DE1773700B2

DE1773700B2 - Vorrichtung zur Erzeugung einer sehr genauen Bezugsvertikalen an einem von der Navigationsanlage entfernten Ort in einem Flugzeug

Info

Publication number: DE1773700B2
Application number: DE1773700A
Authority: DE
Inventors: Heinz Mt.Kisco N.Y. Buell; John Michael Elizabeth N.J. Fiore; Louis Salvatore Yorktown Heights Marino; Jack Brooklyn Rubin
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1967-07-19
Filing date: 1968-06-25
Publication date: 1973-10-31
Also published as: DE1773700C3; GB1200955A; US3430239A; DE1773700A1; FR1586376A; JPS5111506B1

Description

ίο Aus der USA.-Patentschrift 3028592 ist ein Doppler-Trägheits-Navigationssystem bekannt, bei dem die Kreiselmeßgeräte und Beschleunigungsmesser der Trägheitseinrichtung auf einer Plattform angeordnet sind, die unter Verwendung der von der Doppler-Radar-Einrichtung ermittelten Geschwindigkeitsdaten horizontal stabilisiert ist. Ein solches System liefert sehr genaue Kurs- und Geschwindigkeitsdaten für Navigationszwecke. Außerdem lassen sich an der horizontal stabilisierten Plattform die der genauen vertikalen Richtung entsprechenden Daten abgreifen, die als »vertikale Bezugsdaten« oder in ihrer Gesamtheit als »Bezugsvertikale« bezeichnet werden können. Die Bezugsvertikale ist nicht nur für die eigentliche Navigation, sondern oft auch für das genaue Arbeiten von Hilfsgeräten wie etwa Luftbildkameras, Geländeabsucheinrichtungen, Bombenzielgeräte oder Feuerleitanlagen erforderlich. Solche Geräte müssen gewöhnlich an ganz bestimmten Stellen des Flugzeugs angeordnet sein und befinden sich daher in der Regel in ziemlicher Entfernung von der Navigationsanlage. Infolge dieser räumlichen Entfernung haben Verbiegungen des Flugzeugrahmens zur Folge, daß die von der Navigationsanlage gelieferte Bezugsvertikale nicht mehr genau mit der Vertikalrichtung an der Stelle des Hilfsgeräte übereinstimmt.

Aus der USA.-Patentschrift 2 908 902 ist es zwar bekannt, eine Antenne mittels eines mit ihr zusammengebauten Vertikal-Kreiselgeräts zu stabilisieren, jedoch ist die Genauigkeit mit einer solchen einfachen Stabilisierung begrenzt. Andererseits ist es aus Kosten- und oft auch aus Platzgründen nicht möglich, jedes Hilfsgerät, das die genaue Bezugsvertikale erfordert, mit einer eigenen aufwendigen Stabilisierungseinrichtung zu versehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer sehr genauen Bezugsvertikalen an beliebigen von der Navigationsanlage entfernten Ortin zu schaffen, wobei die Genauigkeit im wesentlichen genauso groß ist wie in der Navigationsanlage selbst, ohne daß jedoch der gleiche Aufwand mehrfach erforderlich ist. Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach dem Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung vermittelt eine sehr genaue Bezugsvertikale und ist gleichzeitig so gebaut, daß sie sich jeweils ganz in der Nähe desjenigen Geräts vorsehen läßt, das die genaue Bezugsvertikale benötigt.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

IZs zeigt

Fig. I eine schematisi/hi; Darstellung einer Dopplei-Trägheits-Navigationsanlage zur Erzeugung von Kurs- und Geschwindigkeitsdaten, und

Fig. 2 eine schematischc Darstellung der mit der Navigationsanlage nach Fig. I verbundenen, jedoch räumlich von dieser getrennten Vorrichtung zur Erzeugung einer sehr genauen Bezugsvertikalen.
In F i g. 1 ist eine Doppiler-Trägheits-Navigations-

anlage mit einer Doppler-Radarantenne 10 dargestellt, die auf einer horizontal stabilisierten Plattform befestigt ist. Auf der Plattform 12 ist mittels einer Zweirahmen-Lagerung ein Bezugstisch 14 für die Trägheitselemente der Anlage angeordnet. Die Anlage einschließlich der Trägheitselemente bewirkt, daß der Tisch 14 dauernd im Azimut kreiselkcmpaßgesteuert wird, so daß er nach Norden ausgerichtet bleibt, während die Antcnnenplattform 12 mit der Längsachse des Flugzeugs ausgerichtet bleibt. Ein Aufnahmewandler 16 mißt dauernd den Winkel zwischen der Plattform 12 und dem Tisch 14. Das erhaltene Signal ist ein genaues Maß für den Kurs de» Flugzeugs in bezug auf die Nordrichtung.

Die Antennenplattform 12 wird in einer horizontal stabilisierten Lage mittels vertikaler Bezugssignale gehalten, welche von einem Ausrichtungsdetektor 18 bekannter Bauweise erhalten werden. Diese Ausiichtungssignale werden über Verbindungen 20 und 22 auf Ausricht-Servomotoren 24 und 26 gegeben.

