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Neue Beschreibung Navigationsgerät für Fahrzeuge Die Erfindung bezieht
sich auf Geräte derjenigen Gattung, die sich zur Verwendung bei der Navigation eines
Fahrzeugs (welches ein Land-, Luft- oder Seefahrzeug sein kann) anhand des Erdmagnetfeldes
eignen, und bei welchen Magnetdetektor-Einrichtungen vorgesehen sind, die an einer
Mehrzahl von voneinander entfernten Stellen das Erdmagnetfeld, wie es vom Fahrzeug
abgelenkt wird, abzutasten, und bei welchem Gerät eine Vergleichsanordnung Signale
vergleicht, die von den verschiedenen Detektoren abgeleitet werden, so daß ein Ausgangssignal
erzeugt wird, welches hinsichtlich der Ablenkung korrekt ist.
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Ein Navigationsgerät dieser Gattung berücksichtigt die magnetische
Ablenkung, die sich aus der Veränderung des lokalen Erdmagnetieldes bei einem Fahrzeug
ergibt, wobei eine solche Veränderung auf die ferromagnetische und allgemein auf
die teilweise magnetische Substanz bzw. Gehalt des Fahrzeugs zurückzuführen ist.
Eine Ausführungsform eines Navigationsgerätes der genannten Art ist anhand der Pig.
3 der britischen
Patentschrift 853 942 beschrieben, bei der zwei
in Abstand voneinander angeordnete Magnetometer verwendet werden, welche jeweils
eine Magnetkompaßnadel aufweisen, die innerhalb jeweils einer drehbaren Kompaßbüchse
schwimmend gelagert sind.
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Jedes Magnetometer liefert ein Signal, das dem Winkelausschlag seiner
Nadel relativ zur Kompaßbüchse entspricht, und ein Verstärker vergleicht den Wert
des Signals des einen Magnetometers mit einem gewichteten Wert des Signals des anderen
Magnetometers und erregt einen Servomotor entsprechend der Differenz. Der Servomotor
treibt den Zeiger eines Kurs-Indikators an und die Kompaßbüchsen werden so gedreht,
daß sie automatisch in winkelmäßiger Übereinstimmung mit dem angezeigten Kurs gehalten
werden. Die Drehung wird fortgesetzt, bis die Ablenkung der Nadeln relativ zu ihren
Kompaßbüchsen sich in einer vorbestimmten Proportion zueinander befinden, und das
Differenz-Ausgangs signal des Verstärkers wird dadurch auf Null reduziert, zu welcher
Zeit der Zeiger eine abweichungskorrigierte Anzeige des Fahrzeugkurses angibt.
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Dieses bekannte Gerät hat den Hauptnachteil, daß es zwangsläufig
die Verwendung eines Servosystems beim Ableiten des abweichungskorrigierten Ausgangssignals
mit sich bringt, wobei ein solches Servosystem Fehler entstehen läßt bzw. einbringt
und zur Größe und Sperrigkeit und zum Gewicht des Gerätes wesentlich beiträgt. Darüber
hinaus besteht der Nachteil, daß die Kompaßbüchsen der beiden Magnetometer in genauer
winkelmäßiger Übereinstimmung miteinander sowie mit dem Zeiger des Kurs-Indikators
gehalten werden müssen, da anderenfalls ein beträchtlicher Fehler im angezeigten
Kurs resultieren könnte. Dieses und der Umstand, daß die Kompaßbüchsen drehbar angebracht
werden müssen, trägt sehr viel zu der Schwierigkeit bei, das Navigationsgerät in
zweckdienlicher und wirtschaftlicher Weise zu erstellen.
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Die obigen Nachteile, die mit dem Erfordernis verbunden sind, ein
Servosystem vorzusehen, und die Schwierigkeiten, Genauigkeit und eine zweckdienliche,
wirtschaftliche Konstruktion zu schaffen, treffen auch auf die anderen Formen von
Navigationsanlagen zu, welche in der britischen Patentschrift 853 942 und in der
älteren britischen Patentschrift 775 440 beschrieben sind.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Navigationsgerät der genannten
Gattung zu schaffen, bei welchem die geschilderten Nachteile überwunden werden.
