Drehmomenterzeugern verbunden sind,

   (d) wobei h?i Vorhandensein eines Winkels zwischen ac/ Drallachse des Lagekreisels und τη Nord eine laufende Auslenkung des Lagekreisels und eine dementsprechende Neigung des Innenrahmens erfolgt, auf welche ein Neigungsfühler anspricht

   (e) das Signal dieses Neigungsfühlers auf einen Ausrichtregler geschaltet ist; dessen Ausgangssignal als Stellsignal auf einen Drehmomenterzeuger des Lagekreisels geschaltet ist und eine Auslenkung des Lagekreisels bewirkt, so daß über den "ntsprechenden Lageabgriff und den davon gesteuerten, im Azimut wirksamen Stellmotor eine Ausrichtung ccr Drallachse nach Nord bewirkt wird, und

   (Q ein Rechner sowie

   (g) eine Einrichtung (52) zum Verdrehen der An-Ordnung mit dem Innenrahmen (32) um eine Azimutachse (38) vorgesehen sind.

   dadurch gekennzeichnet, daß

   40

   (a) der zweiachsige Lagekreisel (10) senkrecht zu der Drallachse (22) eine im wesentlichen horizontale erste Eingangsachse (16) und eine im wesentlichen vertikale zweite Eingangsachse (20) aufweist

   (b) der Innenrahmen (32) in einem Azimutrahmen (36) gelagert ist der seinerseits um eine geräiefeste, im wesentlichen vertikale Azimu^achsc (38) drehbar ist

   (c) ein erster der Lagefühler (40) auf eine Verschwenkung des Innenrahmens (32) gegen die Horizontale um eine zur Drallachse (22) des Lagekreisels (10) parallele Achse anspricht

   (d) ein zweiter der Lagefühler (42) auf eine Verschwenkung des Innenrahmens (32) um die erste Eingangsachse (16) des Lagekreisels (10) anspricht

   (e) der Innenrahmen (32) durch einen ersten der Stellmotore (50) gegenüber dem Azimutrahmen (36) um eine zu der ersten Eingangsachse (16) parallele Achse ausrichtbar ist

   (f) der Azimutrahmen (36) durch einen zweiten der Stellmotore (52) um die Azimutachse (38) verdrehbar ist

   (g) auf den ersten Stellmotor (50) das Signal des ersten Lageab^riffs (24) des Lagekreisels (10) aufschaltbar ist,

   (h) auf den zweiten Stellmotor (52) das Signal des zweiten Lageabgriffs (26) des Lagekreisels (10 aufgeschaltet ist,

   (i) auf den zweiten Drehmomenterzeuger (30) des Lagekreisels (10) das Stellsignal von dem Ausrichtregler (l!0) aufgeschaltet ist, der von dem Signal des zweiten Lagefühlers (42) beaufschlagt ist.

   3. Kurs-Lage-Referenzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

   (a)

   (h) das im Gleichgewichtszustand erhaltene Stellsignal (Uy^c(ac\)) gleichzeitig auf eine Einrichtung (122) zum Speichern dieses Stellsignals aufschaltbar ist, (b)

   (i) die Einrichtung (52) zum Verdrehen der Anord-

   nung durch Steuermittel (123,124) so ansteuer- (c)

   bar ist, daß der Innenrahmen (32) anschließend an das Speichern des besagten Stellsignals (Uy^c(a\)) im Azimut um einen festen Winkel (δ) verdreht wird,

   (j) das dann im Gleichgewichtszustand erhaltene Stellsignal (U,^c {x₂)) auf eine Einrichtung (126) zum Abgreifen dieses Stellsignals aufschaltbar ist,

   (k) die beiden Stellsignale (l//(*i), U_y ^c(a₂)) auf den Rechner (Fig.4) zur Bildung eines dem dann vorhandenen Winkel (ψι) zwischen Drallachse und Nord entsprechenden Rechnersi- (d) gnals aufgeschaltet sind und

   (1) die Hinrichtung (52) zum Verdrehen der Anord- m> nung anschließend von dem Rcglerausgangssigtiiil so ansteuerbar ist, daß sie die Einrichtung um den von dem Rechner ermittelten Winkel (^2) dreht, so daß die Drallachse wenigstens näherungsweise nach Nord ausgerichtet ist.

   der Innenrahmen (36) unmittelbar in dem A/.imutrahmen (38) um eine zu der ersten Eingangsachse (16) des Lagekreisels (10) parallele Achse drehbar gelagert ist,
   auf der Azimutachse (38) ein Winkelgeber (54) angeordnet ist,

   Signalverarbeitungsmittel (102, 104, 106, 108) vorgesehen sind, denen das Signal des ersten Lagefühlers (40) zugeführt wird, zur Erzeugung von Signalen

   U\ (t) = — cos φ α (ή Ω_εύηΦ (t), U₂ (t) = - sin φ_Λ (t)ß_Es\n <P(t),

   wobei tp_A der von dem ersten Lagefühler (40) erfaßte Neigungswinkel des Innenrahmens (32), &k die Drehgeschwindigkeit der Erde und i^dic geographische Breite ist, und
   dieser Signale (U\, L/?) auf den ersten bzw. zweiten Drehmomenterzeuger (28 bzw. 30) des l.;igekrciscls(10)aufgeschiiltct.sind.

   2. Kurs-Lage-Referenzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß

   4. Kurs-Lage-Refcrenzgcrät nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß

   (a) über einen Umschalter (123) ein Nachführsignal (U/') auf den ersten Drehmomenterzeuger (28) des Lagekrciscls (10) aufschaltbar ist und

   (b) der Umschalter (123) von einem Komparator

   (124) gesteuert ist, an welchem ein einem festen Winkel (rf) entsprechendes festes Winkelsignal und ein Signal von dem Winkelgeber (54) anliegt, derart, daß nach Speichern des Stellsignals (Uy (λι )) am zweiten Drehmomenterzeuger (30) der Lagekrcisel (10) und damit der Azimutrahnien (36) durch das Nachführsignal (U/) um die Azimutachse (38) verdreht wird, bis der von dem Winkelgeber (54) ausgeführte Drehwinkel dem festen Winkel \ό) entspricht