Die Servomotoren 24 und 26 stellen Teiie einer Zweirahmen-Lagerung für die Plattform 12 dar, welche einen Schwenkrahmen 27 aufweist. Die Wellen der Motoren 24 und 26 verlaufen jeweils parallel zur Quer- bzw. Längsachse des Flugzeugs. Für praktische Zwecke kann angenommen werden, daß sie mit der Quer- und Längsachse des Flugzeugs zusammenfallen.

Die Lagerung des Bezugstisches 14 auf der Anten nenplattform 12 weist einen Azimuteinstellmotor 28 sowie die Aufnahmevorrichtung 16 auf, deren Statoren aneinander befestigt und auf der Antennenplattform 12 angebracht sind. Die Rotoren dieser Elemente sind miteinander an einer Welle befestigt, welche einen Schwenkrahmen 30 trägt. Zur Erzielung zusätzlicher Stabilität weist der Schwenkrahmen 30 auch an seinem oberen Ende eine Schwenkverbindung auf, welche in bezug auf die Antennenplattfoim 12 festgelegt ist. Diese Schwenkverbindung am oberen Ende und der obere Teil des Schwenkrahmens 30 sind jedoch zur Klarheit in der Figur weggelassen. Der Motor 28 dreht normalerweise den Schwenkrahmen 30 in Azimutrichtung, so daß die Anordnung des Schwenkrahmens 30 in einer allgemein auf der Nordrichtung senkrecht stehenden Ebene aufrechterhalten wird.

Auf dem Schwenkrahmen 30 sind koaxiale Wellen 32 und 34 schwenkbar gelagert, welche direkt den Bezugstisch 14 unterstützen. Die Welle 32 kann die Rotorwelle einer Synchron-Abtastvorricht'ing 36 sein, deren Stator starr mit dem Schwenkrahmen 30 verbunden ist. Die Welle 34 ist die Rotorwelle eines Motors 38, dessen Stator starr mit dem Schwenkrahmen 30 verbunden ist. Die beiderseitige Achse der Wellen 32 und 34 wird allgemein in einer Ost-Westausrichtung gehalten (welche nachfolgend einfach ais Ostachse bezeichnet wird) und der Motor 38 wird gewöhnlich erregt, wie es erforderlich ist, um die Welle 34 und den Bezugslisch 14so zu drehen, daß der Tisch 14 in bezug auf die Ostachsc horizontal gehalten wird. auch wenn die Antennenplattform 12 nicht genau horizontal gehalten wird.

Die am Bezugstisch 14 befestigten und von diesem getragenen Trägheitsfühler weisen einen zweiaxialen Kreisel 40 mit zwei Freiheitsgraden und einen zweiachsigen Beschleunigungsmesser 42 auf. Der Kreisel 40 spricht auf Drehverlagerungen um eine vertikale Achse (nachfolgend manchmal auch als Azimut oder »Z«-Achse bezeichnet) und auf Drehverlagerungen um eine Ostachse an, wie symbolisch durch die Vektoren bei 44 angedeutet. Die Beschleunigungsmesser 42 spricht auf Beschleunigungen längs der Nordachse

und auf Beschleunigungen längs der Ostachse an, wie symbolisch durch die Vektoren bei 46 dargestellt ist.

Der Beschleunigungsmesser 42 gibt Signale an Ausgangsklemmen für Nordbeschleunigungen und

ίο Ostbeschleunigungen ab, welche in der Figur jeweils mit »N« und »£« bezeichnet sind. Die Verwendung dieser Beschleunigungsmessersignale in der Anlage wird weiter unten näher beschrieben. In gleicher Weise erzeugt der Kreisel 40 Abtast-Ausgangssignale für Drehverlagerungsfehler um die Azimutachse und um die Ostachse, wobei die Ausgänge jeweils mit »PZ« und »PE« bezeichnet sind. Drehmoment-Eingangssignale werden auf den Kreisel 40 für Drehungen um die Azimutachse und die Ostachse an den je-

ao weiligen Eingangsklemmen »ZT« und »ET« gegeben. Das Azimut-Ausgangssignal wird über einen Verstarker 43 zur Steuerung auf den Azimutstellmotor 28 für den Tisch gegeben. Das Kreiselausgangssignal füi die Ostachse wird über einen Verstärker 45 zur Steuerung auf den Ostachsen-Stellmotor 38 für den Tisch gegeben.

Der Doppler-Radarteil der Anlage ist schematisch durch den Block 48 dargestellt, welcher durch die Leitung 50 mit der Antenne 10 verbunden ist. Diese Radaranordnung 48 erzeugt Ausgangssignale, welche eine genaue Anzeige der Geschwindigkeit V_h des Flugzeugs längs der Kursrichtung desselben (d. h. längs der Längsachse des Flugzeugs) under Geschwindigkeit V_ch darstellen, welche die Komponente der Flugzeuggeschwindigkeit quer zur Kursrichtung angibt (d. h. parallel zu einer Richtung längs der Querachse des Fluji/.eugs).

Die Kurs- und Querkurssignale aus der Doppier-Radaranordnung 48 werden auf einen Koordinatenwandler 52 gegeben, welcher die Kurs- und Querkurs-Geschwindigkeitsinformation in Nord- und Ostgeschwindigkeitsinformation V_dn und V (D~ppler-Nord- und Doppler-Ost-Geschwindigkencn) umwandelt, wie an den Anschlüssen 53 und 51 angegeben. Zu diesem Zweck muß der Koordinatenwandler 52 außerdem ein genaues Kurssignal H aus dem Kurs-Synchro 16 erhalten, welches bei 54 angegeben ist.