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Die gestellte Aufgabe wird bei einem Gerät zur Verwendung bei der
Navigation eines Fahrzeuges bezüglich des Erdmagnetfeldes, bei welchem magnetische
Detektoreinrichtungen vorgesehen sind, um an mehreren, im Abstand voneinander angeordneten
Stellen das Erdmagnetfeld zu messen, wie es der Ablenkung durch das Fahrzeug unterworfen
ist, und bei welchem eine Vergleichsanordnung von der magnetischen Detektoreinrichtung
abgeleitete Signale vergleicht und ein Ausgangssignal bildet, welches bezüglich
der Abweichung korrekt ist, dadurch gelöst, daß die Nagnetdetektoreinrichtung in
Übereinstimmung jeweils mit den Stärken derjenigen Komponente des abgelenkten Feldes
an im Abstand voneinander angeordneten Stellen Signale ableitet, welche Komponente
parallel zu einer ersten von zwei zueinander geneigten Fahrzeugachsen ist, daß ferner
die Magnetdetektoreinrichtung zweite Signals ableitet, die in Übereinstimmung jeweils
mit den Stärken derjenigen Komponente des abgelenkten Feldes an im Abstand voneinander
angeordneten Stellen stehen, welche parallel zu der zweiten Fahrzeugachse gerichtet
ist, daß eine erste Vergleichseinrichtung der Vergleichsanordnung die ersten Signale
miteinander vergleicht und ein Ausgangssignal in Übereinstimmung mit den Komponenten
des nicht abgelenkten Feldes entlang der ersten Achse bildet, und daß eine zweite
Vergleichseinriehtung die zweiten Signale miteinander vergleicht und ein Ausgangssignal
in Übereinstimmung mit derjenigen
Komponente des nicht abgelenkten
Feldes, welche entlang der zweiten Achse liegt, bildet.
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Das Navigationsgerät gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß die
Ausgangssignalwerte auf Achsen bezogen sind, die im Fahrzeug festliegen, und einfach
durch Vergleichen von Signalen errechnet werden, die in Relation zu diesen Achsen
mittels der Magnetdetektor-Einrichtungen abgeleitet werden. Es werden keine Servosysteme
oder andere bewegliche Teile benötigt, und das Gerät führt von selbst zu einer kompakten
und leichten Bauweise, wobei man sich moderne wirtschaftliche Herstellungstechniken
und -verfahren für elektrische Schaltungen zunutze macht. Ferner liegen die Ausgangssignalwerte
in einer Form vor, die olme weiteres eine Berichtigung lokaler magnetischer Variation
zuläßt.
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Die Ausgangssignalwerte, die mittels der ersten und zweiten Vergleichs
einrichtungen geliefert werden, können miteinander kombiniert werden, um eine Darstellung
des magnetischen Kurses /magnetic heading/ des Fahrzeuges abzuleiten.
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Zusätzlich können die beiden Werte zusammen mit einem von der Geschwindigkeit
des Fahrzeuges abgeleiteten Wert dazu verwendet werden, die Entfernungen zu errechnen,
die das Fahrzeug entlang von Achsen zurückgelegt hat, die von der Erde bestimmt
werden.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, eine Zeitschaltung zu
schaffen, die zur Anwendung in einem Navigationsgerät geeignet ist und auf erste
und zweite Signale anspricht, die den K cos # bzw. K sin # wiedergeben, wobei #
ein variabler Winkel und K ein variabler Faktor ist.
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Entsprechend ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung
die zuvor angesprochene Zeitschaltung dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalgenerator
ein drittes Signal ableitet, welches ausgehend von einem vorbestimmten ursprünglichen
Wert mit der Zeit allmählich (progressiv) zunimmt, daß ein Signalintegrator in Übereinstimmung
mit dem ersten, zweiten und dritten Signal ein Integral bezüglich der Zeit bildet,
derart, daß das vom Integrator bezüglich des ersten und zweiten Signals gebildete
Integral von entgegengesetzten Vorzeichen zu dem bezüglich des dritten Signals gebildeten
Integral ist, daß ein Detektor auf das vom Integrator gebildete Integral anspricht
und den-Signalgenerator im Sinne der Rückstellung des dritten Signals auf dessen
ursprünglichen Wert dann schaltet, wenn das von dem Integrator gebildete Integral
einen vorbestimmten Wert erreicht, und daß erste und zweite Schalter jeweils die
Zuführung des ersten und zweiten Signals zum Integrator steuern, wobei der erste
Schalter betätigt wird, um die Zuführung des ersten Signals zum Integrator zu unterbrechen,
wenn das dritte Signal ein vorbestimmtes Verhältnis zum ersten Signal erreicht,
und wobei der zweite Schalter betätigt wird, um die Zuführung des zweiten Signals
zum Integrator dann zu unterbrechen, wenn das dritte Signal das vorbestimmte Verhältnis
zum zweiten Signal erreicht, so daß die Periode jedes vom ursprünglichen Wert gerechneten
Aus schlages des dritten Signals abhängig vom Wert von K ist.
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Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden
Zeichnung näher beschrieben, und zwarzigt Fig. 1 eine Draufsicht eines Fahrzeugs,
welches das Navigationsgerät trägt,
Pig. 2 eine schematische Darstellung
des Navigations gerätes, Fig. 3 eine Ausführungsform einer Magnetfluß-Ventilvorrichtung
/magnetic flux-valve device/, die beim Navigationsgerät verwendet wird, Pig. 4 eine
schematische Darstellung eines Computers oder Rechners, der beim Navigationsgerät
verwendet wird, während Pig, 5 eine schematische Darstellung einer alternativen
Ausführungsform des Computers zeigt.
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Das Navigationsgerät wird in diesem Fall so beschrieben, als ob es
bei einem Landfahrzeug, beispielsweise einem militärischen Landfahrzeug, vorgesehen
wäre, das Gerät ist jedoch ebenso bei anderen Arten und Formen von Fahrzeugen verwendbar.
