DE1273833B - Traegheitsnavigationssystem - Google Patents

Traegheitsnavigationssystem

Info

Publication number
DE1273833B
DE1273833B DEN22701A DEN0022701A DE1273833B DE 1273833 B DE1273833 B DE 1273833B DE N22701 A DEN22701 A DE N22701A DE N0022701 A DEN0022701 A DE N0022701A DE 1273833 B DE1273833 B DE 1273833B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
navigation system
gyro
azimuth
inertial navigation
drift
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEN22701A
Other languages
English (en)
Inventor
Nils Folke Hector
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Gloeilampenfabrieken NV filed Critical Philips Gloeilampenfabrieken NV
Publication of DE1273833B publication Critical patent/DE1273833B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Navigation (AREA)

Description

  • Trägheitsnavigationssystem Die Erfindung betrifft ein Trägheitsnavigationssystem, welches nach Maßgabe von auf einer kreiselstabilisierten Plattform angeordneten Signalgebern Position und Azimut des Fahrzeugs errechnet. Die Plattform nimmt eine Fixlage im Raum ein oder wird derart geregelt, daß sie die Vertikale andeutet (Schuler-Abstimmung), z. B. gemäß dem Prinzip des künstlichen Trägheitsmomentes.
  • Die größte Fehlerquelle in einem solchen System ist die Kreiseldrift, d. h. eine langsame Anderung der Bezugsrichtung des Kreisels, die durch unerwünschte Drehmomente hervorgerufen wird, welche auf den Kreiselrotor oder dessen Träger einwirken.
  • Es ist bekannt, den Stabilisierungskreiseln zwecks Kompensation der Kreiseldrift Drehmomente einzuprägen, welche Trimmsignalen entsprechen, die durch Integration von gemessenen, der Kreiseldrift proportionalen Fehlersignalen gewonnen wurden. Bei autonomen Systemen werden die Fehlersignale von Signalgebern geliefert, die unmittelbar die aus der Kreiseldrift resultierende Verkippung der Plattform messen, z. B. die an sich zur Messung der Fahrzeugbeschleunigung bestimmten Beschleunigungsmesser (USA.-Patentschrift 2 955 474) oder zusätzliche Wendekreisel (USA.-Patentschrift 2985 023).
  • Die Erfindung geht davon aus, daß Fahrzeuge, die mit einem Trägheitsnavigationssystem ausgerüstet sind, im allgemeinen auch ein davon unabhängiges Funknavigationssystem mitführen, welches allerdings nur bis zu einem gewissen Abstand vom Funkfeuer genaue Positions- und Azimutdaten liefert. Die Erfindungsaufgabe besteht darin, das Funknavigationssystem innerhalb des Bereiches, in dem es genaue Positions- und Azimutdaten zu liefern vermag, zur Trimmung der Stabilisierungskreisel des Trägheitsnavigationssystems heranzuziehen.
  • Es ist selbstverständlich nicht möglich, die der Trimmeinrichtung zuzuführenden Fehlersignale durch einen unmittelbaren Vergleich zwischen den vom Funknavigationssystem gelieferten Signalen und irgendwelchen die Lage der Plattform repräsentierenden Signalen herzuleiten. Es wurde jedoch gefunden, daß verhältnismäßig einfache Näherungsbeziehungen zwischen der Drift der Stabilisierungskreisel und den daraus resultierenden Positions- und Azimutfehlern des Trägheitsnavigationssystems bestehen.
  • Die Beziehung zwischen den Positions- und Azimutfehlern des Trägheitsnavigationssystems und der Kreiseldrift läßt sich im allgemeinen wie folgt ausdrücken: eL = Ji (Ux, Uy, Uz, t), el = J2 (Ux, Uy, uz, t), (1) = ! (Ux, Uy, uz, t), wobei eL, el die Positionsfehler in der Breite bzw. der Länge darstellen, ez die Kursabweichung oder den Azimutfehler, Ux, Uv, Uz die Drift der einzelnen Kreisel mit ihren Eingangsachsen in der x-, y- und z-Richtung und t die Zeit bezeichnen.