Der Kreisel 40 ist mit seiner Drehachse 56 gegen Norden gerichtet, nachdem die Anlage ins Gleichgewicht gekommen ist. Da ein Kreisel seine Lage im Raum absolut stabil beibehält, muß der Kreisel, um die Drehachse 56 des Kreisels 40 in ihrer Nordrichtung zu halten, durch ein Eingangssignal auf die Azimutachse mit einem Drehmoment versehen werden, so daß die dauernde Drehung der Erde und jede Ostkomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgeglichen wird, welche beide erfordern, daß die Drehachse des Kreisels in ihrer absoluten Ausrichtung gedreht wird, um weiterhin nach Norden zu weisen. Diese Diehmoment-Korrektursignale um die Azimutachse .erden über einen Leiter 58 nut' den Drehmomenteingang »ZT« des Kreisels 40 gegeben. Diese Signale werden von einer geeigneten Korrekturschaltung 62 über eine Addierschaltung 60 geliefert. In gleicher Weise muß der Kreisel 40 ständig mit einem Drehmoment um seine Ostachse mittels einer zur Nordgeschwindigkeit des Flugzeugs proportionalen Funktion

versehen werden, um die Nord-Südkrümmung der Erde auszugleichen und den Tisch 14 um die Ostachse horizontal zu halten. Diese Korrektor wird über einen Leiter 64, eine Addierschaltung 66 und einen Leiter 68 von einer Kreiselkompaßsteuerschaltung 76 auf den Ost-Drehmomenteingang »ET« des Kreisels 40 gegeben. Wie oben erwähnt, wird der Tisch 14 um die Azimutachse und die Ostachse in Abhängigkeit von Ausgangssignalen bei PZ und PE aus dem Kreisel 40 mittels der Verstärker 43 und 45 und der Stellmotoren 28 und 38 gehalten.

Solange der Tisch 14 und der Kreisel 40 mit der Kreiselachse 56 in der wahren Nordrichtung ausgerichtet sind, ist die Ostachse in der wahren Ostrichtung ausgerichtet und die Ost-Eingangsachse ist daher für Ost-Geschwindigkeitskomponenten unempfindlich. Daher genügt der reguläre Nord-Geschwindigkeitsausgleich durch die Schaltung 76, um den Tisch 14 um die Ostachse ausgerichtet zu halten, ohne daß eine Korrektur auf Grund von Ost-Geschwindigkeitskomponenten infolge der Erddrehung oder einer Ostgsschwindigkeitskomponente des Fahrzeugs bezüglich der Erdoberfläche erforderlich ist. Wenn jedoch der Tisch 14 nicht genau auf die nach Norden weisende Achse 56 ausgerichtet ist, so gerät die Ostachse ebenfalls aus ihrer Ausrichtung, mit dem Ergebnis, daß wahre Ostgeschwindigkeiten so erscheinen, als hätten sie eine Nord-Südkomponente, welche auf die mißweisende Ost-Eingangsachse des Kreisels 40 gegeben wird. Daraus ergibt sich eine anscheinende Nord-Geschwindigkeitskomponente infolge der ostwärts verlaufenden Drehung der Erde. Keine dieser »scheinbaren« Nord-Geschwindigkeitskomponenten wird durch die regulären Nord-Geschwindigkeits-Ausgleichssignale der Schaltung 76 ausgeglichen. Daraus ergibt sich, daß der Tisch 14 nicht mehr genau in eine horizontale Lage um die Ostachse durch die über den Anschluß 64 auf die ET-Klemme des Kreisels 40 gegebenen Drehmomentsignale stabilisiert ist. Daher bewirkt die Fortdauer eines Fehlers in der Azimutausrichtung des Tisches 14 eine Fehleraufhäufung in der Ausrichtung des Tisches 14 um die Ostachse. Die Abweichung des Tisches von der horizontalen Lage um die Ostachse ergibt ein Schwerkraftsignal auf der Nordachse des Beschleunigungsmessers 42.

Das Nordachsensignal am Beschleunigungsmesser erscheint an der »A/«-Klemme des Beschleunigungsmessers und wird über die Verbindung 72 auf eine Addierschaltung 74 innerhalb der Kreiselkompaßsteuerschaltung 76 gegeben. Das Nordachsen-Signa! des Beschleunigungsmessers besteht aus einer Kombination eines Beschleunigungssignals infolge irgendeiner Beschleunigung in der Nordrichtung mit dem Nordachsen-Schwerkraftsignal infolge irgendeiner Kippung des Tisches 14 um die Ostachse. Das von der Addierschaltung 74 empfangene Beschleunigungsmessersignal wird auf eine Integrierschaltung 77 gegeben, weiche ein der Geschwindigkeit entsprechendes Signal erzeugt. Diese kann als durch Trägheit bestimmte Nordgeschwindigkeit V_m bezeichnet werden. Der Ausgang V^ des Integrators 77 wird auf eine Vergleichsschaltung 78 gegeben. Über eine Verbindung 80 wird die Nord-Dopplergeschwindigkeit Vj₁₁ ebenfalls auf die Vergleichsschaltung 78 gegeben. Mittels der Vergleichsschaltung 78 wird die durch die Doppler-Radaranordnung bestimmte wahre Nordgeschwindigkeit von der Kombination aus Nordgeschwindigkeit und integriertem Beschleunigungsmesser-Schwerkraftsigna! subtrahiert, welches aus dem Beschleunigungsmesser 42 durch den Integrator 77 erhalten wurde. Die Differenz, welche an der Ausgangsklemme 82 der Vergleichsschaltung auftritt, stellt lediglich das integrierte Schwerkraftsignal dar, und dieses ist ein Maß für die Kippung des Tisches 14 um die Ostachse. Dieser Fehler wird in einem Verstärker 84 verstärkt und wird über einen Schalter 86 (wenn der Schalter geschlossen ist) und die Addierschaltung 60 geleitet, um dem Kreisel um die Azimutachse ein Drehmoment zu erteilen und dadurch den Tisch 14 wieder auszurichten und die Drehachse 56 des Kreisels 40 in die wahre Nordrichtung zurückzubringen. Das bei 82 auftretende Fehlersignal wird au-