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Die gesamte elektrische Schaltung des Gerätes kann ohne weiteres in
kompakter Bauweise und mit geringem Gewicht erstellt werden, indem Festkörper-Bauelemente
und die technik der Mikro-Miniaturisation angewendet werden.
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Gemäß den Fign. 1 und 2 werden zwei Magnetdetektor-Einheiten 1 und
2 an einem Mast oder Trägerbauteil 3 gehalten, der vom Fahrzeug ein kurzes Stück
vorragt; der Träger 3 kann beispielsweise aus Aluminium bestehen und hinten am Fahrzeug
um ein Stück von weniger als vier Fuß (ca. 120 cm) vorragen.
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Die Detektor-Einheit 1 ist am äußeren Ende des Trägers 3 angebracht,
während die Detektor-Einheit 2 sich näher am Fahrzeug befindet, und zwar an einer
Zwischenstelle auf der Länge des Trägers 3. Die genaue Stelle bzw. Anordnung der
Detektor-Einheit 2 längs des Trägers 3 kann in diesem Pall so gewählt werden, daß
die magnetische Wirkung des Fahrzeugs, wie sie von der Detektor-Einheit 2 wahrgenommen
wird, etwa doppelt so groß ist wie derjenige, die an der Detektor-Einheit 1 am äußeren
Ende wahrgenommen wird.
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Jede Detektor-Einheit 1 und 2 weist zwei Fluß-Ventilvorrichtungen
/flux-valve devices/ 4 und 5 auf, die magnetische Feldstärken in zueinander senkrechten
Richtungen abfühlen. Die Vorrichtungen 4 und 5 haben jeweils, wie in Fig.
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3 dargestellt, eine elektrische Erregerwicklung 6, die mit-Wechselstrom
versorgt wird, und so gewickelt ist, daß sie zwei längliche ferromagnetische Elemente
7 und 8 der Vorrichtung einzeln umfaßt. Die ferromagnetischen Elemente 7 und 8 verlaufen
parallel zueinander, wobei die Wicklung 6 so gewickelt ist, daß sie jeweils im entgegengesetzten
Richtungssinn magnetisiert werden, und wobei eine elektrische Ausgangswicklung 9
die beiden Elemente 7 und 8 gemeinsam umgibt. Ein elektrisches Wechselstromsignal
von doppelt so hoher Frequenz wie der Erregerstrom wird in die Ausgangswicklung
9 induziert, wobei dieses Signal eine Amplitude aufweist, die eine Messung der magnetischen
Feldstärke liefert, die in der Längsrichtung der Elemente 7 und 8 vorhanden ist.
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Die Vorrichtung 4 jeder Einheit 1 und 2 wird am Träger 3 mit ihren
Elementen 7 und 8 parallel zur Längsachse IA des Fahrzeugs angebracht, wohingegen
die Vorrichtung 5 in jedem Fall mit ihren Elementen 7 und 8 parallel zur Querachse
AA des Fahrzeugs angebracht wird. Die Ausgangssignale der Vorrichtungen 4 und 5
liefern in jedem Fall somit Messungen der Längs- bzw. Querkomponenten des lokalen
horizontalen magnetischen Feldes. Die Ausgangssignale der Vorrichtungen 4 und 5
in der Einheit 1 liefern Messungen dieser Peldkomponenten, die am äußeren Ende des
Trägers 3 wahrgenommen oder gemessen werden, während die Ausgangssignale der Vorrichtungen
4 und 5 in der Einheit 2 Messungen der Feldkomponenten liefern, die an der mittleren
Stelle näher am Fahrzeug wahrgenommen werden.
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Die magnetischen Felder an den beabstandeten Positionen der Einheiten
1 und 2 differ&iren wegen der unterschiedlichen
Abstände dieser
Positionen vom Fahrzeug. Die Signale, die mittels der Vorrichtungen 4 und 5 der
Einheit 1 geliefert werden sind jeweils repräsentativ für H cos #m + x .(i) H sin
em + y .. . . ... . (2) wohingegen diejenigen, die von der Einheit 2 geliefert werden,
jeweils repräsentativ sind für II cos 9 + X ........ (3) m H sin im + Y (4) wobei
die lokale Stärke des Erdmagnetfeldes für sich allein ist, der magnetische Kurs
des Fahrzeugs ist, (d.h. der Winkel zwischen der Längeschse LA des Fahrzeugs und
dem lokalen magnetischen Meridian), x und y jeweils die Stärken der Längs- und Querkomponenten
des Magnetfeldes an der Einheit 1 aufgrund des Fahrzeugs selbst sind, während X
and Y Jeweils die Stärken der Längs- und Querkomponenten des Magnetfeldes an der
Einheit aufgrund des Fahrzeugs selbst sind.