  • Aus den Gleichungen (1) kann die Kreiseldrift Ux, Uy, Q als Funktion der erwähnten Fehler gefunden werden. Wenn die Fehler eL, e1 und ez gemessen werden, kann auf Grund dieser Beziehungen die Drift jedes Kreisels errechnet werden, sofern die gemessenen Fehler lediglich durch die Kreiseldrift hervorgerufen werden. Wenn die Größe und die Richtung der Kreiseldrift bekannt sind, ist es möglich, ein entsprechendes Gegenmoment zu erzeugen, d. h. den betreffenden Kreisel derart zu trimmen, daß die Drift nahezu behoben wird.
  • Sofern die Positions- und Azimutfehler innerhalb einer kurzen Zeit gefunden und auf Null herabgesetzt werden können, lassen sich die Beziehungen zwischen den fehlerhaften Anzeigen des Trägheitsnavigationssystems und der Kreiseldrift durch Differentiation und Linearisation der Gleichungen (1) vereinfachen. Dann ergeben sich die nachfolgenden Gleichungen: eL' = K11 Ux + K12 Uy + Ki3 Uz, e1, = K21 Ux + K22 Uy + K23 Uz, (2) e21=K31 Ux + KS2 Uy + K33 UZ -eL', e1, und *' sind die zeitlichen Ableitungen der Positions- und Azimutfehler, und K11 bis K33 sind Konstanten.
  • Bei einem Längen-Breiten-System, z. B. bei einer Breite von 600, können bei Angabe der Fehler e in Winkelminuten, der Kreiseldrift U in Winkelinuten je Stunde und der Zeit in Stunden die nachfolgenden einfachen Beziehungen gewonnen werden: eL' = 0 Ux - 1,0 Uy+OUz, el' = 2,0 Ux + O Uy + O Uz, (3) ez' = 1,7Ux+OUy - 1,0 U,.
  • Die letzte Gleichung in (3) kann wie folgt geschrieben werden: ez' + 1,7 et' = l,0Uz. (3a) 2 Der Breitefehler eL ist während einer verhältnismäßig kurzen Zeit lediglich von der Kreiseldrift Uy abhängig, und auch der Längenfehler e1 ist während einer verhältnismäßig kurzen Zeit lediglich von der Kreiseldrift Ux abhängig, während der Azimutfehler ez sowohl von Ux als auch von Uz abhängt.
  • Die Driftwerte Ux und Um können daher durch lediglich von dem Längenfehler bzw. lediglich von dem Breitenfehler abgeleitete Trimmsignale behoben werden, während die Kreiseldrift Uz mittels eines Signals behoben werden kann, das sowohl von dem Längenfehler er als auch von dem Azimutfehler ez nach Gleichung (3 a)] abgeleitet wird.
  • Sogar wenn die Konstanten in einem anderen Falle weniger einfach als in dem angegebenen Beispiel sind, kann man dennoch unter allen Umständen auf Grund der Gleichungen (3) bequem errechnen, auf welche Weise die Trimmsignale von den gemessenen Positions- und Azimutfehlern abgeleitet werden müssen, um die Drift jedes Kreisels zu beheben.
  • Wenn gemäß dem- vorstehenden die Kreisel mittels Signalen getrimmt werden, die lediglich proportional oder in einer linearen Beziehung zu den Fehlersignalen sind, welche an sich proportional zu den gemessenen Positions- und Azimutfehlern sind, besteht nach wie vor ein Positions- und Azimutfehler. Um sowohl die Kreiseldrift als auch die Positions- und Azimutfehler auf Null herabzusetzen, ist es, wie eingangs bereits erwähnt, notwendig, die erwähnten Fehlersignale vor der Zuführung zu dem betreffenden Kreisel einmal zu integrieren.
  • Nachdem es also gemäß vorstehendem möglich ist, die der Trimmeinrichtung zuzuführenden Fehlersignale nicht nur, wie bekannt, unmittelbar von der Verkippung der Plattform abzuleiten, sondern sie auch mittelbar aus den Positions- und Azimutfehlern herzuleiten, gilt es nur noch, die Positions- und Azimutfehler selbst zu ermitteln. Dies ist nun aber leicht möglich durch Heranziehung des Funknavigationssystems.
  • Das Trägheitsnavigationssystem der in Rede stehenden Art ist somit erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlersignale von einem Rechner geliefert werden, dem aus einer Vergleichsvorrichtung die Differenzen zwischen den vom Trägheitsnavigationssystem gelieferten Positions- und Azimutdaten und den von einem Funknavigationssystem gelieferten Positions- und Azimutdaten zugeführt werden und der gemäß bekannten Näherungsbeziehungen zwischen der Kreiseldrift und den Positions- bzw. Azimutfehlern programmiert ist.