¹S ßerdem über einen Zweig, welcher einen Verstärker 88, eine Addierschaltung 90 und einen Verstärker 92 enthält, auf die Ost-Drehmomentschaltung gegeben, welche eine Verbindung 68, eine Addierschaltung 66 und einen Leiter 64 enthält. Dadurch wird bewirkt, daß das Fehlersignal dem Kreisel 40 um die Ostachse ein Drehmoment erteilt, so daß die horizontale Lage des Tisches 14 wiederhergestellt wird.

Der sogenannte »reguläre« Nordgeschwindigkeits-Ausgleich durch die Schaltung 76 ist proportional zu der Nordgeschwindigkeit, ausgedrückt in Bogeneinheiten der Drehung um die Erde. Dieses Signal wird über die Addierschaltung 90 und den Verstärker 92 mittels einer Verbindung 94 geleitet, welche das durch Trägheit bestimmte Nordgeschwindigkeitssignal V_1n zur Durchführung von Erddrehungskorrekturen in die Addierschaltung 90 leitet.

Das Fehlersigna] an der Klemme 82 wird außerdem über einen Verstärker 96 über eine stabilisierende Rückkopplungsverbindung 98 auf die Addierschaltung 74 gegeben, so daß ein stabiler Betrieb der Schaltung aufrechterhalten wird. Eine geeignete »Coriolis«-Korrektur wird auf die Kreiselkompaß-Steuerschaltung 76 mittels einer schematisch angedeuteten Coriolisschaltung 100 gegeben, welche die Addierschaltung 74 speist.

Ein Kippen des Tisches 14 um die Nordachse wird durch den Ausgang des Ost-Beschleunigungsmessers abgetastet, und diese Verschiebung des Systems wird elektrisch ausgeglichen. Zu diesem Zweck wird der Ausgang des Ost-Beschleunigungsmessers an der Klemme »E« des Beschleunigungsmessers 42 über eine Verbindung 102 auf eine Nordachsen-Kippausgleichsschaltung 104 gegeben. Diese Schaltung erzeugt ein elektrisches Kippkorrektursignal, welches über die Ausgangsverbindung 126 und über die Addierschaltung 66 geleitet wird, um in geeigneter Weise das über die Verbindung 64 auf den Kreisel gegebene Ost-Drehmomentsignal abzuändern.

Innerhalb der Schaltung 104 wird das Ost-Beschleunigungsmessersignal aus der Verbindung 102 über eine Addierschaltung 106 auf einen Integrator 108 und dadurch auf eine Vergleichsschaltung 110 gegeben. Der Ausgang des Osi-Beschieunigungsmessers besteht aus einer Kombination von Signalen auf Grund der tatsächlichen Ostachsen-Beschleunigungen des Flugzeugs mit einem Schwerkraftausdruck auf Grund der Kippung des Tisches 14 um die Nordachse. Die Vergleichsschaltung 110 ist an eine Verbindung 111 angeschlossen, empfängt das Doppler-Ostgeschwindigkeitssignal V^ vom Koordinate»>wandler 52 und subtrahiert das Doppler-Ostgeschwindigkeitssignal von dem vom Integrator 108 empfangenen integrierten Signal. Das Di^fferenzsignal am Ausgang 112

(ο

7 8

der Vergleichsschaltung 110 stellt denjenigen Teil des um die Querkurs- (oder Nick-)achse empfindlich ist,

Ausgangs des Integrators 108 dar, welches auf einer durch zwei Kreisel mit einer Meßachse ersetzt werden

Schwerkraftsignalkomponente aus dem Ost-Be- kann. In gleicher Weise kann der Beschleunigungs-

schleunigungsmesser beruht, und stellt daher einen messer 142 durch zwei einachsige Beschleunigungs-

zur Kippung des Tisches 14 um die Nordachse propor- 5 messer ersetzt werden.

tionalen Ausdruck dar. Da der Tisch 14 keinen Rah- Der Beschleunigungsmesser 142 ist so angeordnet,

men aufweist, welcher eine Drehung um die Nord- daß er Beschleunigungen A_n längs der Kursachse so-

achse gestattet, stellt dieses Signal auch die Kippung wie Beschleunigungen A_ch längs der Querkursachse

der Plattform 12 um die Nordachse dar. Dieses Feh- durch Signale auf den entsprechenden Ausgangslei-

Iersignal wird im Verstärker 114 verändert und wird »° tungen 152 und 154 anzeigt und mißt. Diese Signale

an der Verbindung 116 zu der Eingangsaddierschal- werden auf einen Koordinatenwandler 156 gegeben,

tung 106 zwecks Stabilisierung der Anlage riickge- welcher außerdem so angeschlossen ist, daß er ein

koppelt. Das Signal an der Verbindung 116 zu der Kurssignal H auf einer Verbindung 5AA empfängt.