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Gemäß Fig. 2, auf welche jetzt im einzelnen Bezug genommen wird,
wird das Ausgangssignal -der Vorrichtung 4 in der Einheit 2 über ein Potentiometer
10 nach einem Differentialverstärker 11 übermittelt, und zwar zur Subtraktion vom
Ausgangssignal der Vorrichtung 4 der Einheit 1. Das Ausgangssignal der Vorrichtung
5 in der Einheit 2 wird in gleicher Weise über ein Potentiometer 12 zu einem Differentialverstärker
13 zur Subtraktion vom Ausgangssignal der Vorrichtung 5 der
Einheit
1 übermittelt. Die Potentiometer 10 und 12 sind beide so eingestellt, daß sie die
Amplitude des betreffenden Ausgangssignals der Einheit 2 um einen gebrochenen bzw.
nicht ganzen /fractional/ Faktor reduzieren, wobei der Faktor im Fall des Potentiometers
10 (x/X) und im Fall des Potentiometers 12 (y/Y) ist. Die resultierenden Differenzsignale,
die also mittels der Verstärker 11 und 13 geliefert werden, entsprechen H ( 1 -
x/X) cos #m (5) H (1 - y/Y)sin #m .e 000 (6) Im vorliegenden Fall ist der Faktor
(x/X) aus praktischen Gründen gleich dem Faktor (y/Y), und es ist daher ausreichend,
Wenn die Einstellungen der Potentiometer 10 und 12 mittels einer allgemeinen manuellen
Steuerung 14 vorgenommen werden.
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Infolgedessen weisen die Ausdrücke (5) und (6), wenn man sie neu formuliert,
wobei G sowohl H (1 - x/X) als auch H (1 - y/Y) entspricht, entsprechend die Ausdrucksform
auf G cos #m ...........(7) G sin #m ...........(8).
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Die Die Ausgangssignale der Verstärker 11 und 13, die den Ausdrücken
(7) bzw. (8) entsprechen, werden einer Einheit 15 übermittelt, welche eine Berichtigung
hinsichtlich der lokalen magnetischen Variation oder der Gittervariation bewirkt
(d.h. eine Korrektor der lokalen Winkeldifferenz im Azimut zwischen dem magnetischen
und wahren Meridian oder zwischen dem magnitischen Meridian und den Gitterlinien).
Innerhalb der Einheit 15 wird das Ausgangssignal des Verstärkers 11 in einer feststehenden
Proportion einem Verstärker 16 über ein Potentiometer 17 übermittelt, und das Ausgangssignal
des Verstärkers 13 wird in der gleiohen feststehenden Proportion einem-Verstärker
18
über ein Potentiometer t9 übermittelt. Zusätzlich wird das Ausgangssignal des Verstärkers
11 über das Potentiometer 17 dem Verstärker 18 übermittelt, und das Ausgangssignal
des Verstärkers 13 wird über das Potentiometer 19 dem Verstärker 16 übermittelt,
und zwar beide in der gleichen selektiv-variablen Proportion. Die selektiv-variable
Proportion -- im letzteren Zusammenhang--wird mittels einer allgemeinen manuellen
Steuerung 20 kontrolliert, welche in Übereinstimmung mit (tan M) eingestellt wird,
wobei M der entsprechende Winkelwert der magnetischen oder Gittervariation ist,
Die beiden, dem Verstärker 16 übermittelten Signale werden darin additiv kombiniert,
so daß sich eine Summe ergibt, die dem Wert cos 9m 8 sin 9m tan M proportional ist,
so daß das Ausgangssignal des Verstärkers 16 dem Wert K cos (im + entspricht, das
heißt K cos 9 ..........(9). wobei 9 der wahre Kurs des Fahrzeugs ist und wobei
K dem Ausdruck (cos M) umgekehrt proportional ist.
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Die beiden Signale, die dem Verstärker 18 übermittelt werden, werden
andererseits darin kombiniert, so daß sich eine Summe ergibt, die proportional dem
Wert sin #m + cos #m tan M ist, so da# das Ausgangssignal des Veratärkers 18 dem
Ausdruck
K sin (#m + M) entspricht, das heißt K sin # .................(10).