  • Die erfindunggemäße Trimmung läßt sich sowohl im Stillstand als auch während der Fortbewegung des Fahrzeuges durchführen.
  • Wenn die Trimmung während der Fortbewegung durchgeführt wird, müssen das Funknavigationssystem abgeschaltet und die Trinunkreise in dem Augenblick unterbrochen werden, wenn der resultierende Positionsfehler minimal ist. Da die Fehlerbeziehungen (Positionsfehler als Funktion der Zeit) sowohl für das Funknavigationssystem als auch für das Trägheitsnavigationssystem nicht in einer einfachen mathematischen Formel ausgedrückt werden können, ist es zweckdienlich, die beste Abschaltzeit durch Versuche festzustellen.
  • Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung nach der Erfindung; F i g. 2 zeigt den Positionsfehler als Funktion des Abstandes von dem Funkfeuer für ein Funknavigationssystem; F i g. 3 a zeigt die Drift eines Kreisels als Funktion der Trimmzeit; Fig. 3b zeigt den nach beendeter Trimmung noch entstehenden Driftwinkel des gleichen Kreisels gegenüber einer gewünschten Bezugsrichtung für einige verschiedene Trimmzeiten, und F i g. 4 zeigt den Positionsfehler als Funktion des Abstandes von einem Anfangspunkt für die Kombination eines Funk- und eines Trägheitsnavigationssystems nach der Erfindung.
  • Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung erfüllt ein Funknavigationssystem 1 und ein Trägheitsnavigationssystem 2, welche mit verschiedenen Eingängen einer Vergleichsvorrichtung 3 verbunden sind. Die Vergleichsvorrichtung 3 ist über eine Schaltvorrichtung 4 mit einem Rechner 5 verbunden, welcher mit Mitteln versehen ist, durch die Drehmomente in den Kreiseln Gx, G, und Gz erzeugt werden, die auf der gemeinsamen Plattform angeordnet sind. Der Rechner 5 enthält drei Integratoren, einen für jeden Einstellkreis, welche Integratoren eine Zeitkonstante von 5 bis 10 Minuten haben, was annähernd der Zeit entspricht, die zum Bestimmen der Kreiseldrift notwendig ist. Diese Integratoren liefern an die Drehmomentgeneratoren der Kreisel Trimmsignale, die der Drift des betreffenden Kreisels entgegenwirken.
  • Um Schwingungen in dem geschlossenen System von Kreisen zu verhüten, muß irgendeine Dämpfung vorgesehen werden, z. B. eine einfache Parallelschaltung der Integratoren. Weiter sind Mittel vorhanden, durch welche das Funknavigationssystem abgeschaltet werden kann.
  • Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: In der Vergleichsvorrichtung 3 werden die Positions- und Azimutanzeigen des Funknavigationssystems mit den entsprechenden Anzeigen des Trägheitsnavigationssystems verglichen, so daß Signale proportional zu dem Unterschied zwischen diesen Ausgangsinformationen dem Ausgang der Vergleichsvorrichtung entnommen werden können. Es wird angenommen, daß das Funknavigationssystem die richtige Information liefert und daß die einzige Fehlerquelle in dem Trägheitsnavigationssystem die Kreiseldrift ist, so daß die Signale am Ausgang der Vergleichsvorrichtung proportional zu den durch die Kreiseldrift hervorgerufenen Positions- und Azimutfehlern eL, q, * des Trägheitsnavigationssystems sind. Die Fehlersignale am Ausgang der Vergleichsvorrichtung werden den Integratoren im Rechner 5 zugeführt, und die Ausgangssignale derselben werden in den richtigen Verhältnissen den Drehmomentgeneratoren in den verschiedenen Kreiseln derart zugeführt, daß die Kreiseldrift behoben wird. Die Integration überkompensiert die Kreiseldrift, so daß sowohl die Kreiseldrift als auch die Positions- und Azimutfehler auf Null herabgemindert werden. Die Intergratoren des Rechners 5 halten außerdem das entgegenwirkende Drehmoment der Drehmomentgeneratoren -der Kreisel auf dem gewünschten Wert nach Beendigung der Integration fest, so daß gesonderte Mittel zu diesem Zweck sich erübrigen. Nach Beendigung der Trimmung werden die Schalter der Vorrichtung 4 geöffnet, und das Funknavigationssystem wird abgeschaltet, so daß die Positions- und Azimutanzeigen darauf lediglich aus dem Trägheitsnavigationssystem erzielt werden.