Eingangsaddierschaltung 106 zwecks Stabilisierung Dies ist das gleiche Kurssignal H, welches an der Ver-

der Anlage rückgekoppelt. Das Signal an der Verbin- >5 bindung 54 in Fig. 1 zur Verfugung steht,

dung 116 wird außerdem über geeignete Verstärker Der Koordinatenwandler 156 erzeugt aus dem

118 und 120 geleitet, welche das Fehlersignal in Aus- Kurs- und dem Querkurs-Beschleunigungssignal

drücke umwandelt, welche in geeigneter Weise der äquivalente Nord- und Ostbeschleunigungssignale,

erforderlichen Kippkorrekturfunktion an der Verbin- welche an den Ausgangsklemmen 158 und 160 des

dung 126 entsprechen. Der Ost-Beschleunigungs- 2° Koordinatenwandlers auftreten. Diese Signale wer-

messerausgang wird bezüglich Coriolis-Fehlern mit- den jeweils auf Schaltungen 162 bzw. 164 gegeben,

tels einer geeigneten, schematisch bei 122 dargtsicll- wo sie integriert und mit entsprechenden Dopplersi-

ten Schaltung korrigiert, welche die Addierschaltung gnalen verglichen werden, so daß geeignete Fehlersi-

106 speist. gnale erzeugt werden. Die resultierenden Fehlersi-

Fig. 2 zeigt den Teil der Anlage, welcher den in 25 gnale werden an Anschlüssen 166 und 168 auf einen

der Entfernung von der übrigen Doppler-Trägheits- Koordinatenwandler und eine Erddrehgeschwindig-

anlage, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, angeordneten keits-Korrekturschaltung 170gegeben. Die Schaltung

Vertikalenbezugssignalgenerator umfaßt. Mit dem 170 wandelt die Fehler in Kurs- und Querkursfehler

Block 124 ist schematisch ein Gerät bezeichnet, wel- (mit Erddrehgeschwindigkeits-Korrekturen) um, und

ches genaue Vertikalsignale erfordert. Dieses Gerät 30 diese Fehlersignale werden über Verbindungen 172

kann aus einer Luftbildkamera, einem Bombenzielge- und 174 auf die Drehmomenteingänge des Kreisels

rät, einem Feuerleitgerät oder einer anderen Vorrich- 140 gegeben. Ein Kursbezugssignal aus der Verbin-

tung bestehen, welches genau eingestellt und stabili- dung 54 der Kursbezugssignalquelle gemäß Fig. 1

siert werden muß. wird, wie bei 54ß angedeutet, auf den Koordinaten-

Die örtliche Quelle für genaue Vertikalsignale weist 35 wandler 170 gegeben.

einen Trägheitsbezugstisch 126 auf, welcher auf einem Die Schaltungen 162 und 164 empfangen das ringförmigen Schwenkrahmen 128 angebracht ist, der Doppler-Nordgeschwindigkeitssignal V_0n bzw. das auf Stützen 130 schwenkbar gelagert ist, so daß eine Doppier-Ostgeschwindigkeitssignal V^, wie bei 53/1 Doppel-Schwenkrahmenlagerung gebildet wird. Der bzw. SlA angedeutet, von den Doppleranlagen-Aus-Trägheitstisch 126 ist sehr genau in einer vollständig 40 gangsklemmen 53 und 51 in Fig. 1. Innerhalb der horizontalen Lage durch eine Trägheitsanlage stabiü- Schaltung 162 wird das Nord-Beschleunigungsmessiert, welche gedämpft und durch von der in Fig. 1 sersignal auf eine Addierschaltung 176 gegeben, auf dargestellten Dopplerradaranlage 48 erzeugte Dopp- welche ein Coriolis-Korrekturfaktor von einer Coriolergeschwindigkeitssignale abgestimmt ist. Die ge- lis-Korrekturschaltung 178 ebenfalls gegeben wird, naucn VertikalenausgangssignRle werden von dreh- 45 Das resultierende, veränderte Beschleunigungssignal baren elektromagnetischen Generatoren 132 bzw. wird in einer Integratorschaltung 180 integriert, so 134 geliefert, welche an den Schwenklagern des daß ein der Nordgeschwindigkeit entsprechendes Si-Tisches 126 am Schwenkrahmen 128 und an den La- gnal V_n erzielt wird. Dieses Signal wird mit dem gern des Schwenkrahmens 128 an der Stütze 130 an- Doppler-Nordgeschwindigkeitssignal V_11n an dem geordnet sind. Diese elektrischen Vertikalensignale so Anschluß SiA in der Komparatorschaltung 182 verwerden durch die elektrischen Verbindungen 136 und glichen. Die Differenz, welche einen auf einer 138 zu der Vorrichtung 124 geleitet. Schwerkraftgröße infolge einer nicht vollständig ge-