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Die beiden Signale, die den Ausdrücken (9) und (10) entsprechen,
werden dazu verwendet, eine Anzeige des wahren oder gitter-Kurswinkels 9 des Fahrzeugs
und auch Anzeigen der Entfernungen, die in Begriffen von Nordrichtungen und Ostrichtungen
zurückgelegt wurden, zu liefern bzw. zu übermitteln. Eine Anzeige des Kurswinkels
9 wird durch einen Xompaßindikator 21 erbracht, der von einem Synchrodrehmomentempfänger
22 angetrieben wird, wobei die Ausgangssignale der Verstärker 16 und 18 dem Synchro-Empfänger
22 über Verstärker 23-bzw. 24 übermittelt werden0 (Falls ein sehr hohes Ausmaß an
Präzision erforderlich ist, können der Synchro-Empfänger 22 und der Indikator 21
durch einen Synchro-Auflöser /synchro-resolver/ und einen elektrischen Null-Indikator
ersetzt werden, die auf jedes Signal ansprechbereit sind, das in der Rotorwicklung
des Auflösers induziert wird, wobei die Signale der Verstärker 16 und 18 den zueinander
senkrechten Statorwicklungen des Auflösers übermittelt werden; die winkelmäßige
Stellung des Rotors wird manuell eingestellt, um ein in der Rotorwicklung induziertes
Null-Signal zu erhalten, so daß die winkelmäßige Einstellung des Rotors unter diesen
Umständen den Eurswinkel anzeigt.) Die Ausgangssignale der Verstärker 16 und 18
werden einem Distanz-bzw. Strecken-Computer 25 übermittelt, und zwar zusammen mit
einem Signal, welches für die Vorwärtsgeschwindigkeit V des Fahrzeugs repräsentativ
ist. Dieses letztere Signal wird im vorliegenden Fall von einem Abgriff 26 abgeleitet,
der mit dem Getriebe des Fahrzeugs gekuppelt ist. Der Computer 25 liefert in Übereinstimmung
mit den drei
Signalen, die ihm übermittelt werden, eine digitale
Anzeige der entsprechenden Nordrichtung an einem digitalen Anzeiger 27 sowie eine
digitale Anzeige der entsprechenden Ostrichtung an einem digitalen Anzeiger 28.
Die Konstruktion bzw. Bauweise und die Arbeitsweise des Computers 25 wird nunmehr
anhand der Fig. 4 näher beschrieben.
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Gemäß Fig. 4 werden im Computer 25 die Ausgangssignale der Verstärker
16 und 18 Verstärkern 30 bzw. 31 zugeführt, deren Verstärkungsfaktor steuerbar ist.
Die Ausgangssignale der Verstärker 30 und 31, die für die Ausdrücke (9) und (io)
repräsentativ sind und jeweils mit dem gemeinsamen, steuerbaren Verstärkungsfaktor
A der Verstärker 30 und 31 multipliziert werden, werden entsprechenden Integratoren
32 und 33 zugeführt, welche die digitalen Anzeiger 27 und 28 in Tätigkeit setzen.
Diese Ausgangssignale werden auch Quadrierungsschaltungen 34 und 35 zugeführt, und
die Ausgangssignale dieser jeweiligen Schaltkreise werden einer arithmetischen Einheit
36 übermittelt, welche jedes von diesen von einem Ausgangs signal einer weiteren
Quadrierungsschaltung 37 subtrahiert. Die Quadrierungsschaltung 37 empfängt im Computer
25 das Signal, das für die Vorwärtsgeschwindigkeit V des Fahrzeugs repräsentativ
ist, wie sie mittels des Abgriffes 26 geliefert wird, und die arithmetische Einheit
36 leitet dementsprechend ein Signal ab, welches repräsentativ ist für V2 - K2A2
(cos2# + sin2#) däs heißt für v2 ~ 2
Dieses Signal wird zur Steuerung
des Verstärkungsfaktors A jedes der Verstärker 30 und 31 verwendet, und zwar derart,
daß dieses Signal auf Null gebracht und dabei gewährleistet wird, daß die Signale,
die den Integratoren 32 und 33 übermittelt werden, jeweils repräsentativ sind für
V cos G 0 0 0 0 0 0 t11) bzw.
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V sin # .........(12).
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Die Integratoren 32 und 33 integrieren diese Signale in Bezug auf
die Zeit und betätigen die digitalen Indikatoren 27 und 28 in Ubereinstimmung mit
den resultierenden Integralen, um dadurch die entsprechenden Anzeigen der Nordrichtung
und Ostrichtung hervorzubringen.
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Der Computer 25 kann alternativ die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform
aufweisen.
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Gemäß -Fig. 5 werden die Ausgangssignale der Verstärker 16 und 18,
die : für die Ausdrücke (9) bzw. (10) repräsentativ sind, im Computer 25 mittels
Eingangsschaltungen 40 und 41 empfangen. Jede Schaltung 40 und 41 arbeitet sowohl
als Phasendetektor als auch als Gleichrichter, uni zwei Ausgangssignale abzuleiten;
ein erstes der Ausgangssignale, welches in Abhängigkeit von der Phasenlage des empfangenen
Signals abgeleitet wird, ist repräsentativ für das Vorzeichen des betreffenden Ausdrucks,
und das zweite, das mittels eines eine Gleichrichtung umfassenden Vorgangs abgeleitet
wird, ist repräsentativ für den absoluten Wert des entsprechenden Ausdrucks.