  • F i g. 2 zeigt beispielsweise den Positionsfehler für ein Funknavigatonssystem als Funktion des Abstandes von dem Funkfeuer. Das Diagramm zeigt, daß die Genauigkeit des Funknavigationssystems sehr groß ist in einem kleinen Abstand von dem Funkfeuer, während die Positionsfehler zunehmen, wenn der Abstand einen bestimmten Wert überschreitet.
  • Wenn die Trimmung nach einer bestimmten Zeit unterbrochen wird, besteht nach wie vor eine Kreiseldrift, deren Größe von der Länge der Trimmzeit abhängt. Die Folge hiervon läßt sich graphisch gemäß F i g. 3 b andeuten, wobei der Driftwinkel des Kreisels als Ordinate und die Zeit als Abszisse aufgetragen sind und die Trimmzeit als Parameter dient.
  • Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen einem Positionsfehler und dem Abstand von dem Anfangspunkt bei einer Kombination eines Funk- und eines Trägheitsnavigationssystems. Es wird vorausgesetzt, daß das Funknavigationssystem, dessen Fehlerkurve durch die Kurve A angedeutet ist, das Trägheitsnavigationssystem während des ersten Teiles des Fluges gemäß dem Erfindungsgedanken korrigiert und daß das Funknavigationssystem in einem geeigneten Augenblick abgeschaltet wird, so daß das Trägheitsnavigationssystem dann allein die Position bestimmt. Es sind zwei verschiedene Abschaltzeiten T, und T2 angegeben. Nach dem Abschalten nimmt der Positionsfehler nahezu linear mit der Zeit oder dem Abstand von dem Anfangspunkt infolge der verbleibenden Kreiseldrift zu, was durch die Kurven B und C angedeutet ist. Die Abschaltzeit wird derart festgesetzt, daß der resultierende Fehler jedenfalls minimal ist.
  • Vergleichsweise zeigt F i g. 4 die Fehlerkurve D für das Trägheitsnavigationssystem an sich, ohne Korrektur seitens des Funknavigationssystems, wobei angenommen wird, daß nur eine kurze Zeit (etwa 10 Minuten) zur Trimmung der Kreisel in dem Trägheitsnavigationssystem zur Verfügung stand.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Trägheitsnavigationssystem, welches nach Maßgabe von auf einer kreiselstabilisierten Plattform angeordneten Signalgebern Position und Azimut des Fahrzeugs errechnet, wobei den Stabilisierungskreiseln zwecks Kompensation der Kreiseldrift Drehmomente eingeprägt werden, welche Trimmsignalen entsprechen, die durch Integration von der Kreiseldrift proportionalen Fehlersignalen gewonnen wurden, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Fehlersignale von einem Rechner (5) geliefert werden, dem aus einer Vergleichsvorrichtung (3) die Differenzen zwischen den vom Trägheitsnavigationssystem (2) gelieferten Positions- und Azimutdaten und den von einem Funknavigationssystem (1) gelieferten Positions- und Azimutdaten zugeführt werden und der gemäß bekannten Näherungsbeziehungen zwischen der Kreiseldrift und den Positions- bzw.
    Azimutfehlern programmiert ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2943 321, 2 955 474; Luftfahrttechnik, 5 (1959), S. 198 bis 208.
DEN22701A 1962-02-09 1963-02-07 Traegheitsnavigationssystem Pending DE1273833B (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1273833X 1962-02-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1273833B true DE1273833B (de) 1968-07-25