Der Tisch 126 wird in einer genau horizontalen nauen horizontalen Ausrichtung der Plattform 126

Lage (wodurch eine genaue »Vertikale« erzeugt wird) beruhenden Fehler angibt, erscheint sodann an der

mittels eines Kreisels 140 mit zwei Freiheitsgraden 55 Ausgangsklemme 166 der Komparatorschaltung 182

gehalten, welchem ein Drehmoment in Abhängigkeit und der gesamten Schaltung 162. Das Fehlersignal

von Signalen erteilt wird, die von den zugehörigen wird außerdem über ein geeignetes Untersetzerele-

Schaltungen erzeugt werden, wobei die Drehmo- ment 184 zum Eingang des Integrators 180 an der

mentsignale von diesen Schaltungen weitgehend auf Addierschaltung 176 rückgekopoelt. Dadurch ergibt

Beschleunigungssignalen von einem zweiachsigen Be- 60 sich ein negatives Rückkopplungs- oder Dämpf ungs-

schleunigungsmesser 142 beruhen. Die Ausgangssi- signal zur Aufrechterhaltung der Stabilität der Anlage

gnale des Kreisels 140 werden jeweils durch Verstär- und zur Korrektur des Geschwindigkeitssignals V_n.

ker 144 bzw. 146 verstärkt und auf geeignete Das Geschwindigkeitssignal V_n kann an der Klemme

Servomotoren 148bzw. 150 gegeben, welche so ange- 181 abgegeben und in einem anderen Teil der Anlage

ordnet sind, daß sie die Plattform 126 um die Nick- 65 wahlweise verwendet werden, wie nachfolgend be-

achse und die Rollachse des Fahrzeugs einstellen schrieben.

Es wird bemerkt, daß der Kreisel 140. welcher für Die Schaltung 164 ist im wesentlichen gleich auf ge -

Eingangssignale um die Kurs- (oder Roll-!achse und baut wie die Schaltung 162. Sie weist eine Addier-

schaltung 186, eine Coriolis-Korrekturschaltung 188, einen Integrator 190, welcher ein Ost-Geschwindigkeitssignal V_e erzeugt, und eine Komparaiorschaltung 192zum Vergleichen von V'_c mit dem Ost-Dopplergeschwindigkeitssignal V_de auf, so daß ein geeignetes Fehlersignal an dem Anschluß 168 erzeugt wird. Auch hier ist eine stabilisierende Schaltung mit einem Untersetzerelement 194 vorgesehen, um wenigstens einen Teil des Ausgangssignals als negative Stabilisierungsrückkopplung zur Addierschaltung Ϊ86 zurückzuleiten. Diese Rückkopplungsschleife korrigiert das Geschwindigkeitssignal V_e, und dieses Geschwindigkeitssignal wird an einer Klemme 191 für eine wahlweise Verwendung in der unten beschriebenen Webe abgegeben.

Es wird festgestellt, daß die Schaltungen 162 und 164 jeweils ähnliche Merkmale besitzen wie die Schaltungen 76 und 104 in Fig. 1.

Vorteilhafterweise wird die Berechnung der Fehlersignale innerhalb der Schaltungen 162 und 164 in Nord- und Ostkoordinaten und nicht in Kurs- und Querkurs-Koordinaten vorgenommen. Durch Umwandlungin Nord- und Ostkoordinaten im Koordinatenwandler 156, welcher die Berechnung in die Nord- und Ostkoordinaten vornimmt, und durch darauf folgende abermalige Umwandlung in Kurs- und Querkurs-Drehmomentsignale im Wandler 170 wird die Anlage für die Änderungsgeschwindigkeit des Kurses unempfindlich. Wenn die ganze Arbeitsweise der Schaltungen in Kurs- und Querkurskoordinaten durchgeführt wird, so wäre es notwendig, eine Messung und einen Ausgleich der Änderungsgeschwindigkeit des Kurses vorzunehmen, um genaue Erddrehgeschwindigkeits- und Coriolis-Korrekturen an der Anlage anzubringen. Daraus würde sich eine beträchtliche zusätzliche Kompliziertheil der Anlage ergeben.

Infolge einer Verbiegung des Flugzeugrahmens im Azimut können das an den Anschlüssen 54/1 und 54 B empfangene Kurssignal und die an den Anschlüssen 51/1 und 53/1 von der in Fig. 1 gezeigten Kursbezugsvorrichtung empfangenen Dopplergeschwindigkeiten nicht genau auf den wahren Kurs an der in F i g. 2 dargestellten Vertikalbezugsanordnung bezogen sein. Daher kann eine Winkelverschiebung der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung im Azimut bezüglich der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung vorhanden sein. Die Kurssignale und die Dopplergeschwindigkeitssignale müssen jedoch nicht vollständig genau auf die in F i g. 2 gezeigte Vertikalenbezugsanordnung bezogen sein, damit genaue Vertikalenausgangssignale erzielt werden. Es ist ein bekanntes Merkmal von durch Dopplergeschwindigkeit gedämpften Trägheits-Navigationsanlagen, daß Fehler in den Doppler-Geschwindigkeitsmessungen und dem Kurs die Genauigkeit der Vertikalenausgangssignale nicht kritisch beeinflussen. Dieses Merkmal solcher Anlagen (relative Unabhängigkeit der Genauigkeit von Vertikalensignalen von Kursfehlern) ermöglicht die räumliche Trennung einer sehr genauen Vertikalenanlage von der Kursbezugsanordnung, ohne daß die unabhängige Erzeugung genauer örtlicher Kurssignale erforderlich wird.