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Das besagte erste Ausgangs signal der Schaltung 40 wird einem Integrator
42 übermittelt. Der Integrator 42 kontroliert bzw. steuert den digitalen Anzeiger
27 in Übereinstimmung mit dem Zeit-Integral des Signals, das für die Vorwärtsgeschwindigkeit
V repräsentativ ist, wobei dieses Signal dem Integrator 42 vom Abgriff 26 über einen
Schalter 43 übermittelt wird. Jedem Zuwachs im Integrationsvorgang wird das Vorzeichen
vor- bzw. zugeschrieben, das durch das besagte erste Ausgangssignal repräsentiert
ist, welches von der Schaltung 40 dem Integrator 42 übermittelt wird. Das besagte
zweite Ausgangssignal der Schaltung 40 wird über einen Schalter 44 einem Integrator45
übermittelt und außerdem einem Summierungsverstärker 46, welcher die Betatigung
der Schalter 43 und 44 kontrolliert. Der Verstärker 46 vergleicht das Signal, welches
er von der Schaltung 40 empfängt, mit dem Ausgangssignal eines Integrators 47, der
in Bezug auf die Zeit eine vorbestimmte konstante Spannung integriert, die innerhalb
des Integrators 47 geliefert wird. Wenn mit der Zeit das Ausgangssignal des Integrators
47 Gleichheit mit dem Signal erreicht, welches von der Schaltung 40 empfangen wird,
fällt das Ausgangssignal des Verstärkers 46 auf ull.
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Dies veranlaßt beide Schalter 43 und 44 zum Öffnen unJ unterbricht
dadurch die Zuführung des Signals zum Integrator 42 vom Abnehmer 26 her sowie die
Zuführung des zweiten Ausgangssignals der Schaltung 40 zum Integrator 45.
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Die beiden Ausgangssignale der Schaltung 41 werden in einer ähnlichen
Weise wie dieåenigen der Schaltung 40-verwendet. Das erste Ausgangssignal der Schaltung
41 wird einem Integrator 48 übermittelt, um das -Vorzeichen jedes Zuwachsens eines
Integrierungsvorgangs zu steuern, der mittels des Integrators 48 durchgeführt wird.
Der Integrator 48 steuert den digitalen-Indikator 28 in Übereinstimmung mit dem
Integral
in Bezug auf die Zeit des Signals, das für die Vorwärtsgeschwindigkeit
V repräsentativ ist, wobei dieses Signal dem Integrator 48 vom Abgriff 26 her über
einen Schalter 49 übermittelt wird. Das zweite Ausgangssignal der Schaltung 41 wird
über einen Schalter 50 dem Integrator 45 und außerdem einem Summierungsverstärker
51 übermittelt, der die Betätigung der Schalter 49 und 50 kontrolliert. Der Verstärker
51 vergleicht das Signal, das er von der Schaltung 41 her empfängt, mit dem Ausgangssignal
des Integrators 47, und wenn Gleichheit zwischen diesen besteht, fällt sein Ausgangssignal
auf Null ab. Dies veranlaßt beide Schalter 49. und 50 zum Öffnen und unterbricht
dadurch die Zuführung des vom-Äbgriff 26 kommenden Signals zum Integrator 48 sowie
die Zuführung des zweiten Ausgangssignals der Schaltung 41 zum Integrator 45.
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Das Ausgangssignal des Integrators 47 wird zusätzlich dazu, daß es
den Verstärkern 46 und 51 übermittelt wird, dem Integrator 45 zugeführt, im Gegensatz
zu den beiden Signalen, die über die Schalter 44 und 50 übermittelt werden. Nachdem
die beiden Schalter 44 und 50 geöffnet haben, wird auf diese Weise das vom Integrator
45 gelieferte Zeit-Integral allmählich-auf Null reduziert. Ein Null-Detektor 52
spricht-auf den Zustand an, in welchem das Integral des Integrators 45 Null wird,-
und stellt den Integrator 47 auf Null-zurück.
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Wann immer der Integrator 47 auf Null zurückgesetzt wird, schließen
sich die Schalter 43, 44, 49 und 50 unter der Steuerung der Verstärker 46 und 51
und führen dem Integrator 45 die den absoluten Werten der Ausdrücke (9) und (10)
repräentativen Signale und den Integratoren 42 und 48 das der Vorwärtsgeschwindigkeit
V erpräsentative $Signal zu.
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Die Schalter 43 und 44 werden vom) Verstärker 46 solange ge.-schlossen
gehalten, bis das von dem Integrator 47 gelieferte Integral.; Gleichneit mit den
absoluten Werten des Ansdrucks (3)
erreicht, d.h., für eine dem
Ausdruck (K cos ) proportionale Zeitperiode. In ähnlicher Weise werden die Schalter
49 und 50 von dem Verstärker 51 geschlossen gehalten, bis das von dem Integrator
47 gelieferte Integral Gleichheit mit dem absoluten Wert des Ausdruckes (10) erreicht,
d.h., für eine dem Ausdruck (K sin @) proportionale Zeitperiode. Das von
dem Integrator 45 gebildete volle Integral, welches in Beziehung zu nur den beiden,
über die Schalter 44 und 50 gelieferten Signale steht, ist dem Ausdruck äquivalent:
K2cos2# + K2sin2#, d.h., zu k2. Wenn das Zeitintegral des Ausgangssignals des Integrators
47 eventuell K2 erreicht, wird das von dem Integrator 45 gebildete Integral Null.
Als Antwort des Null detektors 52 auf diesen Vorgang wird der Integrator 47 rückgesetzt,
und dementsprechend wird ein anderer Integrationszyklus in der Folge derartiger
Zyklen begonnen.