Family

ID=20422914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEN22701A Pending DE1273833B (de) 1962-02-09 1963-02-07 Traegheitsnavigationssystem

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1273833B (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2943321A (en) * 1958-01-06 1960-06-28 Itt Course guidance system
US2955474A (en) * 1956-05-03 1960-10-11 Sutherland Spurgeon Method and mechanisms for aligning an inertial stabilized platform

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2955474A (en) * 1956-05-03 1960-10-11 Sutherland Spurgeon Method and mechanisms for aligning an inertial stabilized platform
US2943321A (en) * 1958-01-06 1960-06-28 Itt Course guidance system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0263894B1 (de) Verfahren zur Kursbestimmung in Luftfahrzeugen
DE2920194C2 (de)
DE2555484C3 (de) Elektromagnetischer Kompaß
DE2310767A1 (de) Einrichtung zur stabilisierung einer in einem kardanrahmen aufgehaengten plattform
DE2741274A1 (de) Geraet zur automatischen bestimmung der nordrichtung
DE1948767A1 (de) Richtsystem
DE1773600C3 (de) Doppler-Trägheits-Navigationsanlage
DE2906970C2 (de) Vorrichtung zur Bestimmung der Vertikalrichtung eines Systems
DE19919249A1 (de) Koppelnavigationssystem
DE1273833B (de) Traegheitsnavigationssystem
DE3019743A1 (de) System mit einer plattform mit kardanischer aufhaengung als geraetetraeger in verbindung mit einem fahrzeug und einem inertialsystem
DE3141836C2 (de)
WO1998026304A1 (de) Inertiale kurs-/lagereferenz mit gps kurs-/lagewinkelstützung
DE2731134A1 (de) Lotsensor
DE2834278C2 (de)
DE1773700C3 (de) Vorrichtung zur Erzeugung einer sehr genauen Bezugsvertikalen an einem von der Navigationsanlage entfernten Ort in einem Flugzeug
DE4023349A1 (de) Verfahren zur bestimmung der nordrichtung
DE2157438B2 (de) Kreiselgesteuerte Stabilisierungseinrichtung
WO2007140979A1 (de) Tunnelvortriebsmaschine mit nordsucher
CH420647A (de) Verfahren und Vorrichtung zum selbsttätigen Trimmen von auf einer gemeinsamen Grundfläche angeordneten Gyroskopen in einem Inertialnavigationssystem
DE2923988C2 (de) Navigationseinrichtung für Oberflächenfahrzeuge
EP0411565B1 (de) Autonom ausrichtbare Kreiselanordnung mit zweiachsiger Plattform
DE2160801C3 (de) Anordnung zur Unterdrückung vorübergehend auftretender Fehler des durch einen Kompaß bestimmten Eigenkurswertes eines Schiffes mit Hilfe eines kardanisch aufgehängten Kurskreisels
CH449279A (de) Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Steuerung eines mit einem Autopiloten ausgestatteten Flugzeuges
DE2243514A1 (de) Navigationssystem