In Verbindung mit der Kursbezugsvorrichtung gemäß F i g. 1 sind Vertikalensignale für die horizontale Stabilisierung der Antennenplattform 12 durch Betätigung der Stabilisierungsmotoren 24 und 26 erforderlich. Die an den Ausgangsklemmen 136 r ^d 138 der Vertikalenbezugsanordnung verfügbaren Vertikalenbezugssignale können als Ausrichtsignale zu diesem Zweck verwendet werden. Daher kann die Ausrichtungs-Meßvorrichtung 18 weggelassen werden, und die Ausgangsklemmen 136 und 138 können mit den Motoren 24 bzw. 26 verbunden werden. Diese Ausgangssignale können nicht genau der wahren Vertikalen an der Plattform 12 entsprechen, und zwar infolge von Faktoren, wie der Verbiegung des Flugzeugrahmens bei wesentlicher räumlicher Trennung zwischen den Anordnungen. Die Plattform 12 muß jedoch nicnt genau stabilisiert sein, und daher spielt der sich ergebende Fehler keine Rolle.

Die Dopplerradaranlage 48 ist betätigbar, so daß sie augenblicklicht leschwindlgkeitssignale erzeugt, welche infolge des Einflusses von Unregelmäßigkeiten im Gelände, über welches das Flugzeug fliegt und von welchem, her die reflektierten Radarsignale empfangen werden, ziemlich rasch schwanken. Die augenblicklichen Geschwindigkeitssignale können zwar nicht besonders genau sein, der Mittelwert dieser Signale ist jedoch ganz genau. Bei Verwendung einer Mittelungs- oder Filterschaltung, welche höchst wirksam ist, wird jedoch die Kompliziertheit der Schaltung erhöht, und die Ansprechgeschwindigkeit der Ausgangssignale der Doppleranlage auf augenblickliche Änderungen in den Koordinatengeschwindigkeiten wird etwas verringert.

Die Dopplergeschwindigkeitssignale werden in der erfindungsgemäßen Anlage nicht »gemittelt« oder merklich geglättet, wodurch die hohe Ansprechgeschwindigkeit auf augenblickliche Änderungen in der Fahrzeuggeschwindigkeit erhalten bleibt. Statt Glättung oder Mittelung der Dopplergcschwindigkeitssignale werden die Augenblickswerte zum direkten Vergleich mit entsprechenden, von der Trägheitsanlage abgeleiteten Geschwindigkeiten verwendet und dadurch werden Korrektur- und Dämpfungssignale für diese von der Trägheitsanlage abgeleiteten Geschwindigkeiten erzeugt. Da diese Korrektursignale nur über eine Untersetzungs-Dämpfungsschaltung aufgegeben werden, bewirken die augenblicklichen Schwankungen des Korrektur- und Dämpfungssignals keine merkliche Schwankung im resultierenden, korregierten Trägheits-Geschwindigkeitssignal. Das Ergebnis der durch die Dämpfungsschaltung aufgegebenen Korrekturen ist kumulativ und übt tatsächlich eine Mittelungswirkung aus, wobei jedoch die Kosten, die Kompliziertheit und die Verringerung der Ansprechgeschwindigkeit vermieden werden, welche sich aus einer Mittelung der Dopplersignale vor dem Vergleich mit den entsprechenden Trägheits-Geschwindigkei ten ergeben würden. Das Ergebnis der Arbeitsweise dieser Anlage besteht darin, daß beispielsweise ir Fig. 2 genaue und stabile Koordinaten-Geschwindig keitssignale V_n und V_t an den Klemmen 181 und 191 verfügbar sind. Diese Geschwindigkeitskomponen tensignale entsprechen den von der Trägheitsanlag( abgeleiteten Geschwindigkeiten, welche kumulatr durch Fehlersignale korrigiert sind, die von den ent sprechenden Koordinaten-Dopplergeschwindigkeits Signalen abgeleitet sind. Da die Geschwindigkeits komponentensignale grundsätzlich von der Trägheits anlage erzeugte Signale sind, sind sie wi.scntlicl stabiler als die entsprechenden Dopplergeschwindig keitssignale. Sie können jedoch in korrekte. Weis als »Dopplere-Geschwindigkeitssignale bezeichne werden, da sie durch Dopplersignale korrigiert sine