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Da das Ausgangssignal des Integrators 47 allmählich (progressiv)
mit der Zeit zunimmt, ist die Zeit, die zur Bildung des Integrals dieses Ausgangssignals
durch den Integrator bis zum Erreichen von K2 benötigt wird, ein Maß von K. Jede
Serie der Integrationszyklen hat dementsprechend eine mit K variierende Dauer, und
die Schalter 43 und 49, welche jeweils während jedes Zyklus für Zeitperioden K cos
@ bzw. K sin G geschlossen sind, werden dabei intermetierend während der
Serien für Perioden der gesamten Zeit geschlossen, welche sich auf die Anteile (cos
@) bzw. (sin 9) belaufen Das Integral des der Geschwindigkeit Vmepräsentativen
Signals, welches vom Integrator 42 gebildet wird, stellt demnach ein Maß des Zeitintegrals
des Ausdrucks (11) dar, welches ziemlich unabhängig ton der Variablen K ist. Der
Anzeiger 27 wird in Übereinstimmung mit diesem Integral auf den neuesten Stand gebracht
und gibt so die erforderliche Anzeige der Nordrichtung ab. In ähnlicher Weise stellt
das
von dem Integrator 48 gebildete Integral ein Maß des Zeitintegrals des Ausdruckes
(12) dar, welches ziemlich unabhängig von der Variablen K ist, und der Anzeiger
48, der in Übereinstimmung damit auf den neuesten Stand gebracht wird, gibt die
erforderliche Anzeige der Ostrichtung ab.
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Bei dem Computer gemäß Fig. 5 muß sichergestellt werden, daß der
Integrator 47 rasch auf Null zurückgestellt wird, Um dieser Bedingung nachzukommen,
kann die Anordnung so getroffen werden, daß zwei Kondensatoren für den Integrationsvorgang
während wechselnder Integrationszyklen verwendet werden. Ferner ist es erwünscht,
sicherzustellen, daß das Integral des Integrators 45 erst bzw. nur dann auf Null
reduziert wird, nachdem beide Schalter 44 und 50 geöffnet haben. Zu diesem Zweck
kann das Augangssignal des Integrators 47 dem Integrator 45 über ein Potentiometer
zugeführt werden, um so die Zeitkonstante zu ändern und so die Akkumulationsgeschwindigkeit
des Integrals dieses Signals innerhalb des Integrators 45 zu reduzieren. Außerdem
kann es eingerichtet werden, daß der Integrator 47 nur dann zurückgestellt wird,
wenn der Null-Detektor 52 ein Sgnal abgibt und beide Schalter 44 und 50 geöffnet
sind.
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Bei einerabgeänderten Form des in Fig. 5 dargestellten Computers
werden die Indikatoren 27 und28 mechanisch angetrieben mittels entsprechender elektrischer
Schrittschaltmotoren, welche die Integratoren 42 und 48 ersetzen. Unter diesen Umständen
werden vom Abgriff 20 Impulse mit einer Wiederholungsfrequenz übermittelt, die repräsentativ
für die Vorwärtsgeschwindigkeit V ist, und diese Impulse, die jedem Motor über den
entsprechenden Schalter 43 oder 49 zugeführt werden, veranlassen jeweils den Motor,
sich einen Schritt weiterzudrehen. Die Drehung geht vorwärts oder rückwärts vor
sich, und zwar in Abhängigkeit vom Vorzeichen des Zuwachses, wie er durch das von
der entsprechenden Eingangsschaltung 40 oder 41 gelieferte erste Signal repräsentiert
wird.
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Vorkehrungen können getroffen werden, um ein selektivvariables magnetisches
Feld an einer oder jeder der beiden Positionen am Trägerbauteil 3 anzulegen, um
die magnetische Abweichung, die vom Fahrzeug selbst resultiert, zu reduzieren, Insbesondere
kann jede Vorrichtung 4 und 5 der Einheit 1 eine weitere elektrische Wicklung 60,
wie in Fig. 3 dargestellt, aufweisen, die auf einem länglichen ferromagnetischen
Kern 61 parallel zu den lernen 7 und 8 aufgewickelt ist; Der Wicklung -60 wird Gleichstrom
zugeführt, um eine magnetische Vorspannung bzw. Vormagnetisierung von entsprechender
Größe und Richtung zu erzeugen. Wie in Fig. 2 angedeutet, können Gleichströme den
Wicklungen 60 der Vorrichtungen 4 und 5 in der Einheit 1 über separate Potentiometer
62 und 63 übermittelt werden, wobei individuelle Einstellungen der Längs-und Querkomponenten
der Abweichung ganz einfach durch die Lage der manuellen Steuerungen 64 und 65 der
Potentiometer 62 und 63 ausgeführt werden.