Bezüglich Fig. 1 wird die Ansprechgeschwindigkeit der Kreiselkompaßschaltung 76 durch die Fehlerrückkopplung begrenzt, welche durch die Rückkopplungs-Untersetzerschaltung 96 ermöglicht wird. Die Untersetzerschaltung 96 muß so ausgebildet sein, daß sie nur eine begrenzte Fehlerrückkopplung gestattet, und zwar infolge der Tatsache, daß der Fehler auf der Basis der rasch schwankenden Dopplernordgeschwindigkeit an der Eingangsklemme 80 berechnet wird. Die verhältnismäßig stabile Geschwindigkeit V_n, welche an der Klemme 181 in Fig. 2 auftritt, kann jedoch anstatt des Dopplergeschwindigkeitssigr.als V_dn auf die Eingangsklemme 80 der Schaltung 76 gegeben werden. Da V_n wesentlich stabiler ist als V_4n, kann die Rückkopplungs-Untersetzerschaltung 96 so eingestellt werden, daß sie die Rückkopplung eines wesentlich höheren Anteils des berechneten Fehlersignals gestattet, ohne daß zu schnelle Schwankungen im augenblicklichen Betrieb der Schaltung oder eine Instabilität hervorgerufen wird. Infolgedessen wird die Ansprechgeschwindigkeit der Kreiselkompaßschaltung 76 wesentlich verbessert und dadurch wird eine schnellere Kreiselkompaßsteuerung erzielt.

Bei dieser Ausführungsform kann das Signal V_e von der Klemme 191 der Schaltung 164 in F i g. 2 ebenfalls statt des Doppler-Ostgeschwindigkeitssignals V^ auf die Eingangsklemme 111 der Schaltung 104 in Fig. 1 gegeben werden. Die zugehörige Rückkopplungs-Untersetzerschaltung 114 kann sodann ebenfalls so eingestellt werden, daß sie ein schnelleres Korrekturansprechen in der Ostgeschwindigkeitsschleife 104 bewirkt. Dadurch wird die Gesamtansprechgeschwindigkeit der Kreiselkompaßanlage und der Kursbezugsanordnung verbessert, während gleichzeitig die kombinierten Vorteile von Trägheits- und Dopplermcssung von Koordinatengeschwindigkeiten erhalten

ίο bleiben.

Die dargestellten Schaltungen werden vorzugsweise durch Einrichtungen zur Korrektur von Fehlern, wie der Kreiselauswanderung, welche in Trägheitsanlagen allgemein auftreten, ergänzt. Es wird bemerkt, daß diese und andere übliche Verfeinerungen vorzugsweise in der erfindungsgemäßen Anlage enthalten sind.

Die Kursbezugseinrichtung gemäß Fig. 1 wurde insbesondere in Verbindung mit der Lieferung der

so Kurssignale auf den Leitungen 54/1 und 54 B in Fi g. 2 beschrieben. Dies diente jedoch lediglich der Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Natürlich kann auch irgendeine andere bekannte und geeignete Kursbezugsanordnung, wie beispielsweise ein Magnetkompaß oder ein Sternverfolgungsgerät, statt dessen verwendet werden, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

I 773 700 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung einer sehr genauen Bezugsvertikalen an einem von der Navigationsanlage entfernten Ort in einem Flugzeug, d adurch gekennzeichnet, daß an dem besagten entfernten Ort eine Plattform (126) um die Roll- und Nickachse drehbar kardanisch im Flugzeug gelagert ist, auf der ein Kreiselgerät (140), dessen Meßachsen jeweils in der Roll- bzw. der Nickachse ausgerichtet sind, sowie ein Beschleunigungsmeßgerät (142), dessen Meßrichtungen in Richtung der Roll- bzw. der Nickachse weisen, angeordnet sind, daß elektrische Schaltungen (162, 164) vorgesehen sind, in denen die vom Beschleunigungsmeßgerät (142) erzeugten Beschleunigungssignale in Richtung der Roll- und Nickachse integriert und mit von der Doppler-Trägheits-Navigationsanlage zugeführten Geschwindigkeitssignalen verglichen werden und aus den Differenzsignalen Nachführsignale für die Plattform (126) gewonnen werden, und daß die Bezugsvertikale über den beiden Achsen zugeordnete Stellungsgeber (132, 134) gewonnen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Koordinatenwandler (156), der die vom Beschleunigungsmeßgerät (142) erzeugten Beschleunigungssignale in Nord- und Ost-Komponenten zerlegt, und ein weiterer Koordinatenwandler (170), der die in den Schaltungen (162,164) gebildeten Nord- und Ost-Komponenten der Differenzsignale in Komponenten in Roll- und Nickachsenrichtung zurücktransformiert, vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsvertika'e zur Stabilisierung der die Antenne (10) tragenden Plattform (12) der Doppler-Trägheits-Navigationsanlage verwendet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreiselgerät (140) aus zwei Kreiseln besteht, deren Meßachsen jeweils in der Roll- bzw. Nickachse ausgerichtet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschleunigungsmeßgerät (142) aus zwei Beschleunigungsmessern besteht, deren Meßrichtungen in die Richtungen der Roll- bzw. der Nickachse weisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattform (126) durch Servomotoren (148, 150), die duruh vom Kreiselgerät (140) angesteuerte Verstärker (144,146) gespeist werden, um die Roll- bzw. die Nickachse drehbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Schaltungen (162, 164) jeweils eine Rückkopplungsschleife (184, 194) enthalten, die das Diffcrenzsignal auf das Beschleunigungssignal rückkoppelt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Vergleichs der von der Doppler-Tr "heits-Navigationsanlage zugeführten Geschwindigkeitssignale mit den vom Beschleunigungsmeßgerät (142) erzeugten integrierten Beschleunigungssignalen die integrierten Signale des Beschleunigungsmeßgeräts (142) mit Dopplerkorrigiert«n Geschwindigkeitssignalen verglichen werden.