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Alternativ kann die Berichtigung der Abweichung, die vom Fahrzeug
selbst resultiert, durch Ableiten eines Wechselstromsignals der gleichen Frequenz
wie die Signale, welche mittels der Fluß-Ventilvorriehtungen 4 und 5 übermittelt
werden, sowie durch Anlegen dieses Signals in selektiv-variablen Proportionen an
die beiden Verstärker 11 und 13 gemäß Fig. 2 bewirkt werden. Unter bestimmten Umstanden
kann es sich jedoch ergeben, daß eine ausreichende Korrektur einfach durch leichtes
Kippen der Fluß-Ventile 4 und 5 längs ihren entsprechenden Meßachsen vorgenommen
werden kann. Geringe winkelmäßige Angleichungen bzw. Einstellungen der Fluß-Ventile
4 und 5 können auch dazu verwendet werden, beispielsweise die Asymmetrie in der
Anordnung von Weicheisen-Kosponenten bzw. -Bestandteilen im Fahrzeug zu korrigieren.
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Wenn auch die oben anhand der Fign. 1 bis 3 beschriebenen magnetischen
Detektoren 1 und 2 je von einer Ausführungsform sind, die nur zwei Vorrichtungen
4 und 5 erfordert, welche im Azimut senkrecht zueinander angeordnet sind, so binnen
auch magnetische Detektoren, die beispielsweise drei Fluß-Ventilvorrichtungen erfordern,
welche im Azimut in gleichmäßigen Winkelabstand angeordnet sind, an ihrer Stelle
verwendet werden. Unter diesen letzteren Umständen kann die Anordnung so getroffen
werden, daß Signale, die mit denjenigen vergleichbar sind, die direkt von den Vorrichtungen
4 und 5 geliefert werden, mit Hilfe von Umwandlern aus Signalen abgeleitet werden,
die von den drei Vorrichtungen geliefert werden. Alternativ kinn eine der drei Vorrichtungen
entweder mit der Längsachse oder mit der Querachse entsprechend ausgerichtet werden,
und dann könnten die Signale, die durch d-ie anderen beiden Vorrichtungen geliefert
werden, in Qpposition zueinander kombiniert werden, um nach Abschwächung um einen
Yaktor von 1,7321 ein resultierendes Signal passend zur anderen Achse zu erzeugen.
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Im Fall des oben beschriebenen Systems ist der Paktor (x/x,) für
praktische Zwecke gleich dem Faktor (y/Y). Wenn dies nicht so wäre, dann könnten
die gewünschten Signale, die für-die Ausdrücke (7) und (8) repräsentativ sind, dadurch
abgeleitet werden, daß die Signale der Verstärker 11 und .13 über zusätzliche Potentiometer
geleitet würden. Diese zosätzlichen Potentiometer, welche mit den Potentiometern
10 und 12 entsprechend gekuppelt /ganged/ werden könnten, werden so eingestellt,
daß die Grö#e des Signals, das repräsentativ für den Ausdruck (5) ist, mit dem Faktor
(1 -y/Y) multipliziert wird, und da# die Grö#e des Signals, repräsentativ für den
Ausdruck (6), mit dem Faktor (1 -x/X) multipliziert wird. Alternativ kann das eine
oder andere der Ausgangssignale der Verstärker 11 und 13 abgeschwächt
oder
verstärkt werden, und zwar im Verhältnis (1 -y/Y) zu (1 -x/X) oder gemäß dem Unterschied
in den Einstellungen dr Potentiometer 10 und 12.
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Die Variations-Berichtigungseinheit 15 kann statt der anhand der
Fig. 2 beschriebenen Ausführungsform einfach einen Auflöser /resolver/ aufweisen,
welcher ein Paar von zueinander senkrechten Rotorwicklungen aufweist, die gegenüber
einem Paar von zueinander senkrechten Statorwicklungen drehbar sind. Ünter diesen
Umständen wird der Rotor des Auflösers in Abhängigkeit vom Winkel M in eine Winkellage
zum Stator eingestellt, und die Ausgangseignele der Verstärker 11 und 13 werden
Wicklungen des einen Paares übermittelt; die Ausgangssignale der Einheit 15 werden
dann von den-Wicklungen des anderen Paares abgenommen.
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Der Betrieb bzw. die Arbeitsweise des oben anhand der Fig. 2 beschriebenen
Navigationsgerätes kann leicht überprüft werden. Zum Beispiel kann, wenn die Ausführungsform
des Computers 25, die anhand der Fig. 5 beschrieben wurde, verwendet wird, der Betrieb
der größeren Teile des Gerätes einfach dadurch überprüft werden, indem ein Signal
anstelle des vom Abgriff 26 stammenden Signals injiziert wird und indem dann die
Einstellung der Steuerung 20 verändert wird, um dieses Signal selektiv entweder
in den Integrator 42 oder in den Integrator 48 einzubringen, Die Erfindung betrifft
auch Abänderungen der im beilieg'endn.. Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform,
und bezieht zu ht stich vor allem auch auf sämtliche' Erfind ungsmerknlal e , die
im einzelnen -- oder in Kombination -- in der gesamten Beschreibung und Zeichnung
offenbart sind.
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Patentensprüche